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                            氣動(dòng)閥門(mén)定位器創(chuàng )新應用的探索與實(shí)施

                            發(fā)表時(shí)間:2022-12-07 08:40:09

                            摘 要 :根據定位器冗余配置這個(gè)思路,以西門(mén)子單作用定位器為研究對象進(jìn)行深入的分析,反復在實(shí)訓基地測試研究,很終實(shí)踐出 4 種創(chuàng )新型應用 :①在線(xiàn)更換定位器 ;②定位器與兩位三通電磁閥配合使用 ;③定位器與手動(dòng)閥門(mén)配合使用 ;④定位器與止回閥配合使用,其中定位器與兩位三通電磁閥配合使用,具有非常大的使用價(jià)值及推廣價(jià)值。

                            引言

                            在鶴壁煤化工 BDO 裝置,閥門(mén) PV3722,此閥門(mén)的作用 是 將 4.0 Mpa 的 中 壓 蒸 汽 減 壓 至 次 中 壓 1.9 Mpa, 為后續裝置使用,閥門(mén)為單臺定位器。在正常生產(chǎn)中,出現過(guò)定位器故障導致閥門(mén)開(kāi)度異常,很終導致后續裝置全部停車(chē)的事故,給公司造成巨大的損失。定位器為西門(mén)子SIPART PS2 智能型,出現故障后導致閥門(mén)開(kāi)度異常,如何能夠改變這樣現狀,一種方案是重新設計管道,增加支路,在支路增加一臺調節閥,兩臺調節閥一開(kāi)一備。當一臺出現故障后,切換到另外一路工作。但這種方案需要增加投入比較大,另外需要變更設計。另一種方案是從閥門(mén)附件的穩定性入手,研究如何使定位器降低故障率以及定位器故障以后,如何將損失降低。

                            1 定位器的工作原理

                            西 門(mén) 子 SIPART PS2 系 列 電 氣 閥 門(mén) 定 位 器 屬 于 智 能范疇,核心組成部分為微處理器,利用新型的壓電閥來(lái)實(shí)現對輸出壓力的調節控制。針對壓電閥的控制,CPU 需要借助 5 個(gè)流程,實(shí)現程序控制的目的, 度較高,速度較快,達到對輸出氣源壓力增減幅度的有效控制。對于其控制算法,引入了數字 PID 調節手段,結合輸入信號的大小,綜合考慮閥門(mén)偏差,在明確方向的前提下,對 PID 進(jìn)行計算,實(shí)現 PWM 脈寬調制脈沖信號的形成,達到對壓電閥開(kāi)關(guān)的有效控制。由于脈沖的寬度與定位器輸出氣源壓力大小息息相關(guān),因而實(shí)現對氣源壓力輸出值的針對性改變,速度較快,準確度較高。一旦偏差值較大,定位器會(huì )輸出連續性質(zhì)的信號,促使輸出氣路壓力值出現大幅度變化,呈現快速與連續狀態(tài)。如果偏差較小,定位器輸出的脈沖信號較小,呈現斷續態(tài),幅度有限,在此基礎上對氣路壓力進(jìn)行改變。此時(shí),不存在脈沖輸出現象,維護了閥位工作的穩定性。

                            依托壓電閥器件,能夠增強控制的 度。在壓電閥之中,核心元件為壓電柔韌開(kāi)關(guān)閥,質(zhì)量不大,慣性較小,支持較高的開(kāi)關(guān)頻率。因此,被定義為高頻率脈沖閥,達到對氣路壓力的有效控制,發(fā)揮對執行機構的驅動(dòng)作用,在根本上提升了閥門(mén)定位的 性。

                            閥位反饋元件結構并不復雜,精度超高,可靠性突出,是先進(jìn)的導電塑料電位器,促使執行機構的直線(xiàn)或轉角位轉化為電阻信號,滿(mǎn)足閥位 定為的需求,在根本上適應閥門(mén)流量特性曲線(xiàn)的定位要求。

