一、概述

    在過程控制系統(tǒng)中，氣動薄膜調(diào)節(jié)閥（以下簡稱調(diào)節(jié)閥）作為控制系統(tǒng)中的*終控制單元，起到了極其關(guān)鍵作用。傳統(tǒng)概念上的閥門定位器作為調(diào)節(jié)閥的一個主要附件，主要用于提高調(diào)節(jié)閥控制精度。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，與之相匹配的現(xiàn)場智能化儀表也得到了加速發(fā)展，對于調(diào)節(jié)閥要實(shí)現(xiàn)智能化，就必備智能化閥門定位器，也就是說智能型閥門定位器是實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥智能化的重要組成部分；另外從功能上來講智能型閥門定位器與模擬閥門定位器也有本質(zhì)區(qū)別，智能型閥門定位器除了實(shí)現(xiàn)對調(diào)節(jié)閥控制功能外，還一個更重要的方面是對調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)的診斷功能。并通過診斷軟件，分析和判別調(diào)節(jié)閥的“健康”狀況，從而改變了傳統(tǒng)觀念上調(diào)節(jié)閥的維護(hù)，減少了調(diào)節(jié)閥在運(yùn)行期間的事故發(fā)生，延長了調(diào)節(jié)閥的使用壽命。

    二、調(diào)節(jié)閥的維護(hù)

    典型的調(diào)節(jié)閥的維護(hù)方有以下三種方法：被動性的維護(hù)（Reactive Maintenance）；預(yù)防性維護(hù)（Preventive Maintenance）；預(yù)測性維護(hù)（Predictive Maintenance）。

    被動性的維護(hù)――當(dāng)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)出故障后，對調(diào)節(jié)閥進(jìn)行檢修。調(diào)節(jié)閥在使用過程中，調(diào)節(jié)閥自身或者某些附件出現(xiàn)故障，造成調(diào)節(jié)閥不能正常工作，更嚴(yán)重的情況導(dǎo)致整個系統(tǒng)不能正常工作，造成很大的事故產(chǎn)生。

    預(yù)防性維護(hù)――按照過去的生產(chǎn)過程經(jīng)驗(yàn)，有計劃地安排某些調(diào)節(jié)閥進(jìn)行維護(hù)或檢修，以防止調(diào)節(jié)閥的事故發(fā)生。它對前者來說是一個有計劃安排，雖然能避免一些調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生的事故，由于沒有現(xiàn)場使用的調(diào)節(jié)閥的許多信息，在安排上不能不造成某些調(diào)節(jié)閥工作正常也被安排在檢修行列，而某些不適用的調(diào)節(jié)閥仍被使用在過程控制系統(tǒng)中。

    預(yù)測性維護(hù)――通過智能儀表或其它診斷設(shè)備獲取調(diào)節(jié)閥的信息。氣動調(diào)節(jié)閥不能存貯自身任何信息，而智能型閥門定位器開發(fā)使用，它們除了提高調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)品質(zhì)外，對調(diào)節(jié)閥的診斷功能也逐步加強(qiáng)。下面對智能型閥門定位器的自身診斷及對調(diào)節(jié)閥診斷功能作一些分析。

    三、智能型閥門定位器的自身診斷

    由于智能型閥門定位器是安裝在氣動調(diào)節(jié)閥上，其工作環(huán)境相對惡劣，如環(huán)境溫度、管道振動等因素都會對智能型閥門定位器正常工作帶來不利影響，智能型閥門定位器在設(shè)計過程中，考慮到這些不利因素，設(shè)計了一些自身的診斷功能。

    另一方面，大多數(shù)智能型閥門定位器都具有通訊功能，如：HART、FF、PROFIBUS等通信協(xié)議，控制系統(tǒng)通過這些通信協(xié)議可以獲得所需的現(xiàn)場儀表管理信息、以及故障報警信息。

