智能阀门定位器的在线更换

智能阀门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智能阀门定位器出现故障或遭到破坏。智能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。
                                 
                              流程工业自动化的发展趋势体现在过程控制和资产管理日益智能化、网络化和信息化。构成控制回路的传感器（变送器）、控制器（控制系统）和执行器（控制阀）都是重要的环节，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，达到前所未有的高性能，而执行器更显现为薄弱的短板。
                                 
                              气动控制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
                                 
                              智能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系列智能阀门定位器的在线更换
                                  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（HART、Profibus-PA、FF）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33；25~35mm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P0和P100。由于连接等因素，配置到每台控制阀上相对应的电位器P0和P100及跨距都有所不同。正常初始化后，电位器工作在P0和P100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智能阀门定位器的电位器P0和P100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 mode（P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。

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