气动阀门定位器3.doc

阀门定位器选型指南作者：湖南化学工业设计院 钟声在众多的控制应用场合中，阀门定位器是调节阀最重要的附件之一。尤其是对于某个特定的应用场合，如果要选择一个最适用的(或者说最佳的)阀门定位器，那么就应注意考虑下列因素： 1)阀门定位器能否实现“分程(Split_ranging)”?实现“分程”是否容易、方便?具备“分程”功能就意味着阀门定位器只对输入信号的某个范围(如：412mA或0.020.06MPaG)有响应。因此，如果能“分程”的话，就可以根据实际需要，只用一个输入信号实现先后控制两台或多台调节阀。 2)零点和量程的调校是否容易、方便?是不是不用打开盒盖就可以完成零点和量程的调校?但值得注意的是：有时候为了避免不正确的(或非法的)操作，这种随意就可进行调校的方式需要被禁止。 3)零点和量程的稳定性如何?如果零点和量程容易随着温度、振动、时间或输入压力的变化而产生漂移的话，那么阀门定位器就需要经常地被重新调校，以确保调节阀的行程动作准确无误。 4)阀门定位器的精度如何?在理想情况下，对应某一输入信号，调节阀的内件(Trim Parts,包括阀芯、阀杆、阀座等)每次都应准确地定位在所要求的位置，而不管行程的方向或者调节阀的内件承受多大的负载。 5)阀门定位器对空气质量的要求如何?由于只有极少数供气装置能提供满足ISA标准(有关仪表用空气质量的标准：ISA标准F7.3)所规定的空气，因此，对于气动(或电-气)阀门定位器，如果要经受得住现实环境的考验，就必须能承受一定数量的尘埃、水汽和油污。 6)零点和量程的标定两者是相互影响还是相互独立?如果相互影响，则零点和量程的调校就需要花费更多的时间，这是因为调校人员必须对这两个参数进行反复调整，以便逐步地达到准确的设定。 7)阀门定位器是否具备“旁路(Bypass)”，可允许输入信号直接作用于调节阀?这种“旁路”有时可简化或者省去执行机构装配设定(Actuator Settings)的校验，如：执行机构的“支座组件(Benchset)设定”和“弹簧座负载(Seat Load)设定”这是因为在许多情况下，一些气动调节器的气动输出信号与执行机构的“支座组件设定”完全吻合匹配，用不着对其再进行设定(其实，在这种情况下，阀门定位器完全可以省去不用。当然，如果选用了，那么也可利用阀门定位器的“旁路”使气动调节器的气动输出信号直接作用于调节阀)。另外，具备“旁路”有时也可允许在线的对阀门定位器进行有限度的调校或维修维护(即利用阀门定位器的“旁路”使调节阀继续保持正常工作，无须强制调节阀离线)。 8)阀门定位器的作用是否快速?空气流量(Airflow)愈大(阀门定位器不断的比较输入信号和阀位，并根据它们之间的偏差，调节其本身的输出。如果阀门定位器对这种偏差响应快速，那么单位时间里空气的流动量就大)，调节系统对设定点(Setpoint)和负载变化的响应就愈快这意味着系统的误差(滞后)愈小，控制品质愈佳。 9)阀门定位器的频率特性(或称频率响应，Frequency Response即G(j)，系统对正弦输入的稳态响应)是什么?一般来说，频率特性愈高(即对频率响应的灵敏度愈高)，控制性能就愈好。但必须注意：频率特性应采用稳定的实验方法(Consistent Test Methods)而非理论方法来确定，并且在评估测定频率特性时，应将阀门定位器和执行机构合并起来考虑。 10）阀门定位器的最大额定供气压力是多少?例如：有些阀门定位器的最大额定供气压力只标定为501bin2(即：50psi,lpsi=0.070kgf/cm26.865kPa)，如果执行机构的额定操作压力高于501bin2，那么阀门定位器就成了执行机构输出推动力的制约因素。 11)当调节阀与阀门定位器装配组合后，它们的定位分辨率(Positioning Resolution)如何?这对调节系统的控制品质有非常明显的作用，因为分辨率越高，调节阀的定位就越接近理想值，因调节阀过调(Overshooting)而造成的波动变化就可以得到扼制，从而最终达到限制被调节量周期性变化的目的。 12)阀门定位器的正反作用转换是否可行?转换是否容易?有时这个功能是必要的。例如，要把一个“信号增加阀门关”的方式改为“信号增加阀门开”的方式，就可使用阀门定位器的正反作用转换功能。 13)阀门定位器内部操作和维护的复杂程度如何?众所周知，部件越多，内部操作结构越复杂，对维护(修)人员的培训就越多，而且库存的备品备件就越多。 14)阀门定位器的稳态耗气量(Steady-state Air Consumption)是多少?对于某些工厂装置，这个参数很关键，而且可能是一个限制因素。 15)当然，在评价和选用阀门定位器时，其他因素也应考虑。