智能阀门定位器在三聚氰胺装置中的应用探讨.pdf

仪器仪表与应用 石 油 化 工 自 动 化 ，2 0 1 0 ，1 6 7 AUTOM ATI ON I N PETR _ CHEM I CAI I NDUS TRY 智能阀门定位器在三聚氰胺装置 中的应用探讨 张文萍 ， 王彬 ， 张青松 ， 张鲁兰 中原大化 集团 仪 表维 修公 司， 河南 濮阳4 5 7 0 0 4 摘 要 详细介绍了数字式智能 阀门定位器的工作原理 、 组成 、 特性 。探讨 了普通阀 门定位器 的功能缺陷和与智能 阀门定 位器 的性能对 比， 分析了智能 阀门定位器在三聚氰胺装 置中的应用情况 ， 提 出了对智 能阀门定位器 的常规维护 ， 并列举 了中原 大化三聚氰胺装置生产中出现 的两个典型故障案例。控 制系统 的卡件不能驱动智能阀门定位 器， 造成仪表问通信故障 ； 阀位行 程传感器失调造成调节阀阀位失灵及处理方法 ， 对仪表人 员的 日常维护提供了可靠保障。 关 键 词 智能阀门定位器 ； 工作原理 ， 喷嘴一 挡板 ； ] ／ p转换器 ； HAR T通信协议 中图分类号 T P 2 1 4 文献标 志码 B 文章 编号 l 0 0 7 7 3 2 4 2 0 1 0 0 1 0 0 6 7 0 3 0 引 言 随着工业控 制智能 化 的发展 ， 数 字式 、 智 能 型 的阀 门 定 位 器 在 化 工 过 程 控 制 领 域 的 应 用 越 来 越 广 泛 。 它 已 成 为 取 代 常 规 机 械 式 模 拟 量 阀 门定 位 器 和 减 少 气 动 执 行 机 构 行 程 偏 差 的最 有 效 工 具 。为 此 ， 该 公 司为 提 高 整 体 装 置 运 行 的 稳 定性 ， 在 2 套 1 5 k t ／ a 和 1 套 3 0 k t ／ a三聚氰胺装置 中的气动执行调节机构设计选型上 ， 考虑到普通定 位器 的功 能缺 陷 ， 全部 安装 了数 字式 智能 阀门定 位 器 ， 该 定位 器 的投用使 有死 区 的阀 门动 态 响应得 到 很大改善 ， 同时它对调节阀的强大诊断功能， 做 到 了预防式减少因阀门引起的突发性停车事故 ， 使用 后也 克 服 了过 去 维 护 时 盲 目对 阀 门进 行 检 修 的 惯例 。 该 文结 合公 司三 聚氰胺 装 置 中 F i s h e r 智 能 阀 门定位 器的成 功应 用和维 护经 验 ， 讨 论 了智能 阀 门 定 位器 的工作 原理 和 在 使用 中存 在 的 问题 及 处 理 方法 。 1 数字式 智 能阀 门定 位器 的工 作原 理 数 字 式 智 能 阀 门定 位 器 一 般 有 I ／ P转 换 器 、 P WB组件 、 气 动 中继 器 、 阀 行 程 传 感 器 组 成 。它 的输 入 信 号 和 反 馈 信 号 比较 后 进 入 印 刷 电 路 板 组 件 子模 块 ， 在 那 里 被 微 处 理 器 读 取 ， 经 数 字 算 法处 理 并转 换 成模 拟 量 I ／ P驱动 信 号 。克 服 了传 统 定 位 器 处 理 信 号 时 受 温 度 、 振 动 的 影 响 ， 同 时 它具有模拟 与数字 混合或 纯数字 化双 向通信 能 力 ， 可实 现 自动 ／ F动 的 定 位 器 校 准 ， 喷 嘴 孔 自动 清障等功 能 。智 能 阀门定位 器 的使 用 可有效 消除力转换和传动时形成 的偏差 ， 其操作原理如 图 1所 示 J 。 图 1 DVC5 0 0 0型 智能 阀 门定位 器 工作原 理 该定位 器 和执行 机构 组成 一个 反馈 回路 ， 当输 入信号增大时 ， 去 I ／ P转换器 的驱动信号增大， 这 使 得 I ／ P转换 器 的线 圈和 衔 铁 之 问的 磁 吸引 力 增 加 ， 于是 挡板 使喷 嘴节 流 ， 即增大 了喷 嘴压力 ， 喷 嘴 压力 送人 气 动 中继 器 子 模块 的输 入 膜 片 。当 喷 嘴 压 力增 大时 ， 气动 中继 器 的膜 片组 件 移 动 ， 使得 阀 芯 去打 开供气 口和关 闭排 气 口， 以增加送 去执 行机 构 的输 出压力 ， 增大 的输 出压 力使得 执行 机构 阀杆 向下移动。