气动调节阀控制器改造及智能化技术应用探讨 -行业资讯

气动调节阀在火力发电厂水位、压力、温度等参数的调节中大量使用，许多重要参数如除氧器水位、凝汽器热井水位调节等都是通过气动调节阀来实现(文章导读）。

在一个完整的调节系统中，一次仪表、调节器、执行器构成3个基本要素，参数的测量精度是控制的基础，调节器的调节特性是关键，而执行器的性能是保证。测量仪表和计算机控制技术的不断提高，为参数的调节精度和品质的提高提供了可能，相应地对执行器的性能也提出了更高的要求。气动调节阀作为执行器的一种，其性能的好坏直接决定了参数调节的精度，而阀门控制器是调节阀实现电气信号调节的重要部件，控制器的性能显得非常重要。

1.阀门控制器存在问题及解决方法
嘉兴电厂二期工程(4×600MW)采用的气动调节阀分为进口和国产两部分，其中重要部位使用进口产品，由设计院提供参数，中标厂家负责阀门配置设计。通过招标，工程大部分进口气动调节阀采用Fisher的产品，控制器中的阀门定位器配置有两种，其中薄膜式的调节阀采用Fisher自己的3582型定位器加546型电气转换器构成阀门控制器，气缸式的调节阀采用3620型定位器（已包含I/P电气转换器），而送至DCS的4～20mA阀位反馈信号采用单独的一套阀位反馈测量装置。典型的连接如示意图1。

图1 气动调节阀连接示意图
气动调节阀门基本动作过程为：调节阀工作气源参照执行机构出厂时规定的动作要求进行调节，一般在0.25～0.4MPa。控制器接收4～20mA信号，输出气压经电磁阀或直接进入气缸（上气缸或下气缸），控制阀门的开度。由于Fisher阀门配套的部分定位器都属于传统的机械式定位器，定位器本身不能提供4～20mA阀位反馈信号。这样，一只调节阀就得配置两套机械的阀位测量装置，一套提供给定位器以完成阀门本身的闭环负反馈控制，另一套提供给阀位反馈器以转换成4～20mA阀位信号送至DCS或其它计算机系统。另外，有部分国产气动调节阀使用的定位器，也是采用机械式的定位器，配置情况和fisher阀门类似。值得注意的是，虽然阀位信号并不直接参与液位、温度、压力等过程参数的调节控制，但却是运行人员或工程师判断阀门开度的**直观信号，也影响对模拟量控制系统中调节器参数的整定，因此阀位反馈信号的精度是一个很重要阀门性能指标。
在机组的调试、试运过程中，部分气动调节阀门普遍存在阀位反馈测量不准和故障率偏高的问题，反馈和指令的**偏差达到15%（正常要求<3%），是阀门定位器不准还是反馈测量不准确难以判断，给调节系统的参数整定增加了难度。尤其是在管道振动较大的时，这种情况就更为突出。在现有设备通过常规调整无法见效的情况下，我们对存在问题的进行了分析研究，发现问题主要出在阀门控制器上，提出了对阀门控制器进行改造，决定采用数字智能型的阀门控制器。数字型控制器相对传统的机械式阀门定位器具有以下优点：（1）受管道振动的影响小，可以提高测量精度。（2）定位器本身可以提供模拟量的反馈输出，省去一套单独的阀位测量转换装置，**了原先两套机械式阀位测量本身存在的不可避免的误差。（3）采用一体化结构，包含了电器转换器、定位器及反馈测量装置，结构简单，便于阀门的调试和维护。（4）由于采用的是基于微处理器的集成电子技术，使得采用非接触式的阀位测量成为可能，在振动大的管路上，定位器和调节阀可以分体安装，大大提高调节阀精度。（5）智能式定位器的阀门出现故障时，在排除气源、电源和连接部分的故障外，如果阀门没有出现卡涩现象，一般只要重新走一遍自动调整程序，阀门就能正常工作。（6）数字型控制器采用通信方式可以提供许多阀门本身的信息，为以后对设备采用信息化管理提供了基础。基于上述优点，我们对调节特性差或阀位测量不准的进口和国产调节阀进行了改造，重点是凝结水系统的水位调节阀和工况比较恶劣的凝泵再循环阀等阀门。拆除原有的定位器和阀位反馈装置，替换上西门子SIPARTPS2型智能控制器，改造工作只要通过更换控制器固定连接板和重新配制气源管路就可完成。从改造后的使用情况来看，阀门的调节特性和精度有了明显的改善，输出的阀位信号和调节指令偏差也能控制在3%以内，而且现场调试简单方便，运行后未出现故障情况，改造取得很成功。
2.数字智能型控制器的基本功能及应用探讨
智能型定位器主要有阀位传感器线路板、主板、I/P转换器、气动放大器等部件组成，它的工作原理是定位器接收一个4～20mA的输入信号，与阀位反馈系统检测到的阀位信号进行比较，微处理器采用控制算法进行计算产生一个电信号给I/P转换器，I/P转换器把电信号转换成气动信号给气动放大器，经放大后产生较大压力的输出信号驱动执行机构动作，直至阀门到达给定值对应位置。因此定位器的工作过程实际上是一个负反馈的闭环控制过程，定位器输出的阀位信号也是来自于处理器进行比较的阀位信号，如图2所示。

