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阀门控制器/定位器的智能化市场商机无限

2003/11/24 0:00:00

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关键词
�过程控制与先进控制
�阀门定位器
�阀门执行机构
�位置控制
�过程仪表当与一群仪表工程师谈及“灵敏”定位器时,你很快会发现,对于什么是灵敏定位器,它们干什么,用在哪里,每个人都有自己的定义。偶尔,他们中有人会说:“真的?我不知道或没考虑过。”即使对市场上所能获得的灵敏或智能定位器作一次随意调查,也表明不同产品的设计理念、在板智能及在为用户提供的功能选择上有着显著的差别。一方面,一些厂商给现有的定位器增加一个微处理器,使之“灵敏”。
另一方面,彻底否定原有的一切,利用当前和未来的数字技术设计定位器。
毫无疑问,第一类的好处明显。但第二类给数字式阀门控制器(DVCs)或数字式阀门定位器(DVPs)增加了重要的智能。令人遗憾的是,DVC和DVP约束了人对阀门的思考。 IP (智能定位器) 成为一个有意义的术语,但很可能与I/P (电气转换)混淆。智能数字式最终控制设备的控制器/定位器(IDFDC/P)是由最终控制设备演变而来的,但其并非真正为大家熟知的,所以,我们先达成共识: IDFDC/P和DVC同义。
超越“灵敏” 灵敏仪表趋于改善“这里和现在”状况,智能仪表不仅做这些,而且还预测将发生的事情。DVCs 的性能特点包括:
�在板微处理器;
�嵌入式传感器;
�最终设备反馈传感器;
�数字通信;
�高级诊断程序;
�专用算法.

标准离散输入与近似离散输入的比较
标准离散输入与近似离散输入的比较


标准的离散输入信号在某一控制/切换点改变状态。如果最终控制设备在控制/切换点附近搜索,一个标准的离散输入信号将反复改变状态 (也就是转换振荡)。通过在近似离散输入信号附近设立一个可设置区域,建立一个控制/切换点附近的分离点范围区。最终控制设备一旦进入这个设置区,离散输入信号就改变状态,并保持该状态直到最终控制设备反馈传感器移出设置区为止。许多厂商在DVC中嵌入各种各样的离散的和模拟的传感器。但是,厂商各自试图通过以不同方式应用传感器来区分自己的DVC。例如,Emerson Process Management的 Fisher 部 (Marshalltown, IA) 的DVCs包含一个离散输出(DO)和4个离散输入(DI),它们是符合基金会现场总线(FF) 标准的功能模块。除了满足符合FF标准的DI和DO功能条件外, Fisher还用一个接近传感器代替标准的(类似限位开关)DI。(见“标准离散输入与近似离散输入的比较”图)。
使用可设置的接近传感器区域的优点之一是在应用过程中知道最终控制设备的0和100%的位置,如:紧急关闭,挡板/隔栅定位,批料装满/漏泄。在板诊断程序
DVCs 用嵌入式传感器和微处理器来管理诊断测试程序及与主系统间的数字通信。
依赖于DVC厂商,各种测试被执行,信息被采集并通过现场总线与主机通信、完成动态扫描及高级诊断等工作。一些DVC厂商,像ABB (Rochester, NY),已经采用一种设计原理,即允许最终用户安装适于应用的特色平台和诊断完善程序。
从大多数DVC厂商可得到的诊断程序包括:
�最终控制设备跟踪参数,以监视总计(累积)位移和转换数量(周期);
�DVC 正常状态参数测试,以提供存储器,微处理器,和/或传感器问题的报警信号,并允许执行机构报警,或因更多的严重问题,单元或过程关闭;
�最终控制设备报警信号。这些信号连接着期望位移偏差,位移高/低限,和/或当超过预先设定的累积位移和周期指标时;
�动态误差范围测试,以核对最终控制设备的滞环和死区加回转特性;
�驱动信号和输出信号测试,以可控的速率改变传感器设定点并绘制最终控制设备的运行曲线来确定动态特性;
�预先规定最终控制设备维护和特征图形测试。 一些数字现场总线协议包括预先规定的阶跃维护试验,以核对和/或建立一个最终控制设备特性的“特征图形”。就FF来说,3个预先规定的测试程序计算DVC传感器模块设定值并监视输出压力和最终控制设备位移。这3个FF预先规定的诊断测试程序是“公开的”,这样任何包含FF规定的仪表描述的主系统都能在任何符合FF标准的DVC上运行诊断测试程序。一些DVC厂商提供第四个动态阶跃测试程序,用以确定最终控制设备当前性能的“特征图形”。如果该仪表是新的,则该性能特征图形成为与将来比较的基准。如果该仪表已经使用了一段时间,则当前特征图形与基准特征图形进行比较,以决定什么时刻要求检修和/或校准。与弹簧、凸轮、凸轮随动件、 波纹管、连杆等组成的机械定位器相比较,DVC技术显得简单。但是,外部特征具有欺骗性,因为DVC技术实现的性能和好处是机械定位器所不能提供的。超越传统应用
起初,DVC技术用于代替旋转滑动轴控制阀上的传统I/P(电流至气动)转换。然而,当最终用户更熟悉DVC技术时,他们开始考虑能使用DVC的其它应用。通过与厂商的合作,最终用户定义了新的功能,允许DVCs从灵敏向高度智能和适应性发展。DVC 技术取得重大应用进步的两个示例是紧急关闭(ESD)阀和叶片/挡板执行机构的部分行程测试。紧急关闭— 许多公司延长连续过程的运行时间以增加利润。
当过程运行时间被延长时,较好的维护和安全训练必须开展和应用。延长包括安全仪表装备系统(SISs)的过程的运行时间,常要求改变安全系统测试频率和/或使用紧急关闭(ESD)阀的部分行程测试。(见《控制工程》,2000年11月,“安全旁路阀的部分行程测试。”)部分行程测试帮助运行人员决定在安全系统范围内的ESD阀能按要求操作。
具有在板诊断程序和可获得通信性能数据的主系统的DVCs 一直用作ESD阀。这样的ESD 阀能成为具有性能自动测试的自动化部分行程测试解决方案的一部分,以满足常规要求。Patrick Flanders是Saudi Aramco公司 (Saudi Arabia)的仪表工程师,他说,Emerson Process的DVCs使Saudi Aramco的SISs以较低的成本将ESD阀的敏捷性和安全性达到一个新水平。叶片/挡板执行机构—燃烧控制应用中费时的事情之一是进行负荷测试然后切除凸起部分强迫和诱导叶片/挡板执行机构线性化动作。多年来,机械定位器在锅炉/燃烧应用中运行良好。然而,特别是在消耗燃料和燃煤机组中,机械定位器因组件污染而易受阻塞。当粘性的定位器组件与松的或磨损的执行机构联动部分组合在一起时,执行机构动作到适当位置,这样导致相关过程变量常高于或低于设定值。动作结果表明其控制性能差、不完全燃烧、运动部分额外磨损和裂纹、和/或其它不必要的费用和浪费。
用于叶片/挡板执行机构的DVC技术包括一个独立的反馈传感器,以确保定位器达到控制系统要求的设定点。(见“具有DVC技术的叶片/挡板执行机构”图。)