阀行程传感器通过反馈连杆感受 阀杆 的位 置变化 ， 阀行程 传感器 与 印刷 电路板 组件子 模 块 电信 号相 连 。 阀杆 继续 向下 移 动 直 至达 到 正 确 的 阀杆 位置 ， 在这 一 点 位 置 上 ， 印 刷 电路 板 组 件使 I ／ P驱动信号稳 定下来， 这使挡板定位 ， 阻止 喷嘴 压 力进 一步增 加 。当输 入信 号减少 时 ， 去 I ／ P转换 收 稿 日期 2 0 0 9 0 9 2 1 。 作者简介 张文萍， 女， 1 9 9 9 年毕业于四川电子科技大学计算机及 应用专业 ， 一直从事化工 自动化仪表维修及研究工作， 任助理工程师。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工 自动化 器子模块 的驱动信号减小， 于是减小 了喷嘴压力 ， 气动中继器的膜片组件移动， 使得 阀芯去关闭供气 口和打 开排气 口， 向大气 释 放 执行 机 构 膜 头压 力 ， 阀杆 向上移动 直至达 到正 确 的位 置 ， 在 这一点 位置 上， 印刷 电路板组件使 I ／ P驱动信号稳定下来 。这 使挡板定位， 阻止喷嘴压力进一步减少 。 2 常规 阀 门定 位器 的功 能缺 陷及 与智 能阀 门定 位 器 的 比较 2 ． 1 常 规 阀门定位器 的功 能缺 陷 普 通 阀 门定 位 器 是采 用 机械 式 力平 衡 原理 工 作的， 即喷嘴挡板技术 ， 该型定位器在化工生产 中 已使用多年， 它存在的主要功能缺陷如下 a 因采用机械力平衡式原理工作 ， 其定位器 中的机械 可动部 件 较 多 ， 易受 工 作 环境 的温 度 、 振 动等 影 响 。弹簧 的弹性 系 数 在恶 劣 环 境 下能 发 生 改变， 会造成调节阀非 线性 ， 导致控制质量下降。 外界 振动传 到力 平衡机 构 ， 易 造成 部件磨 损 以及 零 点和行程漂移 ， 也使定位器难 以正常工作 。 b 工作过 程 是 单 纯 的单 回路 控 制 过 程 ， 不具 备双向的通信能力， 无法通过其 自诊断功能来识别 故障信息。 c 常规 定 位 器 的零 点 和量 程 需 反 复 调整 ， 精 度难以保证 。投用后工作线性常常变化。 d 常规定位器喷嘴孔很小 ， 易被灰尘或污物 颗粒堵住 ， 使定位器不能正 常地工作 ， 而处理过程 费时 费力 。 因其功 能缺 陷大都 是机械 、 设计 等方 面 的因素 造成 ， 为避 免 缺 陷 的存 在 只能 选 用 智 能 型 阀 门定 位器 。 2 ． 2智 能 阀门定位器 的特 性 a 改善控 制 双 向数字 通 信把 阀门 当前 情况 的信 息显示 出来 ， 据 此 信 息对 过 程控 制 进 行 管理 ， 确保 及时控 制 。 b 提 高 安 全 性 可 以从 现 场 接 线 盒 、 端 子板 或在控制室等安全地区使用手操器 、 P C机或系统 工作站选取信息， 将 面对危 险环境 的机会减到最 小 ， 并 且不 必亲 临现场 。 c 保护环境 可 以把阀门泄漏检测仪或限位 开关接 到智 能数 字式 阀门控制 器 的辅 助端 子 ， 避免 额外增加现场布线， 若发生超限该仪表将会报警 。 d 节 省硬件 开支 F I E L DVUE系列数字式 阀门定位器使布线 投资、 端子和 I ／ 0需求 投资节 省 5 O 。同时 F I E L D VUE仪表采用二线制供电， 不要求单独而价高的供 电导线。它们替换掉现有 的配装 于 阀门的模 拟仪 表 ， 节省 了单 独敷设 电源线 和信号线的高额费用 。 由于智能 阀 门定 位器 ， 是 基 于微 处理 器 的新 一 代产品， 具有高精度的阀门位置信号传感器输出压 力传感器等， 因而具有较高的控制精度 0 ． 5 ％～ 1 ， 常规电气阀门定位器精度仅为 2 ～5 ， 并 具有 远距 离组态 、 调 试 、 诊 断 、 数 据 管 理等 功 能 ] 。 经过 6年多的运行 ， 智能阀门定位器与普通阀门定 位器 的性 能 、 使用 情 况 、 性 价 比等 方 面 的 比较 见表 1所 列 。 