    1.智能型閥門定位器的自診斷

    智能型閥門定位器的自診斷是它的基本功能，自診斷在不影響正常工作情況下進(jìn)行，常見的診斷有開機(jī)診斷、周期性診斷。

    2.輸入信號超量程

    當(dāng)規(guī)定智能型閥門定位器輸入信號設(shè)定后，如果控制信號超出設(shè)定值，智能型閥門定位器發(fā)出超量程報警信號。

    3.傳感器故障

    由于智能型閥門定位器直接安裝在調(diào)節(jié)閥上，受到調(diào)節(jié)閥振動的影響造成智能型閥門定位器反饋部件失靈，如反饋桿松脫、線路故障、位置傳感器自身故障等，智能型閥門定位器檢測不到正常的反饋信號，它會發(fā)出一個報警信號。

    以上1、2兩種情況智能型閥門定位器仍然可以正常工作，但它會發(fā)出報警信號；但對于3種情況，定位器將出現(xiàn)不正常工作，并發(fā)出報警信號，儀表工程師根據(jù)報警內(nèi)容，做出相應(yīng)判斷并及時加以處理，減小不必要停產(chǎn)。

    四、智能型閥門定位器對調(diào)節(jié)閥的診斷

    智能型閥門定位器對調(diào)節(jié)閥的故障診斷是通過附加傳感器來完成的。定位器內(nèi)部的微處器通過定時采集各種傳感器的數(shù)據(jù)，并對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、比較、分析、組態(tài)，將出現(xiàn)異常的信息，通過組態(tài)軟件輸出報警信號。智能型閥門定位器對調(diào)節(jié)閥的診斷分為在線診斷、離線診斷。在線診斷包括：調(diào)節(jié)閥的動作次數(shù)、行程累加、填料函泄漏診斷、噪聲診斷、環(huán)境溫度診斷等，離線診斷包括：執(zhí)行機(jī)構(gòu)及氣路的密封性、靜特性、階躍過渡及頻率響應(yīng)特性。

    1.在線診斷

    a. 動作次數(shù)、行程累加

    在同一系統(tǒng)中，由于調(diào)節(jié)閥處于不同的工作位置，它的動作頻率、行程位移大小都是不一樣，通過檢測位置傳感器，很方便獲得調(diào)節(jié)閥的動作次數(shù)及行程累加值，采集這些數(shù)據(jù)我們可以判斷調(diào)節(jié)閥的“健康”狀況，并通過組態(tài)軟件對采集的數(shù)據(jù)分析調(diào)節(jié)閥的工作點(diǎn)，畫出柱狀形圖可以清楚看出閥門正常工作區(qū)域。從圖一可以清楚地看出閥門處于正常工作區(qū)域內(nèi)，而圖二閥門長期處于小開度工作，不利于正常工作。另外根據(jù)采集的數(shù)據(jù)可進(jìn)行動態(tài)應(yīng)力分析。

圖一

圖二

    b.填料函泄漏診斷

    通過安裝在調(diào)節(jié)閥的填料處泄漏檢測器，實(shí)時檢測填料函在工作中是否存在外泄漏情況。因此特別適用于對劇毒、貴重的易揮發(fā)和有放射性的介質(zhì)等場合使用，可以防止資源浪費(fèi)或引起環(huán)境污染。

    c.噪聲診斷

    噪聲對人類的危害是極其嚴(yán)重的，它能使人的聽覺減弱，甚至損傷，對人類帶來心理和生理性的不良影響，它是繼大氣污染和水質(zhì)污染之后，成為威脅人類的第三種公害。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，控制閥已成為*主要的噪聲源。智能閥門定位器可外接聲音傳感器，可以檢測調(diào)節(jié)閥噪聲大小。通過檢測的數(shù)據(jù)可以作一些分析：如噪聲頻率小于1500HZ為機(jī)械振動、噪聲頻率高達(dá)10000HZ時，調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生空化。因此通噪聲的頻率可以判別調(diào)節(jié)閥不正常工作的原因；另外如在閥門關(guān)閉情況下噪聲比正常工況要大，還可以判斷閥門有內(nèi)漏。

    d.環(huán)境溫度診斷

    通過溫度傳感器，隨時測量定位器的外殼表面溫度，在防爆場合如外殼的表面溫度超出防爆要求的設(shè)定值，定位器發(fā)出報警信號。另外定位器還記錄在線過程中/*小的溫度值、每個溫度段的工作時間，如果調(diào)節(jié)閥長期處于高溫下工作，我們必須考慮定位器及調(diào)節(jié)閥內(nèi)的塑料件、橡膠件的老化情況。

