上海申弘閥門有限公司
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西門子氣動智能調(diào)節(jié)閥組成和原理本文對氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的工作原理和作用形式進(jìn)行了討論;另外對西門子SITRANS PS2閥門定位器從工作原理、調(diào)試、常見故障等方面分別進(jìn)行了介紹。西門子氣動調(diào)節(jié)閥是由多彈簧氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)和頂導(dǎo)向式直通低流阻單座閥及德國進(jìn)口西門子定位器組成。氣動調(diào)節(jié)閥具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、動作靈敏、流體通道呈S流線型、壓降損失小、閥容量大、流量特性，配用德國西門子電-氣閥門定位或氣動閥門定位器，可實(shí)現(xiàn)對工藝管路流體介質(zhì)的自動調(diào)節(jié)控制，廣泛應(yīng)用于控氣體、液體、蒸汽等介質(zhì)的工藝參數(shù)如壓力、流量、溫度、液位等參數(shù)保持在給定值。是符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的新一代通用調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品。上閥蓋采用波紋管密封結(jié)構(gòu)，適用于極毒、易燃易爆易揮發(fā)和稀有貴重金屬介質(zhì)的調(diào)節(jié)。另外該閥也可用在真空的場合。調(diào)節(jié)閥的泄漏量符合ANSI B16.104標(biāo)準(zhǔn)。
西門子閥門定位器接收到控制電流4~20mA信號會相應(yīng)的關(guān)閥或開閥，如果給出的控制信號和現(xiàn)場閥門的實(shí)際開關(guān)方向相反，可以改變參數(shù)7SDIR來改變控制信號的動作方向。假如定位器LCD顯示的閥位值、ly位置反饋模塊遠(yuǎn)傳的信號與實(shí)際的閥門開度相反，可以通過參數(shù)38YDIR改變。 采用了通用性及互換性的模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，其特點(diǎn)是變化品種較多，能動地閥內(nèi)進(jìn)行多種不同的組合適用于各種高壓差、低噪音和高精度的場合，滿足用戶不同的使用要求。模塊化的設(shè)計(jì)有效提高了智能型氣動調(diào)節(jié)閥的密封等級和使用壽命并的簡化了用戶在使用維護(hù)中的操作過程，從而大大提高了氣動智能調(diào)節(jié)閥的綜合性能。
1． 西門子氣動智能調(diào)節(jié)閥組成和原理常規(guī)定位器存在的不足
1) 常規(guī)定位器多為機(jī)械力平衡原理，它采用噴嘴擋板機(jī)構(gòu)，可動件較多，容易受溫度波動、 外界振動等干擾的影響，耐環(huán)境性差；彈簧的彈性系數(shù)在惡劣環(huán)境下能發(fā)生改變，會造成調(diào)節(jié)閥非線性，導(dǎo)致控制質(zhì)量下降；外界振動傳到力平衡機(jī)構(gòu)，易造成部件磨損以及零點(diǎn)和行程漂移，也使定位器難以工作；
2) 由于噴嘴本身的特性，執(zhí)行器在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)也要大量消耗壓縮空氣，若使用執(zhí)行器數(shù)量較多，能耗較大；而且噴咀本身是一個(gè)潛在故障源，易被灰塵或污物顆粒堵住，使定位器不能正常工作；
3) 常規(guī)定位器手動調(diào)校時(shí)需要使用設(shè)備、不隔離控制回路是不可能的，且零點(diǎn)和行程的調(diào)整互相影響，須反復(fù)整定，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，非線性嚴(yán)重時(shí)，則更難調(diào)整。
2．西門子氣動智能調(diào)節(jié)閥組成和原理智能閥門定位器的組成和原理
2.1智能閥門定位器的組成
智能閥門定位器是一種具有HART通信協(xié)議的閥門定位器，由三部分組成：微處理器電子
控制的模件，包括HART通信模塊和就地用戶界面開關(guān)；電/氣動轉(zhuǎn)換器模件的壓電閥；閥位傳感器。西門子閥門定位器在應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)。隨著智能儀表技術(shù)的發(fā)展，微電子技術(shù)廣泛應(yīng)用在傳統(tǒng)儀表中，大大提高了儀表的功能與性能。與常規(guī)定位器比較，智能閥門定位器具有模塊化、控制精度高、免維護(hù)設(shè)計(jì)、耗氣耗能少、使用成本低等優(yōu)點(diǎn)。
（1）精度高。西門子智能閥門定位器是基于微處理器的具有高精度的閥門位置信號傳感器，能夠檢測到更加細(xì)微的偏差，控制精度可以達(dá)到0.5%～1%；而傳統(tǒng)的電氣類閥門定位器的精度僅為2%～5%，且具有遠(yuǎn)距離組態(tài)、調(diào)試、診斷、數(shù)據(jù)管理等操作。西門子閥門定位器采用微處理器對給定值和位置反饋?zhàn)鞅容^運(yùn)算，如果微處理器檢測到偏差，就會進(jìn)行智能PID方式調(diào)節(jié)進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的氣體流量，進(jìn)一步提高了控制精度。