表 1 两 种 阀 门 定 位 器 的 比较 类 配用普通定位器的 配用智能定位器的 ～ 调 节 阀 调 节 阀 基本误差 小于全行程 的 2 o 阀门稳定性 稳定 调 校 信号源 性 ／ 价 比 P I D操作 通信 在现场手动调校 小 于 全 行 程 的 0 ． 5 极其稳定 通过校验仪在现场、 机 柜或与 D C s 通信调校 4 ～2 O m A或气动信号 模拟信号或数字信号 低 高 无 有 无HART 协 议 3 使用 中存 在 的问题和 处理 方法 a 控 制 系统 的 卡 件 不 能 驱 动 智 能 阀 门 定 位 器， 造成仪表间通信故障。常规模拟阀门定位器一 般输入阻抗为 2 5 0 Q， 而智能阀门定位器 的输入阻 抗均大于 2 5 0 Q， 只是各种定位器 的品牌差异使其 阻抗不 同 。阻抗 的增 加 ， 整个 系统运行 受到 的影响 也 增 大 ， 如果 不能 很 好处 理 ， 就 会 造 成整 个控 制 回 路 的不匹配 。如在 2 0 0 2年 中原 大化集 团仪表 维修 公 司第二套 1 5 k t ／ a三聚 氰胺 装 置 安装 调试 中 ， 曾 出 现 控 制 系 统 卡 件 不 能 驱 动 智 能 阀 门 定 位 器 、 HA RT手操 器也 不能正 常通 信 的情况 。经 过 检查 F i s h e r 公 司 DV C 5 0 0 0系列 阀 门 定 位 器 的 电 气 输 入为 1 2 V D C ／ 2 0 mA， 这样 它 的输 入 阻抗 相 当于 6 0 0 Q， 而 整 套 装 置 选 用 的 控 制 系 统 Ho n e y we l l T DC 3 0 0 0和定 位 器 不 匹 配 。为 了能 有 效 地 解 决 这个 问题 ， 在 靠 近 控 制 系 统 I ／ O 现 场 接 线 端 子 的 地方安装了 HA RT专用滤波器 。该滤波器是一个 有 源设 备接 在 HAR T 回路 的现场 接 线 中 ， 它 的用 途是有效地把控制系统的输出和调制 HA RT通信 信号隔离并提升控制系统的阻抗 以利 HART通信 和定 位 器 的 正 常 使 用 。滤 波 器 从 控 制 系 统 接 收 4 ～2 O mA电流信号， 并作为高阻抗电流驱动回路。 其 输 出电流是 输入 电流滤 波后 的复制 品 ， 滤波 器 的 电流驱动阻止了 HAR T回路里的电压调制信号混 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 张文萍等． 智能阀门定位器在三聚氰胺装置 中的应用探讨 人控制器的输出信号中， 并对控制器 的输 出产生影 响 。该 问题解 决 也 为 处 理装 置 中使 用 的 Ne l e s公 司的 N D8 0 0系 列 智 能 阀 门 定 位 器 电 气 输 入 1 2 ． 8 V DC ／ mA类 似 故 障 提 供 了 借 鉴 意 义 。 HAR T 滤波器 的应 用接线 如 图 2所 示Ⅲ 。 图 2 HART滤 波器 的应 用接 线 b 阀位行 程传 感器 失调 是造 成智 能 阀 门定 位 器故 障的另 一重 要 原 因。 阀行 程 传感 器 的作 用 是 输出阀位反馈信号， 当阀行程传感器故障而反馈 中 断时 ， 整个调 节 阀将 不受 D C S调 节 ， 阀位 自动运 行 到全开／ 全关位 置 ， 这 将严 重威 胁 装 置 的稳定 生 产 。 例如 2 0 0 7 年 8月 1 4日， 该公 司三聚氰胺 工艺人 员 反映 F T一 3 1 1 8 1阀位处于全开位置， 要求仪表人员 及时处理。当仪表人员对 F T一 3 1 1 8 1用手操器进行 校准时 ， 手操器 却无 法完 成 手／ 自动校 准 程序 ， 调节 阀阀位 严重失灵 。用万用 表测量 阀行 程零位 时 阀位 传感器 的精 密 多线 圈电 阻值 为 1 6 5 0 Q。经 过 对发 生故 障的定 位器 分析 发现 ， 性能 良好 的阀位 传感 器 的精 密 多 圈 电 阻 在 阀 行 程 零 位 时 应 为 1 9 5 0～ 2 0 5 0 Q。 