智能定位器在大化肥装置中的应用优势

1、概述 定位器是普遍用于化工生产的一种调节阀的附件，定位器具有使调节阀提高响应速度、定位精度，增大执行机构输出力等作用。常见的定位器根据接收信号的不同分为气动阀门定位器和电气阀门定位器，而电气阀门定位器又分常规电气阀门定位器（简称电气定位器）和智能电气阀门定位器（简称智能定位器）。目前，定位器技术逐渐向智能化、小型化发展，智能定位器具有高度自动化、安装简单、免维护等优点，普遍应用于各大型化工生产装置的自动化控制中。 1、 1智能定位器工作原理 智能定位器的工作原理如图1所示。模拟量的4～20mA信号传给微处理器，与阀位传感器的反馈信号进行比较，微处理器根据偏差的大小和方向进行控制计算，向压电阀发出电控指令使其进行开、闭动作。压电阀依据控制指令脉冲的宽度对应于气动放大器输出压力进行增量控制，同时气动放大器的输出又被反馈给内控制回路，再次与微处理器的运算结果进行比较运算，通过两级控制后输出信号到执行机构，执行机构内仪表空气压力的变化控制着阀门行程。当控制偏差很大时，压电阀发出宽幅脉冲信号，使定位器输出一个连续信号压力，大幅度改变到执行机构的信号压力以驱动阀门快速动作；随着阀门接近要求的位置，要求的位置与测得实际位置的差值变小，压电阀输出一个较小脉宽的脉冲信号，断续、小幅度的改变至执行机构的信号压力，使执行机构接近命令位置的动作平缓。当阀门到达要求的位置（进入死区）时，压电阀无脉冲输出，定位器输出保持为零，使阀门稳定在某一位置不动。 1、 2常规电气阀门定位器工作原理 目前我们常见的常规的定位器大多采用力（矩）平衡原理。电气阀门定位器也一样。其工作原理如图2所示。当总控给出的4-20mA模拟信号作用在磁电组件1上时，磁电组件带动挡板5向喷嘴6靠拢，气动放大器背压增加，输出10增加，推动执行机构11向下运动，同时阀位反馈杠杆向下运动，通过弹簧带动挡板5远离喷嘴6，当弹簧力和磁电组件产生的力相平衡时，定位器输出10压力稳定，阀位稳定在主控信号对应的开度上。 2、智能定位器的应用优势分析 2、 1性能优势分析 从上面的原理可以看出，智能 定位器的控制是一个变量控制，在给定信号时，定位器输出流量曲线如图3所示。在变量大的时候，定位器的输出是快速大流量，而在变量小的时候，定位器的输出流量是逐渐减小直到为零，当阀位稳定在要求开度而没有新的命令信号时，定位器的输出流量则保持几乎为零。而常规定位器的控制是平衡比较控制，通过调节定位器的增益控制定位器放大器的反应速度，在反应速度一定的条件下，定位器的输出流量和输出压力是不断变化的，如图4所示。比如当阀位高于给定值时，定位器输出压力增加，阀位向下动作，由于反应速度固定，在定位器放大器的输出流量是一定的，所以在阀位向下动作的时候，喷嘴挡板的动作时间延缓，致使阀位动作过多，此时阀位会低于给定值，定位器输出压力又会减小，如此反复。 因此，在我们给定一个阀位时，可以看出，在经过一个调节过程后，智能定位器的输出流量会保持为零；而常规定位器的输出流量是不断变化的。那么其定位精度就显而易见了，智能定位器的定位快速、精确，而常规定位器的定位速度、精度是不能和智能定位器相比的。我厂从2000年开始使用的智能定位器，到目前没有出现过任何问题，给工艺运行提供了一个良好而宽松的操作空间。 2、2维护优势分析 定位器作为调节阀的附件，当调节阀检修后，一般都需要通过定位器对其进行调校。目前常规定位器的调校都是采用手动调整零位、量程来满足调节阀的性能要求的，调校时需要使用专用设备、必须要隔离控制回路；同时零点和行程的调整互相影响，须反复调整，线性偏离严重时，则更难调整。这种调校方法费时、耗力，而且精度等级低，调校结果受检修调校人员的水平影响较大。比如我厂有一台锅炉给水调节阀，在检修后先后有两人去调校，第一位调校人员在调校时，将定位器的增益调得过高，导致该阀波动，另一位调校人员去后，把增益调到合适大小，该阀动作稳定。因此，对于常规定位器的调校，不仅对定位器的要求比较高，对人员的能力、综合素质要求也比较高。而对于智能定位器，由于它的调校不需要对定位器本身作太多的调整，特别是山武公司的AVP/SVP系列智能定位器，它的调校完全不需要人为调整定位器内部零件，其内部也不存在很多的可调整的零件，它的调校是定位器内部运算放大器运算、整定的过程，在整定后出现偏差时，才需要通过人为的微量修定来矫正，在大多数的情况下是不需要维护人员去调整的。 其次， 常规定位器多为机械式力平衡原理，它采用了喷嘴挡板机构，由于喷嘴本身的特性，执行器在稳定状态时也要大量消耗压缩空气，若使用执行器数量较多，能耗较大，而且喷咀本身是一个潜在故障源，易被灰尘或污物颗粒堵住，使定位器不能正常工作，特别是在仪表空气不够干净的情况下更容易出现故障。 