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西门子温控阀定位器的维护与更换
作者:济南中澳自控技术有限公司    来源于:原创

 

当前,流程工业自动化的发展趋势越来越体现在过程控制和资产管理日益智能化、网络化和信息化。构成控制回路的西门子传感器(变送器)、控制器(控制系统)和执行器(控制阀)都是其重要的环节,精准的测量手段和先进的控制策略最终要由现场执行器来完成有效的操作。控制系统、测量仪表应用新技术换代升级达到了前所未有的高性能,而执行器则更显现出薄弱的短处。

    西门子温控阀定位器的出现提升了控制阀的使用性能,并具有高可靠性和免维护的特征,但也不能保证其不会出现故障和损坏,尤其在工业现场使用环境下也会有不可预知的突发事件或外部原因造成西门子温控阀定位器出现故障或遭到破坏。西门子温控阀门定位器连接到控制阀后首先要做的初始化是一个自适应自校准过程,需要几分钟到十几分钟的时间,控制阀从全关到全开要反复动作几次并记录存储下基准数据。在线工况不允许全开全关的反复动作,正常的初始化过程不能满足用户在突发事件下快速平稳处置故障的要求。西门子(SIEMENS)的SIPART PS2系列带通信功能的智能阀门定位器和萨姆森(SAMSON)的3730/3731系列智能阀门定位器,设计上考虑了在线更换问题,提供了紧急情况下在线更换功能的处理预案。

   

    西门子温控阀是使用最多的执行器,配置电气阀门定位器接驳控制系统,接受控制指令并实现阀位(行程)的一致性定位。电气阀门定位器这一气动控制阀的重要附件,长期采用机械式的模拟技术,结构复杂、功能单一且故障率高,使得气动控制阀整体性能低下。近年来,以数字式电气阀门定位器的控制阀数字解决方案扭转了气动控制阀落后的局面,提升了终端执行元件的使用性能和信息处理能力,使之变身成为现场智能设备。

 

    数字式电气阀门定位器作为新一代高性能智能阀门定位器,采用在板微处理器、应用软件和功能模块,实现定位功能的自校准、自适应、行程控制以及控制阀的在线状态监测、故障诊断和离线性能测试,可以带本机显示、操作组态或附加更多功能,双向数字通信和集成到控制系统/资产管理系统,开展预测性维护和辅助预防性维护的计划安排。

    数字式电气阀门定位器与传统的模拟式机械结构的电气阀门定位器有很大不同,对用户使用者的技术要求高,同时在现场维护上也出现一些新的问题,如在线更换智能阀门定位器。

    在线更换智能阀门定位器

    西门子温控阀门定位器本机具有高可靠性和免维护特征,但也不能保证其不会出故障和损坏,尤其在工业现场使用环境下,也会有不可预知的突发事件或外部原因,例如猛烈碰撞、气源严重不符合质量要求、阀门定位器壳内进水等等,造成智能阀门定位器出现故障或遭到破坏。流程工业的大型生产装置的主流程管道、带热夹套管道和一些不允许有物料静止残留的管道,往往是没有控制阀前后截止阀和旁路阀的。在维持生产运行和避免停车处理的情况下,如何使气动控制阀保持在线操作阀位并能快速更换智能阀门定位器和完成初始化调试,尽可能地减小对工艺装置的影响、恢复正常的过程控制和降低经济损失,是用户必定要考虑的问题。采用机械的方法如强制固定阀杆位置或采用直接加一定气压到气动执行机构进行驱动再用机械固定,是可以临时保持控制阀在一定阀位,但自动控制回路的作用中断了。解决问题的关键还是要在不影响生产过程的前提下快速更换已故障的智能阀门定位器,不能拖延。但是,智能阀门定位器初次配置连接到控制阀首先要做的初始化是一个自适应自校准过程,需要几分钟到十几分钟的时间,控制阀从全关到全开要反复动作几次并记录存储下基准数据。显然,在线工况不允许全开全关的反复动作,正常的初始化过程不能满足用户在突发事件下快速平稳处置故障的要求。目前为止,仅有个别厂商的智能阀门定位器在设计上考虑了在线更换问题,提供了紧急情况下的处理预案。经过实践检验过的主要有西门子的SIPART PS2系列带通信功能的智能阀门定位器和萨姆森的3730/3731系列智能阀门定位器,它们各自具备了不同预案的在线更换功能。

 

    SIPART PS2系列西门子温控阀门定位器的更换

    西门子的SIPART PS2系列是压电阀气动部件的智能阀门定位器,可以实现在线更换功能的限于该系列中支持现场总线通信(HARTProfibus-PAFF)功能的型号(订货号6DR51./52./55./56.),其在线更换功能基于复制初始化数据的初始化模式。