最后把 发 生 故 障 的定 位 器 拆 下后 ， 把 反 馈 臂定位在零位 ， 用万用表测量 阀位传感器 的精密多 圈电阻值， 调整阀位传感器的连接轴， 使得万用表指 示在 1 9 5 0 2 0 5 0 Q之问 ， 然后 锁定 连接轴 ， 安装 阀 行程传感器紧 固件 和阀杆相连 ， 问题得 以解决 。 4智 能 阀门定位 器的应 用和 维护 D VC 5 0 0 0和 DVC 6 0 0 0系列 智 能 阀 门定 位 器 于 2 0 0 2年 和 2 0 0 5年 在该 公 司三 聚氰 胺装 置 安 装 使 用 2 0 0多 台 。投用 后 使用 手 操 器对 其 进 行 了组 态和校验 ， 其线性度可达 9 9 ， 零点和量程及 回差 均可 以控制 在精 度要求 的范 围之 内 ， 控 制极 其稳 定 且抗 干扰 的 能 力 也 很 强 ， 完 全 满 足 工 艺 控 制 的要 求。F I E L DVUE定位器维护量极少 ， 基本上无需 维护 ， 其现场适应性也很强。但为了保证其长期、 稳 定 地 运 行 ， 仪 表 人 员 应 做 好 以 下 几 个 方 面 的 工作 。 a 为保证 其 良好 的工作 环境 ， 防止 意外 损 坏 ， 应 定期 检查 定位 器周 围的 工作环 境 ， 同时保 证其 工 作 气源 的稳定 、 干 燥 和 洁 净 ， 减 少 外 界 因素 造 成 的 仪表波动和故障。 b 仪表人员应每周检查阀门和定位器的泄露 和工作情况 ， 及 时消除隐患 。每月使用手操器对定 位 器进 行特性 曲线 检查 ， 检查 零点 、 量 程 、 线 性和 回 差 等参 数 ， 并 对其 优化 和调 整 ， 保证 其 工作质 量 。 c 定期对调节阀进行 检修 和维护 ， 确保 阀门 工作质量 。同时对 D C S调节控制 回路参数进行优 化 ， 以确保与定位器互相工作的协调性和稳定性。 d 由于 E C S方面和其他原 因 ， 其 现场总线 和软 件功能没有完全得到开发 和利用 ， 对智能维 护和 诊断 功能无法完全使用， 但还是大大减轻了日常维护量。 5结束语 通过近几年在三聚氰胺装置的使用效果来看， 智能型阀门控制器性能稳定、 调校方便。随着智能 阀门定位器的广泛应用， 其方便性和强大的软件功 能 ， 必将 替代 传 统模 拟 量 阀 门 定位 器 ， 是 阀 门定 位 器 的发 展趋势 。该 文希 望 通 过 对 智 能 阀 门定 位器 在 三聚 氰胺装 置 中 的应 用 和分析 ， 能 够为读 者提供 在定位器设计选型和使用时能有一定借鉴意义。 参 考 文 献 [ 1 ] 施引萱 ， 王丹均． 仪表维修 工[ M] ． 北京 化学 工业出版 社， 2 0 013 6 53 6 6 ． t 2 ] 吴国熙． 调 节阀使 用 与维修 [ M] ． 北 京化 学工 业 出版社 ， 2 0 01 2 1 3 ． [ 3 ] 王 森．仪 表 工 试 题 集 [ M] ． 北 京 化 学 工 业 出 版 社 ， 2 0 0 22 2 3． [ 4 ] 乐嘉谦 ． 仪 表 工 手 册 [ M] ． 北 京 化 学 工 业 出 版社 ， 2 0 0 4 3 8 33 8 4 ． E s ] 蒋志 良． 智能阀门定位器在化工装置中 的应用 [ J ] ． 石 油化工 自动 化 ， 2 0 0 0 ， 4 7 2 7 4 ． [ 6 ]秦 起佑．工业 自动 化 仪 表 [ M] ． 北 京 机械 工 业 出版 社， 1 9 8 88 67 ． E 7 3 调节阀与阀门定 位器 ， 石化仪 表 自动 化培训 教材[ M] ． 中国 石 化 出 版社 ， 2 0 0 9， 1 5 4 ． 魏德米勒任命大 中华 区总裁 2 0 1 0年 1 月 1日， 魏德米勒正式任命宛晨先生 为魏德米勒大 中华 区总裁 。任职后 ， 他将负责魏德米勒在中国的销售公 司和生产工厂 ， 即魏德米勒 电联接 国际贸易 上海 有 限公 司及魏德米 勒电联接 苏州 有限公 司 。宛晨先 生将 向董 事会成 员及首席执行官 D r ． J o a c h i m B e l z 汇报 。 魏德 米勒 电联接 国际贸易 上海 有限公 司 一 ～ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m