譬如：阀门定位器的反馈连杆机构(Feedback Linkage)要能真实的反应阀芯的位置；另外，阀门定位器必须坚固耐用，具备抗环境保护和防腐能力，而且安装连接简易方便。 本篇文章来源于 “中国气体分离设备商务网”/vThesis/ViewThesis.asp?DocID=TY2005M05D27H14m28s11HTP气动阀门定位器（以下简称HTP定位器）是日本山武-霍尼韦尔公司气动调节阀的主要附件，这是一种单输出的阀门定位器。有正作用与反作用两种形式。气动调节阀配备阀门定位器能够克服流体不平衡力与阀内零件磨擦力等阻力，使执行机构按照调节器的输出信号工作，保证阀准确定位，从而精确调节流量。使用阀门定位器还可以改变调节阀的流量特性和作用形式。 1 HTP定位器的主要特点 （1）大口径先导式继动器消除了气路堵塞，使调节阀动作速度很快。 （2）改变作用方式不要更换零件，只要改变继动器的安装位置。 （3）更换凸轮就可以改变调节阀的流量特性，有线性、等百分比和快开3种特性。 （4）灵敏可靠，即使工作条件经常变化，调节阀性能仍稳定。 （5）设置了旁路组件，调节阀不停车也能够维修定位器。 2 分析常见故障原因 2.1 有输人信号、无输出力 （1）继动器信号气路堵塞 1）铸件孔未铸通。 2）橡胶垫位置变动，堵住信号孔。 （2）组成继动器信号腔的零件漏气 1）膜片破损。 2）密封面不平整。 3）密封垫老化。 （3）继动器供气口挡板未打开 1）与中心轴连接的膜片盘与挡板间隙太大。 2）膜片托盘厚度太小。 3）挡板夹弹性太大。 （4）执行机构及管线大量漏气。 2.2 输出压力不降低 （1）继动器排气口挡板未打开 1）膜片盘螺孔深度浅，使中心轴无法拧紧到预定位置。 2）排气口挡板夹弹性太大。 （2）反馈弹簧压缩量太小或刚度太低。 2.3 基本误差（线性偏差）不合格 （1）凸轮精度低 1）凸轮型面有毛刺或有脏物。 2）凸轮安装孔定位不妥。 （2）反馈弹簧线性精度差 1）簧丝材料不合适。 2）热处理不妥。阀门定位器|电气转换器专家常熟市常仪仪表有限公司 3）未经过立定处理。 （3）定位器零点位置未调好。 （4）在行程中点位置反馈杠杆未调平，行程销位置与执行机构位置不一致。 （5）继动器输出气路漏气 1）橡胶垫老化失效。 2）中心轴上方的纸垫圈损坏，无法密封 3）继动器小膜片未压紧 （6）继动器背压未调好 1）两挡板间距不妥。 2）挡板与喷嘴不能密封。 （7）实际供气压力与设计要求差别太大。 （8）执行机构漏气 1）管接头处。 2）膜片处。阀门定位器|电气转换器专家常熟市常仪仪表有限公司 3）反作用执行机构的O形橡胶圈处。 （9）凸轮安装位置错误，产品说明书第1页的凸轮安装位置为50100mm行程，1250mm行程的凸轮位置应转动180度。 2.4 回差（变差）不合格 （1）反馈弹簧两端面不平行，工作过程中弹簧转动。 （2）凸轮紧固螺钉松动，振动环境中要经常进行检查。 （3）反馈弹簧刚度太低。 1）材料不妥。 2）未经过热处理。 （4）转轴与轴套径向间隙及轴向间隙大。 （5）转轴与反馈杠杆孔铆接处松动，应改为焊接。 （6）转轴与凸轮固定板点焊处松动。 （7）U形板转动支点处间隙太大。 （8）供气压力不稳定。 （9）继动器背压不合适。 （10）反馈杠杆处的行程销锁紧螺母未紧固。 2.5 定位器行程的误差太大 （1）凸轮安装位置不符合说明书要求。 （2）反馈杠杆长槽内的行程销位置不对。 （3）反馈弹簧选择错误输入信号20100kPa时，选用2.9mm簧丝直径的反馈弹簧；2060kPa时，选用2.6mm长42mm的反馈弹簧；60100kPa时，选用2.6mm长52mm的反馈弹簧；小行程（612mm），信号20100kPa时，选用簧丝mm的反馈弹簧。 2.6 定位器动作错误 阀门定位器|电气转换器专家常熟市常仪仪表有限公司 （1）继动器安装位置错误，例如正作用型安装在RA位置。 （2）凸轮的特性选择错误，例如线性流量特性选用了等百分比特性凸轮。 （3）旁路开关位置错误，例如使用定位器时开关盘处于旁路位置。 还有一些故障，如定位器动作速度慢、无输入信号等，因为与定位器本身关系不太密切，所以本文省略说明。阀门定位器的两种调校及故障分析作者：出处：发布时间：2006-9-20 下午 01:49:44 浏览次数：798 收藏【关键词】阀门定位器 故障分析 【摘要】运用自动控制原理对阀门定位器的常规校验方法进行了补充，并对生产中经常出现的问题给予分析和解决。-浏览字体设置： - 16pt + 10pt 12pt 14pt 16pt 1 前言在我集团公司双氧水生产界区，共有31套自动控制系统，在这些自动控制系统中，气动薄膜调节阀起到了举足轻重的作用，而阀门定位器作为调节阀的辅助工具，对调节阀的定位也起着决定性作用，因此阀门定位器调校质量的好坏，直接影响着调节阀的使用，阀门定位器能否正常也直接影响着调节阀的作用。