| 淺析智能型閥門定位器診斷 |
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一、 概述
在過程控制系統中，氣動薄膜調節閥（以下簡稱調節閥）作為控制系統中的最終控制單元，起到了極其關鍵作用。傳統概念上的閥門定位器作為調節閥的一個主要附件，主要用于提高調節閥控制精度。隨著現場總線技術的發展，與之相匹配的現場智能化儀表也得到了加速發展，對于調節閥要實現智能化，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現調節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區別，智能型閥門定位器除了實現對調節閥控制功能外，還一個更重要的方面是對調節閥實現的診斷功能。并通過診斷軟件，分析和判別調節閥的“健康”狀況，從而改變了傳統觀念上調節閥的維護，減少了調節閥在運行期間的事故發生，延長了調節閥的使用壽命。
二、調節閥的維護
典型的調節閥的維護方有以下三種方法：被動性的維護（Reactive Maintenance）；預防性維護（Preventive Maintenance）；預測性維護（Predictive Maintenance）。
被動性的維護――當調節閥產出故障后，對調節閥進行檢修。調節閥在使用過程中，調節閥自身或者某些附件出現故障，造成調節閥不能正常工作，更嚴重的情況導致整個系統不能正常工作，造成很大的事故產生。
預防性維護――按照過去的生產過程經驗，有計劃地安排某些調節閥進行維護或檢修，以防止調節閥的事故發生。它對前者來說是一個有計劃安排，雖然能避免一些調節閥產生的事故，由于沒有現場使用的調節閥的許多信息，在安排上不能不造成某些調節閥工作正常也被安排在檢修行列，而某些不適用的調節閥仍被使用在過程控制系統中。
預測性維護――通過智能儀表或其它診斷設備獲取調節閥的信息。氣動調節閥不能存貯自身任何信息，而智能型閥門定位器開發使用，它們除了提高調節閥的調節品質外，對調節閥的診斷功能也逐步加強。下面對智能型閥門定位器的自身診斷及對調節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節閥上，其工作環境相對惡劣，如環境溫度、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計過程中，考慮到這些不利因素，設計了一些自身的診斷功能。
另一方面，大多數智能型閥門定位器都具有通訊功能，如：HART、FF、PROFIBUS等通信協議，控制系統通過這些通信協議可以獲得所需的現場儀表管理信息、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之一，自診斷在不影響正常工作情況下進行，常見的診斷有開機診斷、周期性診斷。
2.輸入信號超量程
當規定智能型閥門定位器輸入信號設定后，如果控制信號超出設定值，智能型閥門定位器發出超量程報警信號。
3.傳感器故障
由于智能型閥門定位器直接安裝在調節閥上，受到調節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，但它會發出報警信號；但對于3種情況，定位器將出現不正常工作，并發出報警信號，儀表工程師根據報警內容，做出相應判斷并及時加以處理，減小不必要停產。
四、智能型閥門定位器對調節閥的診斷
智能型閥門定位器對調節閥的故障診斷是通過附加傳感器來完成的。定位器內部的微處器通過定時采集各種傳感器的數據，并對各種數據進行運算、比較、分析、組態，將出現異常的信息，通過組態軟件輸出報警信號。智能型閥門定位器對調節閥的診斷分為在線診斷、離線診斷。在線診斷包括：調節閥的動作次數、行程累加、填料函泄漏診斷、噪聲診斷、環境溫度診斷等，離線診斷包括：執行機構及氣路的密封性、靜特性、階躍過渡及頻率響應特性。
1.在線診斷
a. 動作次數、行程累加
在同一系統中，由于調節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，很方便獲得調節閥的動作次數及行程累加值，采集這些數據我們可以判斷調節閥的“健康”狀況，并通過組態軟件對采集的數據分析調節閥的工作點，畫出柱狀形圖可以清楚看出閥門正常工作區域。從圖一可以清楚地看出閥門處于正常工作區域內，而圖二閥門長期處于小開度工作，不利于正常工作。另外根據采集的數據可進行動態應力分析。
圖一
圖二
b. 填料函泄漏診斷
通過安裝在調節閥的填料處泄漏檢測器，實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、貴重的易揮發和有放射性的介質等場合使用，可以防止資源浪費或引起環境污染。
c. 噪聲診斷
噪聲對人類的危害是極其嚴重的，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污染之后，成為威脅人類的第三種公害。在現代工業生產中，控制閥已成為最主要的噪聲源。智能閥門定位器可外接聲音傳感器，可以檢測調節閥噪聲大小。通過檢測的數據可以作一些分析：如噪聲頻率小于1500HZ為機械振動、噪聲頻率高達10000HZ時，調節閥產生空化。因此通噪聲的頻率可以判別調節閥不正常工作的原因；另外如在閥門關閉情況下噪聲比正常工況要大，還可以判斷閥門有內漏。
d. 環境溫度診斷
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定值，定位器發出報警信號。另外定位器還記錄在線過程中最大/最小的溫度值、每個溫度段的工作時間，如果調節閥長期處于高溫下工作，我們必須考慮定位器及調節閥內的塑料件、橡膠件的老化情況。
2.離線診斷
a.執行機構及管路的氣密性
執行機構診斷通過接入一個壓力傳感器，實時檢測輸入執行機構的壓力，與閥位傳感器檢測到的調節閥行程形成一個相對應的關系曲線如圖三
圖三
每一臺智能型閥門定位器安裝在任何一臺調節閥上后，先進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，當調節閥工作一些時間后，智能型閥門定位器再一次對調節閥進行測試。出現一些不正常的情況如圖四。
圖四
曲線的下移說明存在執行機構的膜片老化、密封氣室外泄漏、連接氣管由于振動等原因出現漏氣問題；另外在調節閥關位出現行程值偏大，可以判斷閥芯或閥座產生磨損，調節閥泄漏量變大，嚴重情況下智能閥門定位器發出報警信號。
b.靜特性測試
靜特性是調節閥的行程與輸入信號之間的靜態關系，它包括：基本誤差、始終點偏差、額定行程偏差、回差、死區、重復性、再現性、線性度誤差。
c.階躍過渡的測試
階躍過渡過程是在調節閥沒有負荷的情況下，當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、時滯、上升時間、穩定時和過沖。
d.頻率響應特性的測試
頻率響應特性是在調節閥在沒有負荷的情況下，輸入到定位器的輸入信號是一個無畸變的正弦波，輸出值穩定后，系統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。頻率響應特牲是反應調節閥靈敏度的標志之一，動態特牲好就意味著調節閥反響靈敏、快速，而且穩定性好。
五、 結束語
由此可見智能型閥門定位器的故障診斷是通過安裝在執行機構和閥體上的附加傳感器來完成的。定位器獲得了現場的許多原始數據，微處理機通過對這些數據的分析、運算、判斷等處理，分成若干邏輯組，宜于快速辨識所有的變量，發現異常情況立即采取應急措施并報警。
通常離線診斷被安排在調節閥預防性維護過程中，對預防性維護計劃中的調節閥的診斷記錄與調節閥第一投用的全性能原始數據相比較，可以發現調節閥什么地方出現了問題，問題的嚴重性，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廠家設法將離線診斷逐步移值到在線診斷過程中，通過先進的診斷軟件，完成閥門/執行機構的摩擦力、執行機構的信號范圍、彈簧剛度及閥座的關閉力，以及階躍診斷測試包括：靜特性測試、階躍過渡過程測試、頻率響應特性測試。使調節閥的預防性維護轉向預見性維護，減少了停車時間，降低生產運行成本，提高了生產力。 |
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| 出處： 作者：網絡文摘 |
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