（2）安全性能好。調(diào)節(jié)閥控制信號變化范圍是0～100%，而且在極限狀態(tài)下，一些微弱的干擾信號有可能導(dǎo)致閥門的誤動作或關(guān)不死，直接產(chǎn)生泄露現(xiàn)象。西門子閥門定位器具有閥門緊閉功能，該功能可以使控制閥在控制信號范圍以外保持關(guān)閉或穩(wěn)定狀態(tài)，可以保證當(dāng)控制信號沒有超過設(shè)定的緊閉范圍時(shí)閥門保持關(guān)閉狀態(tài)不變。同時(shí)操作人員可以從現(xiàn)場接線盒、端子板或在控制室這樣的安全地區(qū)使用手操器、PC機(jī)或系統(tǒng)工作站選取信息，將面對危險(xiǎn)環(huán)境的機(jī)會減到小，并且不必親臨現(xiàn)場。
（3）初始化簡單。西門子閥門定位器的初始化過程基本上非常簡單，通過調(diào)整執(zhí)行器，使桿達(dá)到平衡位置，顯示屏將顯示一個(gè)介于P48.0到P52.0之間的值，并手動設(shè)置幾個(gè)簡單參數(shù)，大多數(shù)參數(shù)默認(rèn)即可，就可以自動完成初始化過程。定位器能自動測定執(zhí)行器的零點(diǎn)量程、作用方向、執(zhí)行時(shí)間并且進(jìn)行優(yōu)化控制，從而大大地降低了人為因素和機(jī)械因素造成的較大誤差，提高了工作效率。
（4）豐富的自我診斷功能。西門子閥門定位器具有豐富的自診斷功能，并將故障代碼顯示在LCD屏上，根據(jù)故障代碼工作人員可以方便地查找故障原因，從而及時(shí)地排除故障。智能閥門定位器安裝在氣動調(diào)節(jié)閥上，因環(huán)境溫度變化、管道震動等原因都會影響閥門定位器的工作狀態(tài)。綜合考慮各種環(huán)境因素，智能閥門定位器在自我診斷能力技術(shù)方面有了很大的提高，如果因環(huán)境因素造成的部件失靈，智能閥門定位器將立即檢測到非正常信號，并發(fā)出報(bào)警信號，供工作人員做出判斷和處理。
2.2西門子氣動智能調(diào)節(jié)閥組成和原理智能閥門定位器的工作原理
整個(gè)控制回路由兩線、4～20mA信號控制。HART模件送出和接收疊加在4～20mA信號上
的數(shù)字信息，實(shí)現(xiàn)與微處理器的雙向數(shù)字通信。模擬量的4～20mA信號傳給微處理器，與閥位傳感器的反饋進(jìn)行比較，微處理器根據(jù)偏差的大小和方向進(jìn)行控制計(jì)算（一級控制），向壓電閥發(fā)出電控指令使其進(jìn)行開、閉動作。壓電閥依據(jù)控制指令脈沖的寬度對應(yīng)于氣動放大器輸出壓力的增量，同時(shí)氣動放大器的輸出又被反饋給內(nèi)控制回路，再次與微處理器的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行比較運(yùn)算（二級控制），通過兩級控制輸出信號到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)空氣壓力的變化控制著閥門行程。當(dāng)控制偏差很大時(shí)，壓電閥發(fā)出寬幅脈沖信號，使定位器輸出一個(gè)連續(xù)信號，大幅度的改變至執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號壓力驅(qū)動閥門快速動作；隨著閥門接近要求的位置，命令要求的位置與測得位置的差值變小，壓電閥輸出一個(gè)較小脈寬的脈沖信號，斷續(xù)、小幅度的改變至執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號壓力，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)接近新命令位置的動作平緩。當(dāng)閥門到達(dá)要求的位置（進(jìn)入死區(qū)）時(shí)，壓電閥無脈沖輸出，定位器輸出保持為零，使閥門穩(wěn)定在某一位置不動。
氣動智能調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，可在現(xiàn)場隨意更換正、反作用形式并對彈簧進(jìn)行有效的防腐保護(hù)，從而延長了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的使用壽命，方便了用戶的使用。執(zhí)行機(jī)構(gòu)與智能電氣閥門定位器的配套采用了無管路連接的設(shè)計(jì)，提高了調(diào)節(jié)閥的抗震性能、使用穩(wěn)定性與調(diào)節(jié)精度。滿足了對各種不同工況的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)閥是控制系統(tǒng)的終端，一旦其發(fā)生故障，將直接影響裝置的安全運(yùn)行，對生產(chǎn)過程影響非常大。運(yùn)用智能閥門定位器，能夠改善調(diào)節(jié)閥的流量特性和性能，可以通過與DCS或總線設(shè)備進(jìn)行數(shù)字信息通訊，提升企業(yè)生產(chǎn)控制能力，為裝置的安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供保障。