因此，本文针对阀门定位器的调校和故障进行了分析和研究2 阀门定位器的两种调校方法21 阀门定位器和调节阀工作原理图(图1)围1阀门定位和调节问工作原理围图1中， I输入信号M 一零位弹簧产生的调零点力矩M厂输入信号产生的电磁力矩h 挡板位移P继动器的输出L 调节阀在某一开度下的行程M广一反馈弹簧产生的反馈力矩在正常情况下，假设阀门定位器的特性为线性，各环节均可近似看作线性环节，则结构图对应的方块图如图2。围2 工作原理围对应的方框图图中，l(o、K厂零位弹簧、反馈弹簧的弹性系数I(I、K卜K2、Kv、K3、 l【厂一磁铁部件，挡板， 继动器，调节阀，反馈杠杆，行程调整机构的放大系数令： KG= KtK2Kv (1)KF=K3K4 (2)由环节的反馈运算公式可知LI= (KG，(1+l(GKF) (VIKII) (3)66 ElC Vo11 0 2003 No522 一般调校法连接(图3)围3 调校连接围221 一般调校法(1)零位调整，给定电流信号4mA，通过顺时针或反时针旋动调零螺钉，使输出压力为02100KPa左右或调节阀行程有微小位移。(2)量程调节给定信号8、12、16、20mA，使阀杆行程应为25 50 、75 、100 若量程偏大或偏小，调整螺母，直至量程符合要求(3)重复步骤(1) (2)，使量程零点达到规定值。222 一般调校法的不足将式(1)、(2)代入式(3)得Ll=(KIK2Kv(I+KII(2KvK3K4Ks) (KoH+KII) (4)由式(4)可知，调零点和调量程改变了H和l(4值。因此，只有不断反复调整HzA-能达到要求。零位弹簧工作在线性区域，其长度变化范围有限，调量程机构其机械位置也会受到限制，所以有时Kv很大或很小时，用一般方法就不能校准阀门定位器了，我们只有用特殊法来调校23 特殊调校法根据(4)式可知，通过调整反馈杠杆的有效长度及改变调零弹簧的弹性系数也可以调校阀门定位器。具体如下：231 调整反馈杠杆法(1)给定信号4mA，通过调零螺钉，调节零点，使零点达到规定值。(2)给定信号20mA，记录调节阀分别在25 、5o 、75 、100 时的行程，调量程，直至达到规定值。(3)重复上述步骤(1)、(2)，若零点、量程无法校准，调整阀杆上的销钉来改变反馈杆的有效长度，K 改变，L改变。(4)重复上述步骤(1)、(2)、(3)，直到零点，量程达到规定值。232 改变调零弹簧的弹性系数法当弹簧工作在非线性区域时，其l(艚大，由式(4)可知，定位器零点提高了，行程满度值也增加， 当满度值大于额定行程时，就需要调量程机构，使调节阀的行程减小，这样阀门定位器的零位值也减小。(1)给定20mA 信号，将调零螺钉调整到接近极限位置。(2】给定4mA信号，按常规法调整零点。(3)给定20mA信号，按常规法调整量程。(4)重复步骤(2)、(3)，直到零点、量程达到规定值。3 阀门定位器的常见故障分析(1)阀门定位器有输入信号但是调节阀不动作，原因大多是电磁铁组件发生故障或是供气压力不对，建议换电磁铁组件或检查气源压力。(2)阀门定位器没有输出压力。原因为空气中的灰尘，杂质没有过滤彻底，导致节流孔堵死，或者是喷嘴挡板位置不正确，继动器有缺陷等，处理办法用02mm钢丝疏通节流孔，更换继动器等。维修技术(3)输出压力缓慢或不正常。在日常生产运行中，调节阀不断的动作，会导致调节阀的膜头受损、漏气，造成有输入信号但调节阀动作缓慢的故障，使调节阀达不到及时调节的效果，处理办法检查膜室，更换膜片。4 结束语综上所述的两种阀门定位器的调校办法，通过大量的实践表明是切实有效的，解决了生产运行中出现的许多问题，确保了调节阀的控制功能的正常发挥，维护了仪表在生产中的稳、准、灵。气动调节阀就是一种重要的执行器，它在众多的工业过程控制系统装置，尤其是在石化、冶金等工业的流量控制中发挥着不可替代的作用。而气动阀门定位器作为它的主要附件之一，可以改善阀门特性、提高控制的精度、速度和增加控制的灵活性。随着工业的进步，阀门定位器从最初的纯气动、机械力平衡式的。发展到后来的使用电磁转换的电气阀门定位器，直到今天的智能型和使用现场总线技术的定位器，其总的趋势是电气化、智能化，并且必定要与将来的全数字化工业控制相适应。在国外，一些在工业自动化领域有着多年经验和雄厚技术优势的大公司，如西门子、费希尔一罗斯蒙特等，相继研制成功了智能型两线制，或者配置有HART总线、FF总线等现场总线接口的智能电气阀门定位器。在国内虽然在这方面起步较晚。但在这种国际大趋势的带动下，现在已经逐步认识到进行工业现场技术改造的迫切性。为此，在消化理解西门子公司同类产品的基础上。