智能閥門定位器在石油化工裝置自動化控制系統中的應用

在石油化工裝置自動化控制系統中，調節閥的選用對精度而言至關重要，它的使用情況影響到產品質量，并關系到裝置安全生產。獨山子乙烯廠各裝置使用的調節閥包括各個廠家多種類型的產品。但絕大多數調節閥安裝的是普通類型閥門定位器。現在獨山子乙烯廠使用了美國FISHER-ROSEMOUNT公司生產的FIELDVUE智能閥門定位器，經過一年多的運行，與普通閥門定位器的性能、使用情況、性能價格比等方面進行了比較 類 型
配用普通定位器的調節閥 配用智能定位器的調節閥
基本誤差 小于全行程的20% 小于全行程的0.5%
閥門穩定性 穩定 極其穩定
調 校 在現場手動調校 通過校驗儀在現場、機柜或與DCS通訊調校
信 號 源 4～20mA或氣動信號 模擬信號或數字信號
性能/價格比 低 高
PID操作 無 有
通 訊 無 HART協議
1 FIELDVUE智能閥門定位器的工作原理和特性

1.1 智能定位器原理

FIELDVUE系列數字式閥門控制器有一個獨立的模塊基座，它可以很方便地在現場更換而不必拆現場的導線或導管。這個模塊基座包括一些子模塊：I/P轉換器；PWB（印刷電路板）組件；氣動中繼器；指示表。模塊基座可以通過換子模塊而重新組合。FIELDVUE系列數字式閥門控制器通過進入端子盒的一對雙絞線接受輸入信號和電能，輸入信號同時到PWB組件子模塊，在那里它被附加許多參數，例如多段折線性化中的節點坐標，極限值和其他數值。然后PWB組件子模塊送信號給I/P轉換器子模塊。I/P轉換器轉變輸入信號成為氣壓信號。該氣壓信號送到氣動中繼器，加以放大并作為輸出信號送到執行機構。該輸出信號也可以被安置在PWB組件子模塊上的壓力敏感元件所感受。用于閥門執行機構的診斷信息。閥門和執行機構的閥桿位置當作輸入信號引入PWB子模塊，用作數字式閥門控制器的反饋信號，數字式閥門控制器上也可以配備指示表，指示氣源壓力和輸出壓力。

1.2 智能閥門定位器的智能特性

1.2.1 實時信息控制、提高安全性和減少開支

1）改善控制：雙向數字通訊把閥門當前情況的信息帶給你，你可以依靠閥門工作信息有根據地對過程控制進行管理決定，確保及時控制。
2）提高安全性：可以從現場接線盒、端子板或在控制室這樣的安全地區使用手操器、PC機或系統工作站選取信息，將你面對危險環境的機會減到最小，并且不必親臨現場。
3）保護環境：可以把閥門泄漏檢測儀或限位開關接到智能數字式閥門控制器的輔助端子，免得額外增加現場布線，若發生超限該儀表將會報警。
4）節省硬件開支：當FIELDVUE系列數字式閥門定位器用在集成系統時，由于FIELDVUE數字式閥門控制器替代調節器可以節省硬件和安裝費用。FIELDVUE系列數字式閥門控制器使布線投資、端子和I/O需求投資節省50%。同時FIELDVUE儀表采用二線制供電，不要求單獨而價高的供電導線。它們替換掉現有的配裝于閥門的模擬儀表，節省了單獨敷設電源線和信號線的高額費用。

1.2.2 結構可靠和HART信息

1）結構經久耐用：全密封結構阻止了震動、溫度和腐蝕性環境對它的影響，獨立的防風雨現場接線盒把現場導線接點和儀表其他部分隔離開。
2）加快開工準備步驟：數字式閥門控制器的雙向通訊能力使你可以通過遠程識別每臺儀表，檢驗它的校準情況，查閱對比以前存儲的維修記錄及其他更多信息，達到盡快啟動回路的目的。
3）便于選取信息：FIELDVUE數字式閥門定位器和變送器應用HART通訊協議可以方便地選取現場信息。如實地看到控制過程的基礎——控制閥本身——在閥門或現場接線盒上借助于手持通訊器，在DCS控制室借助于個人計算機或操作員的控制臺。
采用HART協議也意味著FIELDVUE儀表可以組合在集成系統之內，或作為自成一體的控制設備來用。這種多方面的適應性，使得無論現在或將來，系統設計工作更為方便容易。

