淺談智能型閥門定位器診斷

淺析智能型閥門定位器診斷 一、概述 在過(guò)程控制系統(tǒng)中，氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥(以下簡(jiǎn)稱調(diào)節(jié)閥)作為控制系統(tǒng)中的最終控制單元，起到了極其關(guān)鍵作用。傳統(tǒng)概念上的閥門定位器作為調(diào)節(jié)閥的一個(gè)主要附件，主要用于提高調(diào)節(jié)閥控制精度。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展，與之相匹配的現(xiàn)場(chǎng)智能化儀表也得到了加速發(fā)展，對(duì)于調(diào)節(jié)閥要實(shí)現(xiàn)智能化，就必備智能化閥門定位器，也就是說(shuō)智能型閥門定位器是實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥智能化的重要組成部分；另外從功能上來(lái)講智能型閥門定位器與模擬閥門定位器也有本質(zhì)區(qū)別，智能型閥門定位器除了實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)節(jié)閥控制功能外，還一個(gè)更重要的方面是對(duì)調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)的診斷功能。并通過(guò)診斷軟件，分析和判別調(diào)節(jié)閥的“健康”狀況，從而改變了傳統(tǒng)觀念上調(diào)節(jié)閥的維護(hù)，減少了調(diào)節(jié)閥在運(yùn)行期間的事故發(fā)生，延長(zhǎng)了調(diào)節(jié)閥的使用壽命。 二、調(diào)節(jié)閥的維護(hù) 典型的調(diào)節(jié)閥的維護(hù)方有以下三種方法：被動(dòng)性的維護(hù)(Reactive Maintenance)；預(yù)防性維護(hù)(Preventive Maintenance)；預(yù)測(cè)性維護(hù)(Predictive Maintenance)。 被動(dòng)性的維護(hù)當(dāng)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)出故障后，對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行檢修。調(diào)節(jié)閥在使用過(guò)程中，調(diào)節(jié)閥自身或者某些附件出現(xiàn)故障，造成調(diào)節(jié)閥不能正常工作，更嚴(yán)重的情況導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不能正常工作，造成很大的事故產(chǎn)生。 預(yù)防性維護(hù)按照過(guò)去的生產(chǎn)過(guò)程經(jīng)驗(yàn)，有計(jì)劃地安排某些調(diào)節(jié)閥進(jìn)行維護(hù)或檢修，以防止調(diào)節(jié)閥的事故發(fā)生。它對(duì)前者來(lái)說(shuō)是一個(gè)有計(jì)劃安排，雖然能避免一些調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生的事故，由于沒有現(xiàn)場(chǎng)使用的調(diào)節(jié)閥的許多信息，在安排上不能不造成某些調(diào)節(jié)閥工作正常也被安排在檢修行列，而某些不適用的調(diào)節(jié)閥仍被使用在過(guò)程控制系統(tǒng)中。 預(yù)測(cè)性維護(hù)通過(guò)智能儀表或其它診斷設(shè)備獲取調(diào)節(jié)閥的信息。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥不能存貯自身任何信息，而智能型閥門定位器開發(fā)使用，它們除了提高調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)品質(zhì)外，對(duì)調(diào)節(jié)閥的診斷功能也逐步加強(qiáng)。下面對(duì)智能型閥門定位器的自身診斷及對(duì)調(diào)節(jié)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(dòng)調(diào)節(jié)閥上，其工作環(huán)境相對(duì)惡劣，如環(huán)境溫度、管道振動(dòng)等因素都會(huì)對(duì)智能型閥門定位器正常工作帶來(lái)不利影響，智能型閥門定位器在設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到這些不利因素，設(shè)計(jì)了一些自身的診斷功能。 