对智能二线制阀门定位器的研制进行了初步的探索。1 二线制仪表所谓二线制仪表，是指电源和信号线公用两根导线的仪表，即不使用任何额外的电源，仪表的供电完全是从控制信号中取出的，目前工业现场最常用的就是符合工业标准的42o mA电流信号。二线制仪表由于电源本身即取自信号线，所以在构成本质安全的防爆结构时，具有很大的优势。对于二线制定位器来随输入电流信号范围为420 mA，此信号既作为定位衍号，叉提供定位器所需要的全部功率，因此整个设备要求在低功耗下运行。2 智能定位器的控制原理该定位器的控制原理见图1。通过两个小的控制阀A和B来控制压缩空气进出气动调节阀，阀A是进气阀，闽B是排气阀，这两个阀门都只有“开”和“关”两种状态。在任一时刻，阀A、B之中只能有一个开通，另一一个关闭。当A开通时，由于压缩空气压力大于膜头内压力，因此压缩空气进入调节阀，阀杆向下移动；反之当B开通时，调节阀气室内的压缩空气经B排人大气，阀杆在弹簧的作用下向上移动 在智能阀门定位器中，为了能与控制电路接口，阀A和B的开通与关断必须能够用电量来控制 实际中使用的阉A、B有电磁阀、压电陶瓷阀等多种类型 ：二= 二：一 蕊 广 一lL T 广 J-： 一气室竺!【 ! l i 一图1 智能二线制电气阗门定位器的控制原理这里使用的是一种压电陶瓷控制阀，其基本原理是依据压电材料的压电效应。用-d,片特殊制作的压电陶瓷片，在它两侧加上2430 V电压，压电陶瓷片就会发生弯曲，总的形变量可达几十微米。从而可以堵住放开进气口或排气口，达到控制气流的目的。由于压电陶瓷的阻抗很高，所以这种控制阀的优点是功耗极低，易于实现二线制仪表和本安防爆。此外，它动作速度快、质量轻。因而在震动较大的环境中仍能可靠工作。 阀位控制采用五接点开关控制算法。这种算法原鼻简单明 ，控制特性较好实现也不复杂，适合那些基r微控制器的应用系统。所谓五接点开关，是指把误差范围分正大、正中、死区、负中、负大五个区域，在不同区域中执行不同的动作来力图减小误差。当误差在正大和负大区时，控制器输出连续信号给压电控制阀，持续进气或排气，使行程快速改变，因此称这两个区为高速区；在正中和负中区，输出一定宽度的咏冲信号，断续进气或排气，行程缓慢改变，因此称这两个区为低速区或短步区：在死区内，不输出信号，行程不改变。3 智能定位器的硬件构成整个硬件设计的难点就在于两线制系统对功耗的要求苛刻，整个系统(包括压电控制阔的驱动)都应能通过420 rnA信号线供电。其原理框图如图2所示，其中，方虚线框中为控制电路部分。警 膊兰 i图2 智能二线制电气阀门定位器的硬件掏成由于电气阀门定位器的输入只是一个电流信号，而实际电路中需要的是一组不同的电压，如AI)C的输入需要与输入电流成比例的电压、MCU和ADC的电源可能需要33 V的电压，以及控制压电陶瓷阀需要24 v或更高的电压，因此必须经过一定的转换和处理。电源变换模块的任务就是把输入的电流变换成33 V和24 v两组电源，供微控制器和其他器件使用。由于此部分电路转换的成功与否，以及效率的高低直接影响系统的功耗，关系到整个电路设计的成败，因此地位显得尤为重要。这部分电路相当于一个简单的开关电源，其基本思想是先将输入电流转化为一个较低的电压，再通过振荡器产生振荡，最后通过整流、滤波以及线性稳压得至q所需的电压值，从而起到一个直流变压(DCDC变换)的作用。在实现时，需要自己绕制变压器。由于LCD功耗较低，所以选用它来作为显示器件。它和按键一起提供了人机交互接口，用户可以通过它们来手动控制阀位，或输入控制参数。一般的微控制器内建的ADC都是8位的，用在本应用中显得不够，所以在这里选用不带M)C的MCU及外挂的l2位串行 Dc。本应用中要求功耗比较低，同时对速度要求不是很高，所以这样的ADC应能满足要求。微控制器选用M0ton山公司的MC68HC05L6，它是所有运算、控制的核心。但它输出的脉冲幅度只能达到它的电源电压，不足以驱动压电陶瓷阔。所以需要额外的驱动电路，把小幅度脉冲(33 v)转变成大幅度(24 V)脉冲。4 智能定位器的软件构成在软件设计时，首先实现了一个简单的基于时钟中断的实时内核，在此基础上，把要完成的功能编制成不同的任务模块，根据各个任务所要求的执行频率的不同进行统一调度，进而完成全部系统功能。在软件的编制过程中，利用了微控制器的WAIT低功耗节电方式来降低系统功耗。软件主要包括以下几个模块： AD数据处理和压电阔控制模块：主要完成ADC数据采样、处理和闭环控制 EEPROM参数写入模块：将系统配置参数写入EEPROM，以使系统断电后重要参数得以保存 按键扫描和处理模块：完成按键检测、去抖动、按键时间记录等功能，并在发生特定事件时调用按键功能函数进行处理。 