    测量控制阀行程/转角的阀位传感器是一个精密电位器,通过摩擦调整轮与反馈轴连接(反馈轴由反馈杆与阀杆刚性连接),最大90转角,对于直行程控制阀的阀位转换,5~20mm行程配短杆选择转换比率3325~35mm配短反馈杆、40~130mm配长反馈杆选择转换比率90,见图1。电位器阻值为P,确定行程后的工作下限与上限分别为P0P100。由于连接等因素,配置到每台控制阀上相对应的电位器P0P100及跨距都有所不同。正常初始化后,电位器工作在P0P100间的跨距范围对应已自适应的阀位,微处理器据此跨距范围信号计算行程,进而控制定位和信息处理并在LCD上显示。连接到控制阀后自适应自校准的每台西门子温控阀门定位器的电位器P0P100都不同,也使得初始化数据有差别。

    SIPART PS2智能阀门定位器在未初始化时的显示如图2,这是P-manual modeP手动模式)显示层面,右下的NOINI闪动说明还未做初始化。此时显示当前电位器的百分比数值,用于检查电位器行程适应情况和调整反馈杆/电位器的中间位置。按减少键或增加键可使阀门定位器输出变化,让气动执行机构动作,观察电位器测量范围是否在行程范围内,再使执行机构位于50%行程/阀位时,调整外部的反馈杆连接件或壳内的调整轮使显示值为P 50左右,完成初始检查和调整。

 

    除上述层面外,显示还有五个可选的层面:Initialization mode(初始化模式)、Configuration(组态)、Manual mode MAN)(手动模式)、Automatic AUT)(自动模式)、Diagnostics(诊断)。显示下面有三个按键用于调看层面、查找数据和操作组态:为操作模式键、减少键、增加键。LCD为两行字符显示,上行为间隔有小数点的5个大字符主要显示阀位/数据/说明,下行左侧有2个字符主要显示故障信息/诊断代码,下行右侧有5个字符主要显示模式状态/故障说明/参数名/给定值/诊断名。

    同时按三个按键保持5s以上即可进入诊断层面,用增加键翻页,调到20代码看P0数值,翻到21代码看P100数值。

    SIPART PS2智能阀门定位器的初始化模式具有自动初始化模式、手动初始化模式、复制初始化数据模式三种类型,其中的复制初始化数据模式就是支持现场总线通信型号所具有的在线更换功能。

    起用在线更换功能的前提是必须拥有被换SIPART PS2智能阀门定位器的全部初始化数据(电位器P0/P100值、阀门开、脉冲宽度、关运行时间、死区自适应时间等等),事先把数据上传给系统(如PDM)、PC机、现场通信器进行保存,或被换的尚能数据通信并能即时读出所有数据,这样才有可能复制初始化数据下载到新换上的SIPART PS2智能阀门定位器,省略掉初始化动作过程,完成替换,步骤为:

    用机械的固定阀杆方法或气动加压到气动执行机构驱动再用机械固定的方法,使阀位维持在过程需要的当前位置;

    读取并记录被换智能阀门定位器的显示数值,若已失电,则记录当前实际阀位;

    拆卸下故障的SIPART PS2,按原有安装方式、反馈杆连接、转换比率换装新的备台,并下载事先读取的初始化数据;

    接通控制信号(送电),检查所显示的阀位,通过调整轮改变电位器的初始位置使LCD上的阀位与记录下的实际阀位相符;

    将自动控制信号或手动操作信号置于对应当前阀位的数值,取下机械固定,使阀杆回归控制,此时,新的SIPART PS2可以替换工作,自动投运了。

 

    采用复制全部初始化数据和核对调整电位器值的方法进行在线更换,定位精度和动态优化可能会有不足,但被换和替换之间的行程差别也不会很大,对于紧急处理来说是可行的。若出现下一个可能进行初始化的机会,再完成正常的初始化。

    3730/3731系列智能阀门定位器的在线更换

    萨姆森(SAMSON)的3730/3731系列是I/P加气动放大器气动部件的智能阀门定位器,拥有模块化、集成化和智能化结构,具有自适应、自校准和自诊断功能,本机显示、诊断、通信、一键操作,包括4~20mA信号基本型、4~20mA+HART通信型、Profibus-PAFF现场总线型。3730-2/-2/-4/-5型和3731-3/-5型固件具有在线更换功能的SUb初始化模式,不管是否使用现场总线通信,也不必考虑复制原有初始化数据。