在2000年10月 25日，我厂氨贮存罐的一台压力调节阀PV2002，工艺反映波动，经现场检查，发现喷嘴挡板处有大量灰尘，拆下清洗后工作正常。另外，定位器内部可动件较多，容易受温度波动、外界振动等干扰因素的影响，适应环境性差。比如定位器力反馈弹簧在恶劣环境、长期受力等条件下，它的弹性系数能发生改变，会造成调节阀线性偏离，导致控制质量下降；而外界振动传递到力平衡机构，则容易造成可动部件磨损及零点和行程漂移，使定位器难以工作。比如我厂尿素界区高压氨泵调速控制阀300HV09101的定位器，由于高压氨泵转速在155r/分时引起的剧烈振动，使定位器波动，导致转速在153r/min—158r/min之间波动，工艺操作十分困难。智能定位器没有太多的可动部件，其工作环境要求比常规定位器低，特别是抗振动性尤其突出。我们在2000年8月试用的一台山武公司的AVP-100型智能定位器，用于振动极大的工艺冷凝液泵出口控制阀上，在2005年9月装置大修前运行仍然正常。在2002年9月我厂二氧化碳压缩机四级出口放空阀300PV09203是使用的费西尔的DVC5010智能定位器，在强振动环境工作至今，也未出现任何问题。 另外，就定位器的安装而言，常规的定位器对于安装位置要求较高，特别是在阀位反馈的安装上，要将反馈安装在规定的位置，可调整的量不大。比如吴忠仪表的HTP系列定位器，要求反馈的位置要对应调节阀的行程，当调节阀的行程为100mm时，若安装没有对应的到反馈板上100的位置，那么这个定位器是很难调校出来的。而智能定位器的安装就没有那么严格，从我们所了解和使用的几种智能定位器来看，安装位置要求基本上都是有两点：一是调节阀在50%开度时，定位器的反馈也基本在其有效转角的中间位置；二是调节阀全开全关动作时，定位器反馈的转角要在限制的范围内。如山武公司的AVP系列，要求的反馈转角不能大于±20º，而费西尔的DVC系列，反馈的转角不大于±45º即可。只要满足这两个条件，定位器就可以达到性能要求。 在调校定位器的时候，我们都不可避免的会产生误差。常规的定位器特别是气动定位器，由于其整个控制回路中元件数量比电气定位器和智能定位器都多了一个电气转换器，在回路联调时，累积误差要大一些，对比结果见表1。作为常规定位器，不论是气动定位器还是电气定位器，它的调校是以人为的调整零位/量程/增益来满足性能要求的，在调校过程中，调校精度是不可控的，或者说是不稳定的，它受调校人员的水平、定位器制造/装配精度的限制比较明显，误差也就比较大。智能定位器就不同于常规的定位器，，由于它不受调校人员的影响，定位器内部可动部件少，本身精度高，因此它的误差也就很小。 所以，无论是安装、调试，还是维护，使用智能定位器都比常规定位器更好。 2、3经济优势分析 目前，各大化工企业都在尽力降低产品成本，追求更高的利润，而设备的检修、更新所需要的资金在产品成本中占有较大的比例，减少设备的检修、更新频率可以在一定程度上降低产品成本。单从定位器而言，传统的定位器有气动定位器和电气定位器两种，气动定位器在投资上要大于电气定位器，因为气动定位器在回路中需要配置电气转换器，若从主控出来的信号电缆端子处开始计算，其投资为定位器+电气转换器，而电气定位器就可以省略一台电气转换器。以电气定位器和智能定位器比较，初期投资额基本相当，但我们在前面分析到：常规电气定位器在稳定状态时仍然需要消耗大量的仪表空气，智能定位器在稳定后几乎不消耗仪表空气。具体对比见表一： 表一 智能定位器和常规定位器对比分析表 从上表还可以看出，常规定位器的维护成本比智能定位器高，原因在于常规定位器内部可动件较多，易损件也多，而智能定位器内部可动件少，相对的易损件少。以目前我厂的使用情况看，智能定位器基本上不存在维护成本，常规定位器则需要经常更换放大器、波纹管等部件。 上面的分析说明，使用智能定位器不论是初期投资还是维护成本都远低于常规定位器，在经济上也具有相当的优势。 3、存在的问题 对于化工装置，生产稳定连续是我们的期望值之一，从我们使用和了解的智能定位器的性能看，有一个重要的制约因素，使我们在选用定位器的时候，依然需要考虑常规定位器，这个因素就是定位器的在线更换。由于智能定位器在初次使用时，需要进行输入、运算、贮存数据，因而就必须要有一个自整定过程，这个自整定过程会导致调节阀产生全开全关动作，而在某些场合，工艺运行是不允许调节阀出现开或关的动作的。因此，对于在线更换，常规定位器仍然有它不可比拟的优势<