LCD显示模块：其任务是将显示缓冲区的内容显示在LCD上，除正常显示以外，为了实现参数菜单，还应该可以完成诸如闪烁显示、交替显示等功能。 系统自整定模块：其功能是完成系统的自动整定和调校。5 低功耗的实现由于是二线制系统，因此尽量低的功耗是系统设计中所追求的目标，也是设计的主要任务之一。系统所允许的最大功耗可以这样估算：若允许输入电流有10的波动，信号线上的最小电流实际上只有36 mA。假定在输入端能取出lO v电压，则整个系统的功耗不应太于36 mw。如此低的功耗，要供给MCU、ADC、LCD、EEPROM运放等外围器件，以及产生高电压驱动压电陶瓷阀，就要求在器件选择上和系统设计上多下功夫 在系统实现上，采取了多种措施来降低功耗。 在电路设计上，尽量减少不必要的功率消耗，提高各部分的供电效率。 在电路的实现上，选用低功耗或微功耗器件。在电路中使用的l2位串行模数转换器LTCI594L、运放 1178、线性稳压器LT1521、EEPROM 93LC46A等，均为低功耗或微功耗器件。 降低器件的工作电压 MCU及其外围器件的工作电压降低到33 v。 降低MCU的工作频率。微控制器的总线频率降低到1。0MHz。 充分利用器件的省电方式或空闲方式。很多器件都具有这样的工作方式，如MC68HC05L16在WMT方式下功耗降低6o；LTC1594L在空闲方式下的静态电流可降低为1 nA。在不用器件时令其进入这种方式，可以大大降低系统的平均功耗。另一方面，必须认识到，低的电压和功耗与系统的抗干扰性、精度、速度等性能存在着固有的矛盾，在降低功耗的同时必然意味着其他方面的性能损失，在设计时应折衷考虑。6 结束语在一般情况下，通过恒流源向系统提供电流，逐渐减小电流大小，直至18 mA时系统仍能正常工作。这表明，此系统不但达到了二线制供电的基本要求，由l J还留有一定的裕度 在对电源电路进行必要的改进后，相信系统还可以在更低的电流下工作。也就是 兑完全可以在此基础上扩充系统功能，比如将来的HART总线或FF总线接口，并且使速度更快、功能更强的MCU的引入成为可能。同时，智能定位器控制快速准确，控制特陲较好，具有灵活的控制功能和方便的参数设置，并且实现r参数的自动整定和调校 相对于传统定位器产品。充分体现出智能设备的优势。低功耗二线制定位器的实现，是一个有益的探索，希望它能对二线制仪表的全面研制和应用，起到一定的积极作用。1 各型号的电/气阀门定位器耗气量 气动薄膜控制阀、气缸阀还是当前世界上主要的执行机构，如果是调节式，还需配定位器，因此电/气阀门定位器耗气量的节能是一个设计中要注意的问题，因为不同的耗气量估算使装置仪表空压机的容量确定相差悬殊，从各种定位器样本看，由于单位不一样，状态不一样，差别很大，从表面看会相差8倍之多，如果100只阀门，供气量会相差很大（见表1）。2 完整的耗气量表示法 按工业自动化仪表术语通用术语，对耗气量的定义为，耗气量：稳态时，仪表在工作范围内所消耗气体的最大流量。因此完整的耗气量表示法，与供气压力、流量、输出开度等表示方法均有关系。如常仪仪表的EP-4000电/气阀门定位器样本所示：单作用执行机构，在140kPa气源压力，输出为50%时，耗气量（标准状况）5L/min。 3 定位器耗气量小的优点与缺点 3.1 节能 控制阀耗气量包括定位器耗气量和执行机构薄膜（气缸）的耗气量。定位器耗气量小必然使控制阀总的动态耗气量小。因此在系统稳定运行时能使供气减少，从而节能。如有100只阀门在稳态时（标准状况），每只定位器1h内耗气量为1m3/h；则总耗气量为100m3/h，而每只定位器耗气量为0.5m3/h；则只用50m3/h；在1m3/h内明显节约仪表空气50m3。 3.2 仪表结构要求高 定位器耗气量小，对定位器的结构与加工精度要求高。这是某些定位器在制造时，为了保证仪表性能而宁可让耗气量大一点的原因。 3.3 定位器耗气量要小 但要保证阀门动作 阀门动作快慢，取决的因素很多。定位器的功率放大器的能力是阀门动作快慢的决定因素。如果定位器耗气量太小，则要考虑是否影响阀门动作速度。特别是大阀门的动作速度。 4 各种结构的阀门定位器都有一个合适的耗气量 从目前的调查看，各种电/气阀门定位器的耗气量均与结构有关。其趋向亦不是耗气量越来越小，而是一个合适的耗气量。从表1可知标准状况下，Fisher DVC500耗气量为300L/h，而发展到DVC600型时耗气量为600L/h，Neles ND800耗气量为800L/h，而发展到ND-900型时耗气量为400L/h。 5 控制阀耗气量要考虑动态耗气量控制阀结构如图1所示，当控制阀稳态在某一开度时，仅定位器耗气，其耗气量只需考虑定位器的耗气量。