另一方面，大多數(shù)智能型閥門定位器都具有通訊功能，如：HART、FF、PROFIBUS等通信協(xié)議，控制系統(tǒng)通過(guò)這些通信協(xié)議可以獲得所需的現(xiàn)場(chǎng)儀表管理信息、以及故障報(bào)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(jìn)行，常見的診斷有開機(jī)診斷、周期性診斷。 2.輸入信號(hào)超量程 當(dāng)規(guī)定智能型閥門定位器輸入信號(hào)設(shè)定后，如果控制信號(hào)超出設(shè)定值，智能型閥門定位器發(fā)出超量程報(bào)警信號(hào)。 3.傳感器故障 由于智能型閥門定位器直接安裝在調(diào)節(jié)閥上，受到調(diào)節(jié)閥振動(dòng)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(cè)不到正常的反饋信號(hào)，它會(huì)發(fā)出一個(gè)報(bào)警信號(hào)。 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(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)；但對(duì)于3種情況，定位器將出現(xiàn)不正常工作，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，儀表工程師根據(jù)報(bào)警內(nèi)容，做出相應(yīng)判斷并及時(shí)加以處理，減小不必要停產(chǎn)。 四、智能型閥門定位器對(duì)調(diào)節(jié)閥的診斷 智能型閥門定位器對(duì)調(diào)節(jié)閥的故障診斷是通過(guò)附加傳感器來(lái)完成的。定位器內(nèi)部的微處器通過(guò)定時(shí)采集各種傳感器的數(shù)據(jù)，并對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、比較、分析、組態(tài)，將出現(xiàn)異常的信息，通過(guò)組態(tài)軟件輸出報(bào)警信號(hào)。智能型閥門定位器對(duì)調(diào)節(jié)閥的診斷分為在線診斷、離線診斷。在線診斷包括：調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作次數(shù)、行程累加、填料函泄漏診斷、噪聲診斷、環(huán)境溫度診斷等，離線診斷包括：執(zhí)行機(jī)構(gòu)及氣路的密封性、靜特性、階躍過(guò)渡及頻率響應(yīng)特性。 1.在線診斷 a. 動(dòng)作次數(shù)、行程累加 在同一系統(tǒng)中，由于調(diào)節(jié)閥處于不同的工作位置，它的動(dòng)作頻率、行程位移大小都是不一樣，通過(guò)檢測(cè)位置傳感器，很方便獲得調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作次數(shù)及行程累加值，采集這些數(shù)據(jù)我們可以判斷調(diào)節(jié)閥的“健康”狀況，并通過(guò)組態(tài)軟件對(duì)采集的數(shù)據(jù)分析調(diào)節(jié)閥的工作點(diǎn)，畫出柱狀形圖可以清楚看出閥門正常工作區(qū)域。從圖一可以清楚地看出閥門處于正常工作區(qū)域內(nèi)，而圖二閥門長(zhǎng)期處于小開度工作，不利于正常工作。另外根據(jù)采集的數(shù)據(jù)可進(jìn)行動(dòng)態(tài)應(yīng)力分析。圖一圖二 b.填料函泄漏診斷 通過(guò)安裝在調(diào)節(jié)閥的填料處泄漏檢測(cè)器，實(shí)時(shí)檢測(cè)填料函在工作中是否存在外泄漏情況。因此特別適用于對(duì)劇毒、貴重的易揮發(fā)和有放射性的介質(zhì)等場(chǎng)合使用，可以防止資源浪費(fèi)或引起環(huán)境污染。 c.噪聲診斷 噪聲對(duì)人類的危害是極其嚴(yán)重的，它能使人的聽覺減弱，甚至損傷，對(duì)人類帶來(lái)心理和生理性的不良影響，它是繼大氣污染和水質(zhì)污染之后，成為威脅人類的第三種公害。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)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(cè)調(diào)節(jié)閥噪聲大小。通過(guò)檢測(cè)的數(shù)據(jù)可以作一些分析：如噪聲頻率小于1500HZ為機(jī)械振動(dòng)、噪聲頻率高達(dá)10000HZ時(shí)，調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生空化。因此通噪聲的頻率可以判別調(diào)節(jié)閥不正常工作的原因；另外如在閥門關(guān)閉情況下噪聲比正常工況要大，還可以判斷閥門有內(nèi)漏。 d.