1.2.3 自診斷與控制能力

1）現場總線的通信
所有DVC5000f數字式閥門控制器都包含現場總線通訊能力，包括A0功能塊及下列診斷：
a）關鍵閥門使用跟蹤參數；
b）儀表健康狀態參數；
c）預定格式閥門性能階躍維護測試。
關鍵閥門使用跟蹤參數可監控閥桿的總行程（行程累積）及閥桿行程轉向（周期）的次數。如果儀表的內存、處理器或檢測器有任何問題，則儀表的健康狀態參數報警。一旦有問題發生，可確定該儀表將如何對該問題作出反應。假如，若壓力檢測器有故障時，儀表是否應當關閉？也可選擇哪一個元件出毛病將引起儀表關閉（是否問題嚴重，足以引起關閉）。這些參數指示以報警形式報告。監控性報警可以提供有關有問題的儀表、閥門或過程的瞬間指示。
2）標準控制與診斷
所有DVC5000f數字式閥門控制器都包含標準的控制與診斷。標準控制包括A0與PID功能塊。標準診斷包括下列診斷測試：a）動態誤差帶；b）驅動信號；c）輸出信號。
動態誤差帶、驅動信號及輸出信號是動態掃描測試。這些測試是在被控制的速度下轉變傳送器塊（伺服機構）的設定點并繪出閥門的操作以確定閥門的動態性能。例如，動態誤差帶測試是滯后與死區加“回轉”。滯后與死區是靜態的質量。然而由于閥門是在運動著的，就帶來了動態誤差和“回轉”誤差。動態掃描測試給出了較好的指示，即閥門在過程條件下將如何操作，那將是動態而不是靜態。在個人計算機上運行ValveLink軟件可完成標準與先進診斷測試。
3）先進診斷
具有先進診斷的儀表可完成標準診斷所包含的動態掃描測試內容加上第4個動態掃描測試，即閥門特征測試以及4個階躍診斷測試。閥門特征測試可讓您確定閥門/執行機構的摩擦力、臺架測試壓力信號范圍、彈簧剛度及閥座關閉力。
4）過程總線
費希爾控制設備性能服務部門可使用具備過程診斷能力的儀表來評估閥門、過程及變送器而基金會現場總線控制回路仍處于自動狀態，而且過程繼續生產產品。利用過程診斷，性能服務部門將能夠識別與找出哪一個過程的組成單元有可能今天引起質量問題。盡管過程診斷需要啟動運行，其終點卻是要由過程或操作員干預才能確定的。過程診斷可同時在多個閥門上進行。

2 應用和維護

2.1 應用

FIELDVUE智能閥門定位器于1998年4月安裝使用于裂解和乙二醇裝置共16臺。主要用于更換一些重要控制點的回路場合。如裂解爐的進料流量閥和乙二醇環氧反應器的進料流量閥的控制。
我們使用手操器對其進行了組態和校驗，其線性度可達99%，零點和量程及回差均可以控制在精度要求的范圍之內，控制極其穩定且抗干擾的能力也特別強，完全滿足工藝控制的要求。

2.2 維護

FIELDVUE定位器維護量極少，基本上無需維護。其現場適應性特強。但為了保證長期、穩定地運行，儀表人員應作好以下幾個方面的工作。
1）為保證其良好的工作環境，防止意外損壞，應定期檢查定位器周圍的工作環境。同時保證其工作氣源的穩定和潔凈，減少外界因素造成的儀表波動和故障。
2）儀表人員應每周檢查閥門和定位器的泄露和工作情況，及時消除隱患。每月使用手操器對定位器進行特性曲線檢查，檢查零點、量程、線性和回差等參數，并對其優化和調整，保證其工作質量。
3）定期對調節閥進行檢修和維護，確保閥門工作質量。同時對DCS調節控制回路參數進行優化，以確保與定位器互相工作的協調性和穩定性。
4）由于DCS方面和其它原因，其現場總線和軟件功能我們沒有完全得到開發和利用，對智能維護和診斷功能無法完全使用，但還是大大減輕了日常維護量。
通過近兩年在化工裝置的使用效果來看，智能型閥門控制器性能穩定、調校方便；能實現與DCS的直接通訊，并具備自診斷功能，維修簡單；可移植到現場總線，代表當今儀表技術發展的方向。進一步開發和使用其軟件功能是我們今后努力的目標方向。