当控制阀动作而开度改变时，阀杆上下运动，膜片上下动作，使薄膜室内空气排出，这部分动态的排出气量决定于阀的动作大小及频繁程度，并与薄膜头大小有关，不管使用任何定位器，这部分膜头的耗气量总是一样的。因此控制阀耗气量等于定位器耗气量+执行机构耗气量。特别在开停车时以及系统波动大时，阀门动作大且频繁，薄膜要进气/放气，要考虑足够大的阀门用气，不能因定位器耗气量小而将整个控制阀耗气量估得太小。从笔者的调查来看，标准状况下，对薄膜式控制阀一般可作如下考虑：原国产控制阀每台耗气按1m3/h估算即可;但随着进口阀门定位器结构的变化，不少阀门定位器在稳态时的耗气量大大低于1m3/h，但由于阀门的耗气量是定位器与薄膜（气缸）的耗气量两者之和，用户可按0.51m3/h估算，并针对同一装置内不同阀门定位器的耗气总量计算。仪表气源装置容量计算如下（仪表供气设计规定HG/T20510-2000）： 1 阀门定位器的工作原理和系统结构 1.1 工作原理 阀门定位器是按力矩平衡原理工作的。如正作用的气动薄膜阀，来自调节器或输出式安全栅的420mA直流信号输入到转换组件中的线圈时，由于线圈两侧各有一块极性方向相同的永久磁铁，所以线圈产生的磁场与永久磁铁的恒定磁场，共同作用在线圈中间的可动铁芯即阀杆上，使杠杆产生位移。当输入信号增加时，杠杆向下运动（作逆时针偏转），固定在杠杆上的挡板便靠近喷嘴，使放大器背压增高，经放大后输出气压也随之增高。此输出气压作用在调节阀的膜头上，使调节阀的阀杆向下运动。阀杆的位移通过拉杆转换为反馈轴和反馈压板的角位移，并通过调量程支点作用于反馈弹簧上，该弹簧被拉伸，产生一个反馈力矩，使杠杆作顺时针偏转，当反馈力矩和电磁力矩相平衡时，阀杆就稳定于某一位置，从而实现了阀杆位移与输入信号电流成正比例的关系。调整调量程支点于适当位置，可以满足调节阀不同杆行程的要求。 1.2 系统结构 阀门定位器与阀门配套使用，组成一个闭合控制回路的系统。该系统主要由磁电组件、零位弹簧、挡板、气动功率放大器、调节阀、反馈杠杆、量程调节机构、反馈弹簧组成。其系统方框图如图1所示。图1 阀门定位器和调节阀系统方框图 I - 输入电流； H - 调零弹簧长度； M1- 输入电流所产生的电磁力矩； Mo- 零位弹簧所产生的调零点力矩； Mf - 反馈弹簧所产生的反馈力矩； h - 挡板微小位移； P - 气动功率放大器的输出压力； L - 调节阀的行程 为了分析的方便，我们假设阀门定位器为线性的，则在一般情况下，各环节均可近似为线性环节，那么系统的方框图如图2所示。阀门定位器|电气转换器专家常熟市常仪仪表有限公司图2 线性化的系统方框图 Ko - 零位弹簧的弹性系数； K4 - 反馈弹簧的弹性系数； K1，K2，K3，K5，K6，Kv - 磁电组件、挡板、放大器、量程调整机构、反馈杠杆和调节阀的放大系数 由图2可知，令： Kc= K2K3Kv （1） KF=K4K5K6 （2） 则L=Kc（KoH+K1I）/（1+ Kc Kf） = KGK1/（1+KGKf）*I+KcKoH/（1+KcKf） （3） 由（3）式可知：KcKoH/（1+KGKf）为阀门定位器的零点。 2 常用定位器调校方法的分析 2.1 常用的调校方法 我们在实际工作中常使用的调校方法的步骤是： a.使阀杆位于行程中点，调整定位器与反馈杠杆成90o角，并将螺钉固定； b.将零点、量程分别置于中间位置； c.输入4mA.DC信号，使调节阀开始动作，调节零点，使零点达到要求； d.输入20mA.DC信号，看其行程是否达到要求，如没达到，则调量程，使其达到要求； e.重复c，d两步，使零点和量程均达到要求。 2.2 常用调校方法的原理 将（1），（2）式代入（3）式得： L=K2K3Kv（KoH+K1I）/（1+K2K3K4K5K6Kv） （4） 由常用调校法的步骤c和d可知，调零点可改变H，调量程又会影响零点，所以调零点和调量程是相互作用互相影响的。因此，调零点和调量程实际上就是反复凑试调零弹簧长度和量程调整机构的放大系数，使零点和量程均符合要求的过程。 2.3 常用调校方法的不足 在通常情况下，调零弹簧工作在线性区域，其长度的变化范围是有限的， 而调量程机构其机械位置是受到限制的， 因此调零弹簧长度和量程调整机构的放大系数的值就会受到限制，当调节阀的Kv很大或很小时，用常用的调校方法是不可能将定位器校准的，而这种情况在我们实际工作中是经常遇到的。所以，我们需要用其他方法来调校阀门定位器。 3 解决方法 阀门定位器|电气转换器专家常熟市常仪仪表有限公司 在实际工作中有时会遇到用常用的调校方法不能校准定位器，这是因为：在一般情况下，零位弹簧工作在线性区域，其长度变化范围有限，调量程机构其机械位置受到限制，所以调零弹簧长度和量程调整机构的放大系数值将会受到限制。