    3730/3731系列的阀位测量传感器采用集成在印刷电路板上具有高分辨率的导电橡胶滑动电阻,弧长约90mm,反馈轴转角最大66,由外部反馈杆或转换轮适配到不同行程或转角,可用于行程范围3.6~200mm(直行程)和24~100°转角(角行程)。

    3730/3731系列可有四个初始化模式:MAX最大行程初始化模式、NOM额定工作行程初始化模式、MAN手动行程初始化模式、再就是紧急情况下的SUb替换初始化模式,参见图4

    SUb替换初始化模式专门用于在线更换新的同主型号备台,初始化过程只进行模式估算行程及参数,不需控制阀反复动作,应急突发事件。因不必事先保存或读取原有在用台的初始化数据,所以SUb替换模式在更换过程还需对替换台有针对性地输入相应参数和确认相关组态内容。

    当生产运行过程中需要更换3730/3731系列智能阀门定位器时,在线的控制阀已经临时用机械的固定方法(如气开阀型在阀杆连接夹块下面加垫金属物将阀杆卡住)或气动加压到气动执行机构驱动再用机械固定的方法,使阀位维持在过程需要的一定位置,使生产得以继续运行。在线更换的步骤是:

    拆卸下故障的智能阀门定位器,按原有安装方式、反馈杆连接换装新的备台,并使定位器上的气开/气关选择、输出气量限值保持原样。

    接通控制信号(送电),新装的智能阀门定位器工作后,用代码3确认允许组态(用旋钮按键选择到代码3,按下进入,代码闪动,选择YES后按键,LCD左下出现允许组态符号),用代码36进行复位使参数恢复到缺省值。选择代码6SUb模式,参见图5

    必须输入相应的关键参数:代码4的连接销钉位置、代码5的额定工作行程、代码7的作用方向、代码34的反馈轴转动方向。此外,代码11缺省100%行程组态为NO

    代码35固定位置用旋钮按键输入当前阀杆被固定的阀位(从行程刻度盘上量出指针所指的mm数值)。

    按下INIT初始化按键,启动SUb替换功能,此时智能阀门定位器自动地以当前固定阀位、反馈轴转动方向和其他输入参数为基础计算初始化数据。

    SUb替换初始化自动切换到手动(MAN)模式,LCD显示被固定的阀位值(mm数),可改变手动输出阀杆稍脱离到固定位,以便拆除机械固定物,恢复阀杆为受控状态。使控制信号相当于当前阀位,将操作模式切换到自动(AUTO),显示行程百分数或角度,恢复控制回路的上位控制及正常运行。

    在线更换后,根据控制阀动作情况若需要优化定位控制的响应,可对代码17(增益)和代码18(时间常数)进行设置适当调整。

    3730/3731系列智能阀门定位器本机具有单独的SSP串行通信接口,可通过RS 232USB连接到装有SAMSON TROVIS-VIEW监控软件的PC机,可以使用软件图形界面进行组态(离线和在线)、操作(如启动初始化)、状态监视、性能和故障诊断,也能上传数据并存储文件和下装组态数据并在线修改。

    采用SUb替换初始化模式进行智能阀门定位器在线更换,可以解决紧急状态下的事件处理,尽管初始化的优化效果不如正常初始化模式,或许阀位零点还会有些偏差,但作为应急预案是有实际意义的。在先行保证过程运行之后,若出现下一个可能进行初始化的机会,再完成正常的初始化(可选NOMMAXMAN模式)。

    结论

    在多数智能阀门定位器不具备在线更换的情况下,SIPART PS2系列和3730/3731系列智能阀门定位器从服务用户出发,考虑突发事件下的智能阀门定位器在线更换,分别在功能上提供了紧急情况在线更换的处理预案,或利用现场总线通信复制初始化数据,或专门设计SUb替换初始化模式都获得了成功的应用实践,维护了用户的经济利益,对智能阀门定位器市场也有一定的示范作用。

    SIPART PS2是基于测量阀位的电位器单独可调,为满足在线更换而提出复制初始化数据的操作方法,仅限支持现场总线通信的类型且以能保存有或能读出待换阀门定位器的初始化数据为前提,是在相同固件上进行应用数据原样复制。3730/3731系列是设计时就考虑了在线更换,使固件专门具备替换功能的初始化模式,功能覆盖在用量最大的4~20mA信号类型,不受现场总线通信限制适应面更大,也不需掌握原有阀门定位器的内部数据,但需做一些组态设置。

发布日期:2013-08-02
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