具有DVC技术的叶片/挡板执行机构
具有DVC技术的叶片/挡板执行机构

在叶片/挡板定位器中应用DVC技术的其它特色和优点包括:
�送风量损失的机械锁定;
�使用操作盘或手柄手动调整;
�吹扫/点火条件的位置限定开关的验证;
�与HART或其它现场总线技术的数字通信。几家DVC厂商提供改型的全套设备,允许用DVC技术代替机械式的叶片/挡板定位器。例如,Emerson Process 提供PowerVue 现场改型全套设备,有Hagan转矩型动力定位器的几种型号。 未来趋势
ARC Advisory Group(Dedham, MA)资深分析员David Clayton几年来一直跟踪控制阀和相关配件市场。在与《控制工程》编辑部会谈时,他对DVC市场的快速发展表示吃惊和鼓舞。根据ARC“全球控制阀展望”中的数据,2000年全球DVCs的销售额超过12.8亿美元,“这意味着最终用户正放弃‘如果它没损坏,就不修理它’的态度,并意识到阀门性能低下将破坏整个生产系统的性能并消极影响公司的经营”,Clayton先生说。
Michael Jost是Invensys Production Management (Foxboro, MA)的测量与仪表部副经理,他说: “在过去的几年里,最终用户和工程承包商已大大加大了把DVCs列入采购清单的频率。他们已经认识到DVCs在提高质量和降低成本方面的积极作用”
技术用户/分销商常对“加入”的时机感到不安。当技术很新时加入,意味着把技术缺陷和发展中的挫折强加给用户。当等到认为“已使用证明”才加入,常常意味着坐失良机和损失多年的利益。DVC技术显得坚固,且由于模块化设计,大多数厂商都已采用,用户更新和升级都很方便,获得“未来”的特色。厂商有着无数的未来DVC特色计划,象Invensys的Jost先生描述的“Invensys正在申请德国电力和电子制造者协会(Zentralverband der Elektrotechnik und Elektronikindustrie [Frankfurt, Germany] ZVEI)现场仪表工具(FDT)标准作为ArchestrA软件平台的一部分。ZVEI FDT标准允许来自各类厂商的仪器透明地整体化为一个通用的主自动化系统,独立于现场总线通信技术。”(欲了解ZVEI FDT/DTM标准,可阅读本文的详细内容。)其它技术的增强,诸如无触点定位传感器、自整定、更先进的诊断程序和专家系统正在或将得到利用。例如,Masonelian (Addison, TX)最近介绍了固态、可磁化、无触点的定位传感器使用,用于探测阀门枢轴经过它的SV II DVC 定位器壁的移动情况。在Emerson Process,DVC产品发展部经理Mike Rauber说:“我们正通过把当前在主系统运行的诊断程序移进到DVC里,努力使DVC仪表更容易使用。我们也正在开发更先进的、可预测的诊断程序作为容易得到、易于理解的报警信号,包括怎样解决难题的专门的指南。同时,我们把DVC与计

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