    2.離線診斷

    a.執(zhí)行機(jī)構(gòu)及管路的氣密性

    執(zhí)行機(jī)構(gòu)診斷通過接入一個壓力傳感器，實(shí)時檢測輸入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的壓力，與閥位傳感器檢測到的調(diào)節(jié)閥行程形成一個相對應(yīng)的關(guān)系曲線如圖三

圖三

    每一臺智能型閥門定位器安裝在任何一臺調(diào)節(jié)閥上后，行定位器的自整定工作，以保證智能型閥門定位器的正常工作，通過定位器的自整定，得到正、反行程特性曲線如圖三，當(dāng)調(diào)節(jié)閥工作一些時間后，智能型閥門定位器再一次對調(diào)節(jié)閥進(jìn)行測試。出現(xiàn)一些不正常的情況如圖四。

圖四

    曲線的下移說明存在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的膜片老化、密封氣室外泄漏、連接氣管由于振動等原因出現(xiàn)漏氣問題；另外在調(diào)節(jié)閥關(guān)位出現(xiàn)行程值偏大，可以判斷閥芯或閥座產(chǎn)生磨損，調(diào)節(jié)閥泄漏量變大，嚴(yán)重情況下智能閥門定位器發(fā)出報警信號。

    b.靜特性測試

    靜特性是調(diào)節(jié)閥的行程與輸入信號之間的靜態(tài)關(guān)系，它包括：基本誤差、始終點(diǎn)偏差、額定行程偏差、回差、死區(qū)、重復(fù)性、再現(xiàn)性、線性度誤差。

    c.階躍過渡的測試

    階躍過渡過程是在調(diào)節(jié)閥沒有負(fù)荷的情況下，當(dāng)輸入信號從一個定值突然改變成另一個定值時，輸出跟隨變化的過程。一般包括時間常數(shù)、時滯、上升時間、穩(wěn)定時和過沖。

    d.頻率響應(yīng)特性的測試

    頻率響應(yīng)特性是在調(diào)節(jié)閥在沒有負(fù)荷的情況下，輸入到定位器的輸入信號是一個無畸變的正弦波，輸出值穩(wěn)定后，系統(tǒng)的輸出也是一個頻率相同的正弦，但輸出的振幅、相位與輸入不一定相同，而是隨輸入信號頻率的變化而變化。頻率響應(yīng)特牲是反應(yīng)調(diào)節(jié)閥靈敏度的標(biāo)志，動態(tài)特牲好就意味著調(diào)節(jié)閥反響靈敏、快速，而且穩(wěn)定性好。

    五、結(jié)束語

    由此可見智能型閥門定位器的故障診斷是通過安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥體上的附加傳感器來完成的。定位器獲得了現(xiàn)場的許多原始數(shù)據(jù)，微處理機(jī)通過對這些數(shù)據(jù)的分析、運(yùn)算、判斷等處理，分成若干邏輯組，宜于快速辨識所有的變量，發(fā)現(xiàn)異常情況立即采取應(yīng)急措施并報警。

    通常離線診斷被安排在調(diào)節(jié)閥預(yù)防性維護(hù)過程中，對預(yù)防性維護(hù)計劃中的調(diào)節(jié)閥的診斷記錄與調(diào)節(jié)閥投用的全性能原始數(shù)據(jù)相比較，可以發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥什么地方出現(xiàn)了問題，問題的嚴(yán)重性，怎么樣解決問題，提出專家性的建議，以幫助儀表工程師做出正確的選擇。

    目前，有些智能型閥門定位器的生產(chǎn)廠家設(shè)法將離線診斷逐步移值到在線診斷過程中，通過的診斷軟件，完成閥門/執(zhí)行機(jī)構(gòu)的摩擦力、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號范圍、彈簧剛度及閥座的關(guān)閉力，以及階躍診斷測試包括：靜特性測試、階躍過渡過程測試、頻率響應(yīng)特性測試。使調(diào)節(jié)閥的預(yù)防性維護(hù)轉(zhuǎn)向預(yù)見性維護(hù)，減少了停車時間，降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，提高了生產(chǎn)力。

原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動化儀表有限公司