智能阀门定位器的应用及维护
摘要： 介绍了西门子SIPART PS2智能定位器的组成原理及安装与日常维护。
关键词：智能阀门定位器；原理；调试；维护
The application of intelligent valve positioner and its maintenance
Abstract： this article introduces the constituent principle of the SIPART PS2 intelligent positioner and its installation day-to-day maintenance．
Key words：intelligent valve positioner；principle；debugging；maintenance
引言
在石化工程应用中，随着工业自动化水平和信息产业的飞速发展，DCS及现场总线技术的广泛应用，各类生产装置对智能仪表的应用量逐年递增，对智能仪表的要求也越来越高。仪器仪表的智能化程度仅停留在检测环节已不能满足需求，控制阀执行单元实现智能化与调节品质密切相关，而执行单元的智能化主要体现在阀门定位器上，因此智能阀门定位器就成为控制环节中非常重要的组成部分。
智能阀门定位器是基于微处理技术的新一代高性能电/气动阀门定位器，它接收控制器的4～20mA信号，通过调节阀执行机构的供气压力，精确地将阀门稳定在控制信号规定的置，可以大大提高生产效率。由于智能阀门定位器在控制精度、对环境的适应性、投运、维护及操作费用等方面都优于常规阀门定位器，它的实际应用也日益广泛，现场调校中出现的问题也开始增加。如何处理这些问题，使智能阀门定位器得到更好的应用，是我们现场安装调试人员所必需面对的问题。
本文从工程实施角度出发，结合西门子公司SIPART PS2智能阀门定位器谈一谈智能阀门定位器在工程实践中的应用。
1  智能阀门定位器的工作原理
1.1 阀门定位器的工作原理
根据所使用的输入信号，阀门定位器分为气动阀门定位器和电气阀门定位器两类，电气阀门定位器又分为普通和智能两类。电气阀门定位器除了有气动阀门定位器的功能外，还有电气转换功能，智能电气阀门定位器采用微处理器实现数字控制，具有更强补偿功能。图1是阀门定位器的原理框图。
图1  阀门定位器的原理框图
智能阀门定位器一般采用模块化设计，其内部有一个独立的模块基座，它可以很方便地在现场更换子模块而不必拆现场的导线或导管。这个模块基座中可以安装一些子模块：I/P转换器、电子和微处理器单元组件、气动继能器、阀位传感器、压力指示表等，其中的一些子模块如压力指示表等为可选件。图2是智能阀门定位器的内部组成。
图2  智能阀门定位器的内部组成
1.2 西门子SIPART PS2阀门定位器的控制实现
西门子SIPART PS2定位器是一种数字式的高集成度微处理器的现场设备，由壳体、印刷电路板、阀位反馈系统、接线端子盒、气路控制及放大部分等组成。该定位器采用微处理器，将由DCS输出的控制信号与阀门位置的反馈信号进行比较，当微处理器检测到偏差时，它将根据偏差的大小和方向利用程序来控制压电阀，再由压电阀来调节执行机构气室的进气量，当然对于单作用的执行机构需要输出1路气动信号，而对于双作用执行机构则需要输出2路气动信号。
压电阀是SIPART PS2智能阀门定位器的核心部分，当压电阀处于失电状态时，由于弹簧的作用，压电陶瓷弯曲转换装置关闭操作喷嘴，由于排放口通大气，此时腔室处于不受压的状态，在弹簧的作用下活塞处于最高点位置，因此没有净化风从P(仪表风人口)到A(去执行机构膜头)；当压电阀处于得电状态时，压电陶瓷弯曲转换装置压缩弹簧并关闭排放口，而此时腔室处的压力通过喷嘴而迅速增加，迫使活塞下移，则净化风从P到A通过。
由压电阀工作原理得知，当控制阀处于稳态时，压电阀关闭，此时耗气量理论上为零。而实际情况也是如此，其稳态耗气量(标准状况)3．6×10 m／h。与常规阀门定位器的稳态耗气量(标准状况)0．35 m ／h相比，在正常工况下可以节省0．3 m／h。
2  智能阀门定位器的主要特点
相对于普通电气阀门定位器来讲，SIPART PS2智能阀门定位器具有以下特点：
(1)提高控制阀和控制系统的性能，由于智能阀门定位器的设定精度准确，是实现提高控制阀控制精度的保障，从而提高系统的整体控制水平。
(2)节气，保持管网压力的稳定，对大型石化企业来说，由于用气点很多，耗气量很大，到装置末端或远离空压站的地方，仪表风压力普遍偏低，有时甚至影响控制阀的正常工作，无法满足装置的正常安全生产。如果采用低耗气量的智能阀门定位器，由于用气量极少，使总耗气量降低，从而保持仪表风管网压力的稳定，保证装置末端的控制阀正常工作。
(3)初始化过程简单。对大多数智能阀门定位器来说，初始化过程基本上比较简单。只需根据操作手册设置相关参数并按下按钮，就可以自动完成初始化过程。同时，把设置好的参数上传到计算机中，通过成批下载的方式可将相同工况的定位器进行复制，省时省力。在新建装置开工或旧装置进行大修时其特别明显。
(4)智能化的通讯方式。随着工业自动化控制的不断进步，智能通讯以高效快捷得到了大多数用户的肯定。习惯了变送单元的智能通讯方式，自然对智能阀门定位器进行智能通讯得到认同。在石化领域中，HART通讯已得到普遍应用，FF现场总线也正被人们所接受。SIPART PS2智能阀门定位器不但支持上述通讯协议，并可以在实际工程应用中，通过相应的软件和硬件把全厂的智能阀门定位器的所有参数信息保存到计算机中，包括把标定、组态、诊断、维护及其操作时间记录下来，这是普通手操器无法实现的。当需要对该定位器进行维护或更换时，可以从信息库中检索到该仪表参数，并快速下载到该定位器中，节省了工时和成本。
(5)故障诊断和监控功能，西门子SIPART PS2智能阀门定位器与一般阀门定位器的最大的区别在于具有在线故障诊断及在线监测功能。在实际生产或开工试车过程中，会遇到各种各样的问题，比如说控制阀不能打开到其额定行程、动作不敏感以及控制不佳等，利用智能定位器提供的多种故障诊断功能，可较准确地判断故障的原因，如阀门泄漏量、阀填料、阀磨损等问题，并能进行行程累计、行程方向改变次数、报警次数、死区自调整等。具备以上功能就可以大大提高控制阀的安全运行时间，并可以在控制阀出现问题之前通过新老性能数据的对比，提前发现其性能上的变化。
(6)阀位反馈，SIPART PS2智能阀门定位器仅需内置一模块就可以实现阀位反馈(4～20mA DC)。
(7)分离安装，与普通电气阀门定位器相比，西门子SIPART PS2智能阀门定位器的行程检测组件和控制器可以分离安装。控制器通过1根电缆与行程检测组件连接，用1根或两根气管与执行机构连接，这样在过高／过低的环境温度或核辐射等场合，分离式安装具有很大的优势。
图3 分离安装的执行机构与控制器
注：1，2—— 气动连接管(双作用执行机构)；3— — 行程检测
系统(10 kn电位器或NCS)；4— — 电缆；5— — 改进的EMC滤波模块(定位器内)；6— —SIPART PS2智能阀门定位器
3  安装调试
3.1 定位器的安装高度
接通电源和气源。依据执行机构
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