                            2 定位器調試方法

                            2.1 自動(dòng)整定

                            合理進(jìn)行執行機構的移動(dòng),與中心位置分割,實(shí)現初始化發(fā)展。①對手型鍵進(jìn)行下按操作,時(shí)間為 5s,而后構建組態(tài)方式 ;②對方式鍵進(jìn)行短時(shí)間操作,隨后出現第二參數,同時(shí)參數需要保障與杠桿比率開(kāi)關(guān)的設定值相統一 ;③對手型鍵進(jìn)行切換操作,此時(shí)顯示為 OFF。在初始化結束之后,如果需要借用 mm 表示沖程量,這步操作必不可少,需要保證顯示屏的參數與刻度桿上驅動(dòng)的設定值一致 ;④借助手型鍵完成切換操作,顯示 INITA。此時(shí),操作下按“+”鍵,時(shí)間在 5s 以上,進(jìn)入初始化階段。在這個(gè)過(guò)程中,“RUN1”至“RUN5”逐一顯示在顯示屏的下行位置。初始化需要以執行機構為基礎,一般需要 15min 左右。如果出現顯示“finish”字樣,代表初始化結束。此時(shí),需要下按手型鍵超過(guò) 5s,促使組態(tài)方式得以結束。在 5s 之后,方式鍵松開(kāi),手動(dòng)方式運行,然后根據情況使用自動(dòng)。

                            2.2 手動(dòng)整定

                            ①借助手工驅動(dòng),操作直行程執行機構,促使全部沖程得以多方面覆蓋。也就是說(shuō),將顯示電位設定在 P5.0 和P95 的區間之內 ;②按住手型鍵 5s,組態(tài)方式運行,顯示為 WAY ;③按下手型鍵,采取短時(shí)間操作的方式,切換到第二參數狀態(tài),角度選擇為 33°或 90°,參數值需要匹配傳送速率選擇器設定值 ;④借助手型鍵,調整到 OFF 狀態(tài),如果需要借助 mm 表示全沖程,在顯示器中選擇與驅動(dòng)銷(xiāo)釘在桿刻度上相同的設定值 ;⑤操作下按手型鍵兩次,此時(shí),顯示為顯示 INITM,按增加鍵 5s 以上,初始化開(kāi)始。下按增加鍵 5s 以上,開(kāi)始初始化 ;

                            ⑥持續 5s 之后,顯示參數發(fā)生變化,為 P32.9。此時(shí),借助增加與減少鍵,促使執行機構發(fā)生運行,直到達到目標終端的 個(gè)位置。而后,下按手型鍵。借助這種方式,終點(diǎn)位置 1 取代了當前位置,同時(shí)下一步開(kāi)始執行。一旦出現 RANGE,同時(shí)處于下行,終點(diǎn)位置此時(shí)處于規定區間之外,需要借助幾種手段進(jìn)行修正 :對摩擦夾緊單元進(jìn)行調整,直到出現 OK顯示。隨后,再次按住手型鍵。借助增加與減少鍵調整到另一結束位置。下按手型鍵,初始化操作出現中斷,此時(shí)手動(dòng)方式形成,結合第 1 步進(jìn)行行程的校正,界定測量位置 ; 

                            ⑦在以上步驟結束之后,顯示數值為 P22.4,再用增加(+)和減少(-)鍵,驅動(dòng)程序得以執行,抵達第二終點(diǎn)位置。隨后,下按手型鍵,終點(diǎn)位置 2 取代當前位置 ;

                            ⑧對于初始化的停止,其以自動(dòng)的方式呈現,同時(shí),此時(shí)RUN1 到 RUN5 順序呈現在顯示屏的下行。在初始化程序全部完成之后,會(huì )顯示 FINISH。如果 3YWAY 參數輸入設置了桿長(cháng), 行會(huì )出現以 mm 表示的規定沖程。短按手型鍵,下行會(huì )再次出現 5INITM,這就代表此時(shí)處于重來(lái)一次組態(tài)方式的狀態(tài)之下。下按方式鍵 5s 以上,退出組態(tài)方式。在接近 5s 的時(shí)候,軟鍵顯示將出現。松開(kāi)之后,將處于Manual 方式。