此时，如果调一台调节阀的放大系数很大或很小的调节阀，就很难将其定位器校准。即常用的调校法失效了。而由（4）式可知，我们可以调节的参数还有零位弹簧的弹性系数和反馈杠杆的有效长度，由于调零弹簧常在线性区域内工作，所以在这里只讨论通过改变反馈杠杆的有效长度来校验阀门定位器。我们可以将连接在阀杆上的销钉靠近阀门定位器，这样就将反馈杠杆的有效长度缩短，即减小，L增大，行程也增大，反之， 可将反馈杠杆的有效长度增长，则其行程减小。因此，将此方法配合常用的调校法可增大行程变化范围，易于阀门定位器的校准。用调反馈杠杆法来校准阀门定位器的步骤如下： a.输入4mA.DC信号，按常用的调零法调零点； b.输入20mA.DC信号，按常用调量程法调节量程； e.反复进行a，b步； d.若零点、量程无法校准，调整阀杆上的销钉以改变反馈杠杆的有效长度，使行程增大或减小，杠杆有效长度缩短，行程增大；反之，行程减小。 e.反复进行以上步骤，直到零点、量程均达到要求即可。 4 结语 阀门定位器|电气转换器专家常熟市常仪仪表有限公司 当我们使用常用的调校方法校阀失败时，可使用这种调反馈杠杆的方法进行校阀，它是对常用法的补充和完善，若两者结合使用，可使调整范围更大。通过实际的使用证明这种方法是完全可行的。当然阀门在正常使用的量程应选择常用的调校方法，而只有在特殊要求调校时，才选用调反馈杠杆的方法。1 常规定位器存在的不足1) 常规定位器多为机械力平衡原理，它采用喷嘴挡板机构，可动件较多，容易受温度波动、外界振动等干扰的影响，耐环境性差；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，也使定位器难以工作；2) 由于喷嘴本身的特性，执行器在稳定状态时也要大量消耗压缩空气，若使用执行器数量较多，能耗较大；而且喷咀本身是一个潜在故障源，易被灰尘或污物颗粒堵住，使定位器不能正常工作； 3) 常规定位器手动调校时需要使用专用设备、不隔离控制回路是不可能的，且零点和行程的调整互相影响，须反复整定，费时费力，非线性严重时，则更难调整。控制领域的关键阀门定位器选型指南在从多的控制应用场合中，阀门定位器是调节阀最重要的附件之一。尤其是对于某个特定的应用场合，如果要选择一个最适用的（或者说最佳的）阀门定位器，那么就应注意考虑下列因素： 1 ） 阀门定位器能否实现“分程（ SPLITranging ）”？实现“分程”是否容易、方便？具备“分程”功能就意味着阀门定位器只对输入信号的某个范围（如： 412mA 或 0.020.06MPaG ）有响应。因此，如果能“分程”的话，就可以根据实际需要，只用一个输入信号实现先后控制两台或多台调节阀。 2 ） 零点和量程的调 校是否 容易、方便？是不是不用打开盒盖就可以完成零点和量程的调校？但值得注意的是：有时候为了避免不正确的（或非法的）操作，这种随意就可进行调校的方式需要被禁止。 3 ） 零点和量程的稳定性如何？如果零点和量程容易随着温度、振动、时间或输入压力的变化而产生漂移的话，那么阀门定位器就需要经常地被重新调校，以确保调节阀的行程动作准确无误。 4 ） 阀门定位器的精度如何？在理想情况下，对应某一输入信号，调节阀 的内件 （ Trim Parts ，包括阀芯、阀杆、阀 座等 ）每次都应准确地定位在所要求的位置，而不管行程的方向或者调节阀的 内件随 多大的负载。 5 ） 阀门定位器对空气质量的要求如何？由于只有极少数供气装置能提供满足 ISA 标准（有关仪表用空气质量的标准： ISA 标准 F7.3 ）所规定的空气，因此，对于 气动员 或电 - 气 ） 阀门定位器，如果要经受得 住现实 环境的考验，就必须能承受一定数量的尘埃、水汽和油污。 6 ） 零点和量程的标定两者是相互影响还是相互独立？如果相互影响，则零点和量程的调校就需要花费更多的时间，这是因为调 校人员 必须对这两个参数进行反复调整，以便逐步地达到准确的设定。 7 ） 阀门定位器是否具 务 “旁路”（ Bypass ）可允许输入信号直接作用于调节阀？这种“旁路”有时可简化或者省去执行机构装配设定（ Actuator Settings ）的校验，如：执行机构的“支座组件（ Benchset ）设定”和“弹簧座负载（ Seat Load ）设定”这是因为在许多情况下，一些气动调节器的气动输出信号与执行机构的“支座组件设定”完全吻合匹配，用不着对其再进行设定（其实，在这种情况下，阀门定位器完全可以省去不用。当然，如果选用了，那么也可利用阀门定位器的“旁路”使气动调节器的气动输出信号直接作用于调节阀）。另外，具备“旁路”有时也可允许在线的对阀门定位器进行有限度的 调校或维修 维护（即利用阀门定位器的“旁路”使调节阀继续保持正常工作，无须强制调节阀离线）。 8 ） 阀门定位器的作用是否快速？