图2 阀门定位器工作原理图
一般的智能型定位器通过通讯的方式可以进行在线或离线组态，可以方便地完成气动放大器的调整、行程校验、性能优化整定、供气压力和输出压力传感器校验、行程传感器调整等调试步骤，为用户提供阀门行程、行程偏差、动作次数累计以及驱动电流、气源气压等信息，通过设置可以提供这些参数的报警信号。有了这些信息，运行和维护人员可以在控制室监控阀门的工作状态和判断阀门的故障部件，比如是否有取压管路堵塞以及零位飘移等，大大减少了现场的巡检和维护工作。目前在DCS或其他监控和保护系统中，往往只采集了部分监控参数，对反映其“健康状态”的大量信息，尚未进行监控和处理。因此，与传统的模拟定位器相比，智能型定位器在调试、运行、维护和管理等方面都有明显的优势。
目前，比较常用的智能数字型定位器有SIEMENS的SIPARTPS2系列、FISHER的DVC2000和DVC6000系列以及ABB的系列产品，根据气动调节阀的大小、流量特性以及使用环境来选择具体的型号。相对来讲SIEMENS的SIPARTPS2系列适用的阀门行程范围较广，抗振性好，也有可采用和阀门分体安装的型号，但不能提供限位开关接点输出。FISHER的DVC2000适用的阀门行程较小，采用感应式非接触阀位检测系统，可和阀门分体安装，可配置限位开关和阀位变送器。DVC6000适用的阀门行程范围大，采用机械连杆的阀位检测系统，不能和阀门分体安装，值得注意的是DVC6000没有阀位反馈输出端子，不能直接输出4～20mA的阀位信号，但可以使用专用的信号转换器(采用HART通讯协议)通过提供阀门调节指令的电缆分离出阀位反馈信号，如图3所示。

图3 信号转换器通讯线路连接

我们在4号机轴封调节阀中进行了尝试。阀位反馈信号通过HART通讯协议从FISHER阀门的DVC6000定位器中取得，只需要在DCS的I/O端子柜中加装一只信号转换器，通过连线把反馈信号送到DCS的I/O通道。经过几个月的运行试验，阀门的反馈信号稳定、精度高，可以推广使用。如果把具有HART通讯协议的智能数字型定位器同具有HART通讯协议DCS的I/O通道连接起来，反馈信号直接可以从指令信号中读取，这样可以节省一根就地信号反馈电缆，大大减少电缆的数量。为了提高电厂的自动化水平，建议在工程的设计、DCS和阀门等设备的招标过程中考虑这些因素。

3.结束语
相对传统的机械式气动调节阀控制器，智能型控制器在克服阀门回差、调节精度和调试的方便性等方面具有明显的优势，更为重要的是它能够满足自动化技术发展的需要，也能满足现场总线技术的要求。目前，电厂控制系统设计时对气动调节阀的要求就是根据阀位给定信号来调节阀门开度，并提供一个阀位反馈信号。但随着电厂综合自动化水平的提高，以及运行和维护人员的减少，必然要求设备能提供更多的实时生产过程数据和设备的运行状态信息，比如自动累计阀门行程和开关次数并报警，进行开度阶跃测试；生成动态误差带，判断阀门阀杆是否卡涩，阀芯是否有磨损，开度是否到位；气动执行器是否泄漏等。通过比较阀门安装时和运行一段时间后的特性曲线，可**评估阀门的性能状况，从而实现预测性维护，大大减少不必要的阀门拆卸工作量，这些功能只能使用数字型的仪表才能实现。从目前的生产实际以及现有的技术水平来看，适当增加投资，选用智能型数字气动调节阀控制器具有现实和面向未来的双重意义。
文章链接：http://www.klevalve.com/jsxw/1332.htm

资讯来源：无锡科莱恩流体控制设备有限公司