                            3 定位器創(chuàng )新應用

                            3.1 在線(xiàn)更換定位器

                            當單臺定位器在正常運行時(shí)故障后,可以通過(guò)以下方法在不停車(chē)的時(shí)候更換定位器。定位器故障后,閥門(mén)不受定位器控制,此時(shí)需要機械限位卡子或者機械手輪將閥門(mén)固定在一個(gè)位置上,用 Hart 475 手操器與有問(wèn)題的定位器進(jìn)行通訊。連接好后,選擇“Online”右鍵進(jìn)入,寫(xiě)允許,選擇“yes”,然后點(diǎn)擊“確認”鍵。只有寫(xiě)允許打開(kāi)以后,后面的一些參數才可以讀取更改。選擇“configure項 ” 右 鍵 進(jìn) 入, 第 一 項“initial setup” 與 第 二 項“setpoint value” 有 用( 初 始 設 置 與 設 定 點(diǎn) 值 ), 里面 會(huì ) 涉 及 到 直 行 程 還 是 角 行 程, 選 擇 33 ° 還 是 90 °,0mA ~ 20mA 還是 4mA ~ 20mA,以及電流 4mA 關(guān),還是4mA 開(kāi),共 4 項參數,需記錄好里面的數據。返回到主菜單, 進(jìn) 入 第 五 項( 診 斷 ), 再 進(jìn) 入“Initialization”,進(jìn) 入“l(fā)oading init data”, 開(kāi) 始 加 載 初 始 化 數 據, 加載完成后,返回上一級菜單,然后選擇第 4 項(初始參數清單),右鍵進(jìn)入。一共有 17 項參數,分別進(jìn)入每一項參數,然后記錄里面的數據,加上之前的 4 項參數,一共是 21 項參數,記錄未拆定位器之前的閥門(mén)行程,將有問(wèn)題的定位器拆下,然后更換新的定位器。定位器安裝好后,先不要開(kāi)氣源,將比率選擇器按照拆卸的定位器選好,同時(shí)鎖緊裝置選擇正確。按照剛才讀取舊定位器的方法,將參數一項一項地寫(xiě)進(jìn)新定位器。需注意 :475 與安裝的新定位器連接后, 步是更改讀寫(xiě)允許,改為 yes,然后才可以寫(xiě)參數,否則參數無(wú)法寫(xiě)入。把這 21 項參數寫(xiě)到新的定位器里面,定位器便可直接工作,誤差不會(huì )超過(guò)1%。除了初始化的 17 項參數外,其余的 4 項也可以用定位器按鍵手動(dòng)修改。初始化參數全部寫(xiě)完后,定位器上的NOINI 將會(huì )消失,定位器選擇到自動(dòng)狀態(tài),打開(kāi)氣源后,通過(guò)手輪或者去掉限位,將閥門(mén)行程調到與拆定位器之前的一樣,定位器便可正常工作。

                            應用價(jià)值 :新安裝的定位器需要重新整定后才能正常工作,在正常生產(chǎn)時(shí),對于關(guān)鍵的閥門(mén),一般不允許閥位從 0 ~ 100 反復調整,通過(guò)此方法可以將原定位器整定的參數復制到新的定位器上。這樣定位器在不整定的情況下便能夠正常工作,多了一種解決定位器故障的方法,降低了閥門(mén)對裝置造成的影響。

                            3.2 定位器與兩位三通電磁閥配合使用

                            兩臺單作用閥門(mén)定位器分別安裝在同一臺調節閥上,主進(jìn)氣分為兩路,分別進(jìn)入定位器 1 與定位器 2。兩臺定位器的出氣,分別進(jìn)入兩位三通電磁閥的進(jìn)氣口 P 與排氣口 R,電磁閥的出氣口進(jìn)入到閥門(mén)的氣缸,在 DCS 側增加一分二 柵,定位器同時(shí)接收 4 mA ~ 20 mA 信號,定位器反饋信號同時(shí)送至 DCS。電磁閥選用直流 24 V,當電磁閥帶電時(shí)定位器 1 排氣,通過(guò)兩位三通電磁閥進(jìn)氣口P 進(jìn)入,從 A 出氣口排出進(jìn)入閥門(mén)氣缸,此時(shí)定位器 1 起作用,定位器 2 因氣路不通,屬于備用狀態(tài)。當電磁閥失電時(shí),定位器 2 的排氣通過(guò)兩個(gè)三通電磁閥排氣口 R 進(jìn)入,從 A 出氣口排出進(jìn)入閥門(mén)氣缸,此時(shí)定位器 2 起作用,定位器 1 因氣路不通,屬于備用狀態(tài),如圖 1 定位器與兩位三通電磁閥氣路圖所示。