空气流量（ Airflow ）愈大（阀门定位器不断的比较输入信号和阀位，并根据它们之间的偏差，调节其本身的输出。如果阀门定位器对这种偏差响应快速，那么单位时间里空气的流动量就大），调节系统对设定点（ Setpoint ）和负载变化的响应就愈快这意味着系统的误差（滞后）愈小，控制 品质愈佳 。 9 ） 阀门定位器的频率特性 （ 或称频率响应， Frequency Response 即 G （ j ） ，系统对正弦输入的稳态响应是什么？一般来说，频率特性愈高（即对频率响应的灵敏度愈高），控制性能就愈好。但必须注意：频率特性应采用稳定的实验方法（ Consistent Test Methods ）而非理论方法来确定，并且在评估测定频率特性时，应将阀门定位器和执行机构合并起来考虑。 10 ） 阀门定位器的最大额定供气压力是多少？例如：有些阀门定位器的最大额定供气压力只标定为 501b/in ( 即： 50psi ， lpsi =0.07kgf/cm 6.865kpa) ，如果执行机构的额定操作压力高于 501b/in ，那么阀门定位器就成了执行机构输出推动力的制约因素。 11 ） 当调节阀与阀门定位器装配组合后，它们的定位分辨率（ Positioning Resolution ）如何？这对调节系统的控制品质有非常明显的作用，因为分辨率越高，调节阀的定位就越接近理想值，因 调节阀过调 （ Overshooting ）而造成的波动变化就可以得到扼制，从而最终达到限制被调节量周期变化的目的。 12 ） 阀门定位器的正反作用转换是否可行？转换是否容易？有时这个功能是必要的。例如，要把一个“信号增加 阀门关”的方式改为 “ 信号增加 阀门开“的方式，就可使用阀门定位器的正反作用转换功能。 13 ） 阀门定位器内部操作和维护的复杂程度如何？众所周知，部件越多，内部操作结构越复杂，对维护（修）人员的培训就越多，而且库存的备品备件就越多。 14 ） 阀门定位器的稳态耗气量（ Steady-state Air Consumption ）是多少？对于某些工厂装置，这个参数 很 关键，而且可能是一个限制因素。 15 ） 当然，在评价和选用阀门定位器时，其他因素也应考虑。譬如：阀门定位器的反馈连杆机构（ Feedback Linkage ）要能真实的反应阀芯的位置；另外，阀门定位器必须坚固耐用，具备抗环境保护和防腐能力，而且安装连接简易方便。 浅析智能型阀门定位器诊断作者：施建中出处：发布时间：2006-12-11 上午 10:40:31 浏览次数：990 收藏【关键词】智能 阀门 【摘要】在过程控制系统中，气动薄膜调节阀(以下简称调节阀)作为控制系统中的最终控制单元，起到了极其关键作用。-浏览字体设置： - 16pt + 10pt 12pt 14pt 16pt 一、概述在过程控制系统中，气动薄膜调节阀(以下简称调节阀)作为控制系统中的最终控制单元，起到了极其关键作用。传统概念上的阀门定位器作为调节阀的一个主要附件，主要用于提高调节阀控制精度。随着现场总线技术的发展，与之相匹配的现场智能化仪表也得到了加速发展，对于调节阀要实现智能化，就必备智能化阀门定位器，也就是说智能型阀门定位器是实现调节阀智能化的重要组成部分;另外从功能上来讲智能型阀门定位器与模拟阀门定位器也有本质区别，智能型阀门定位器除了实现对调节阀控制功能外，还有一个更重要的方面就是对调节阀实现的诊断功能。并通过诊断软件，分析和判别调节阀的健康状况，从而改变了传统观念上调节阀的维护，减少了调节阀在运行期间的事故发生，延长了调节阀的使用寿命。二、调节阀的维护典型的调节阀的维护有以下三种方法：被动性维护(Reactive Maintenance);预防性维护 (Preventive Maintenance);预测性维护(Predictive Maintenance)。 被动性维护一一当调节阀发生故障后，对调节阀进行检修。在使用过程中，调节阀自身或者某些附件出现故障，造成调节阀不能正常工作，更严重的情况导致整个系统不能正常工作，造成很大的事故发生。 预防性维护一一按照过去的生产过程经验，有计划地安排某些调节阀进行维护或检修，以防止调节阀的事故发生。它对前者来说是一个有计划安排，虽然能避免一些调节阀事故的产生，但由于没有现场使用的调节阀的许多信息，在安排上不能避免的造成某些调节阀工作正常也被安排在检修行列，而某些不适用的调节阀仍被使用在过程控制系统中。 预测性维护一一通过智能仪表或其它诊断设备获取调节阀的信息。气动调节阀不能存贮自身任何信息，而智能型阀门定位器开发使用，它们除了提高调节阀的调节品质外，对调节阀的诊断功能也逐步加强。下面对智能型阀门定位器的自身诊断及对调节阀诊断功能作一些分析。三、智能型