環(huán)境溫度診斷 通過(guò)溫度傳感器，隨時(shí)測(cè)量定位器的外殼表面溫度，在防爆場(chǎng)合如外殼的表面溫度超出防爆要求的設(shè)定值，定位器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。另外定位器還記錄在線過(guò)程中最大/最小的溫度值、每個(gè)溫度段的工作時(shí)間，如果調(diào)節(jié)閥長(zhǎng)期處于高溫下工作，我們必須考慮定位器及調(diào)節(jié)閥內(nèi)的塑料件、橡膠件的老化情況。 2.離線診斷 a.執(zhí)行機(jī)構(gòu)及管路的氣密性 執(zhí)行機(jī)構(gòu)診斷通過(guò)接入一個(gè)壓力傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)輸入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的壓力，與閥位傳感器檢測(cè)到的調(diào)節(jié)閥行程形成一個(gè)相對(duì)應(yīng)的關(guān)系曲線如圖三圖三 每一臺(tái)智能型閥門定位器安裝在任何一臺(tái)調(diào)節(jié)閥上后，先進(jìn)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(guò)定位器的自整定，得到正、反行程特性曲線如圖三，當(dāng)調(diào)節(jié)閥工作一些時(shí)間后，智能型閥門定位器再一次對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行測(cè)試。出現(xiàn)一些不正常的情況如圖四。圖四 曲線的下移說(shuō)明存在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的膜片老化、密封氣室外泄漏、連接氣管由于振動(dòng)等原因出現(xiàn)漏氣問題；另外在調(diào)節(jié)閥關(guān)位出現(xiàn)行程值偏大，可以判斷閥芯或閥座產(chǎn)生磨損，調(diào)節(jié)閥泄漏量變大，嚴(yán)重情況下智能閥門定位器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 b.靜特性測(cè)試 靜特性是調(diào)節(jié)閥的行程與輸入信號(hào)之間的靜態(tài)關(guān)系，它包括：基本誤差、始終點(diǎn)偏差、額定行程偏差、回差、死區(qū)、重復(fù)性、再現(xiàn)性、線性度誤差。 c.階躍過(guò)渡的測(cè)試 階躍過(guò)渡過(guò)程是在調(diào)節(jié)閥沒有負(fù)荷的情況下，當(dāng)輸入信號(hào)從一個(gè)定值突然改變成另一個(gè)定值時(shí)，輸出跟隨變化的過(guò)程。一般包括時(shí)間常數(shù)、時(shí)滯、上升時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)和過(guò)沖。 d.頻率響應(yīng)特性的測(cè)試 頻率響應(yīng)特性是在調(diào)節(jié)閥在沒有負(fù)荷的情況下，輸入到定位器的輸入信號(hào)是一個(gè)無(wú)畸變的正弦波，輸出值穩(wěn)定后，系統(tǒng)的輸出也是一個(gè)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(hào)頻率的變化而變化。頻率響應(yīng)特牲是反應(yīng)調(diào)節(jié)閥靈敏度的標(biāo)志之一，動(dòng)態(tài)特牲好就意味著調(diào)節(jié)閥反響靈敏、快速，而且穩(wěn)定性好。 五、結(jié)束語(yǔ) 由此可見智能型閥門定位器的故障診斷是通過(guò)安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥體上的附加傳感器來(lái)完成的。定位器獲得了現(xiàn)場(chǎng)的許多原始數(shù)據(jù)，微處理機(jī)通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析、運(yùn)算、判斷等處理，分成若干邏輯組，宜于快速辨識(shí)所有的變量，發(fā)現(xiàn)異常情況立即采取應(yīng)急措施并報(bào)警。 通常離線診斷被安排在調(diào)節(jié)閥預(yù)防性維護(hù)過(guò)程中，對(duì)預(yù)防性維護(hù)計(jì)劃中的調(diào)節(jié)閥的診斷記錄與調(diào)節(jié)閥第一投用的全性能原始數(shù)據(jù)相比較，可以發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥什么地方出現(xiàn)了問題，問題的嚴(yán)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(chǎn)廠家設(shè)法將離線診斷逐步移值到在線診斷過(guò)程