                            應用價(jià)值 :對于重要的工況,重要的閥門(mén)可以配置雙定位器,目前化工裝置基本全部是單臺定位器,當定位器故障時(shí),無(wú)法及時(shí)處理,導致系統波動(dòng)或者停車(chē)?梢赃x擇安裝兩臺定位器,將定位器 1 與定位器 2 分別校驗。定位器選用帶閥位反饋,將閥位信號送至 DCS 系統,在 DCS系統做邏輯運算。當閥門(mén)給定的指令開(kāi)度與閥位反饋的偏差過(guò)大時(shí),或者系統能夠判斷閥門(mén)異常時(shí),通過(guò)電磁閥的得電與失電,自動(dòng)將定位器切換到另外一臺,這樣便達到了冗余的目的,增加了化工生產(chǎn)的穩定性、 性。

                            3.3 定位器與手動(dòng)閥門(mén)配合使用

                            兩臺單作用閥門(mén)定位器分別安裝在同一臺調節閥上,主進(jìn)氣分為兩路,分別進(jìn)入定位器 1 與定位器 2,兩臺定位器的出氣口分別增加手閥 1 與手閥 2,閥后兩路氣匯合后進(jìn)入閥門(mén)氣缸。在 DCS 側增加一分二 柵,定位器同時(shí)接收 4 mA ~ 20 mA 信號,如圖 2 定位器與手動(dòng)閥門(mén)氣路圖所示。

                            應用價(jià)值 :在自動(dòng)化要求不高或閥門(mén)異常后不是十分緊急的場(chǎng)合,可以用增加手動(dòng)閥的方式,定位器可以配置不帶反饋。在正常使用時(shí),手閥一個(gè)打開(kāi)一個(gè)關(guān)閉,關(guān)閉的一路定位器備用。當定位器故障后,將關(guān)閉的手閥打開(kāi),打開(kāi)的手閥關(guān)閉 ;在切換定位器時(shí),閥位會(huì )有小幅度的波動(dòng)。

                            3.4 定位器與止回閥配合使用

                            兩臺單作用閥門(mén)定位器分別安裝在同一臺調節閥上,主進(jìn)氣分為兩路,分別進(jìn)入定位器 1 與定位器 2。兩臺定位器的排氣分別增加止回閥 1 與止回閥 2,止回閥后氣路匯合后進(jìn)入到閥門(mén)氣缸,在 DCS 側增加一分二 柵,定位器同時(shí)接收 4 mA ~ 20 mA 信號,定位器反饋信號同時(shí)送至 DCS,如圖 3 定位器與止回閥氣路圖所示。

                            應用價(jià)值 :兩臺定位器同時(shí)進(jìn)氣到閥門(mén)氣缸,會(huì )出現兩臺定位器無(wú)法找到反饋位置的情況,導致定位器喘動(dòng),將定位器的死區設置大一些能夠解決喘動(dòng)的問(wèn)題,一般設置在 5% 以上,設置后兩臺定位器能夠同時(shí)工作,但是降低了閥門(mén)的控制精度。當一臺定位器故障后,另外一臺定位器能夠立馬起作用工作,閥門(mén)會(huì )有微小的喘動(dòng),對于要求調節品質(zhì)不是很高的可以考慮此種方式,總的來(lái)說(shuō)此種應用形式使用價(jià)值不大。

                            4 小結

                            本文通過(guò)實(shí)際的研究探索,摸索出了一些創(chuàng )新應用。其中,兩臺西門(mén)子單作用定位器與一臺兩位三通電磁閥組合在一起,已經(jīng)在實(shí)踐中得到了很好的應用效果,其它用戶(hù)可以直接借鑒應用。本文選用的定位器是西門(mén)子壓電閥式,對于其它原理形式定位器的雙冗余用法起著(zhù)拋磚引玉的作用,希望能夠激發(fā)更多的定位器應用方式,同時(shí)能夠讓定位器廠(chǎng)商更清楚地知道用戶(hù)的痛點(diǎn),激發(fā)研發(fā)者開(kāi)發(fā)出更好的產(chǎn)品。


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