氣動調節閥在火力發電廠水位、壓力、溫度等參數的調節中大量使用，許多重要參數如除氧器水位、凝汽器熱井水位調節等都是通過氣動調節閥來實現(文章導讀）。

在一個完整的調節系統中，一次儀表、調節器、執行器構成3個基本要素，參數的測量精度是控制的基礎，調節器的調節特性是關鍵，而執行器的性能是保證。測量儀表和計算機控制技術的不斷提高，為參數的調節精度和品質的提高提供了可能，相應地對執行器的性能也提出了更高的要求。氣動調節閥作為執行器的一種，其性能的好壞直接決定了參數調節的精度，而閥門控制器是調節閥實現電氣信號調節的重要部件，控制器的性能顯得非常重要。

1.閥門控制器存在問題及解決方法
嘉興電廠二期工程(4×600MW)采用的氣動調節閥分為進口和國產兩部分，其中重要部位使用進口產品，由設計院提供參數，中標廠家負責閥門配置設計。通過招標，工程大部分進口氣動調節閥采用Fisher的產品，控制器中的閥門定位器配置有兩種，其中薄膜式的調節閥采用Fisher自己的3582型定位器加546型電氣轉換器構成閥門控制器，氣缸式的調節閥采用3620型定位器（已包含I/P電氣轉換器），而送至DCS的4～20mA閥位反饋信號采用單獨的一套閥位反饋測量裝置。典型的連接如示意圖1。

圖1 氣動調節閥連接示意圖

氣動調節閥門基本動作過程為：調節閥工作氣源參照執行機構出廠時規定的動作要求進行調節，一般在0.25～0.4MPa。控制器接收4～20mA信號，輸出氣壓經電磁閥或直接進入氣缸（上氣缸或下氣缸），控制閥門的開度。由于Fisher閥門配套的部分定位器都屬于傳統的機械式定位器，定位器本身不能提供4～20mA閥位反饋信號。這樣，一只調節閥就得配置兩套機械的閥位測量裝置，一套提供給定位器以完成閥門本身的閉環負反饋控制，另一套提供給閥位反饋器以轉換成4～20mA閥位信號送至DCS或其它計算機系統。另外，有部分國產氣動調節閥使用的定位器，也是采用機械式的定位器，配置情況和fisher閥門類似。值得注意的是，雖然閥位信號并不直接參與液位、溫度、壓力等過程參數的調節控制，但卻是運行人員或工程師判斷閥門開度的唯一直觀信號，也影響對模擬量控制系統中調節器參數的整定，因此閥位反饋信號的精度是一個很重要閥門性能指標。
在機組的調試、試運過程中，部分氣動調節閥門普遍存在閥位反饋測量不準和故障率偏高的問題，反饋和指令的最大偏差達到15%（正常要求<3%），是閥門定位器不準還是反饋測量不準確難以判斷，給調節系統的參數整定增加了難度。尤其是在管道振動較大的時，這種情況就更為突出。在現有設備通過常規調整無法見效的情況下，我們對存在問題的進行了分析研究，發現問題主要出在閥門控制器上，提出了對閥門控制器進行改造，決定采用數字智能型的閥門控制器。數字型控制器相對傳統的機械式閥門定位器具有以下優點：（1）受管道振動的影響小，可以提高測量精度。 （2）定位器本身可以提供模擬量的反饋輸出，省去一套單獨的閥位測量轉換裝置，消除了原先兩套機械式閥位測量本身存在的不可避免的誤差。（3）采用一體化結構，包含了電器轉換器、定位器及反饋測量裝置，結構簡單，便于閥門的調試和維護。 （4）由于采用的是基于微處理器的集成電子技術，使得采用非接觸式的閥位測量成為可能，在振動大的管路上，定位器和調節閥可以分體安裝，大大提高調節閥精度。（5）智能式定位器的閥門出現故障時，在排除氣源、電源和連接部分的故障外，如果閥門沒有出現卡澀現象，一般只要重新走一遍自動調整程序，閥門就能正常工作。（6）數字型控制器采用通信方式可以提供許多閥門本身的信息，為以后對設備采用信息化管理提供了基礎。 基于上述優點，我們對調節特性差或閥位測量不準的進口和國產調節閥進行了改造，重點是凝結水系統的水位調節閥和工況比較惡劣的凝泵再循環閥等閥門。拆除原有的定位器和閥位反饋裝置，替換上西門子SIPARTPS2型智能控制器，改造工作只要通過更換控制器固定連接板和重新配制氣源管路就可完成。從改造后的使用情況來看，閥門的調節特性和精度有了明顯的改善，輸出的閥位信號和調節指令偏差也能控制在3%以內，而且現場調試簡單方便，運行后未出現故障情況，改造取得很成功。

 2.數字智能型控制器的基本功能及應用探討
智能型定位器主要有閥位傳感器線路板、主板、I/P轉換器、氣動放大器等部件組成，它的工作原理是定位器接收一個4～20mA的輸入信號，與閥位反饋系統檢測到的閥位信號進行比較，微處理器采用控制算法進行計算產生一個電信號給I/P轉換器，I/P轉換器把電信號轉換成氣動信號給氣動放大器，經放大后產生較大壓力的輸出信號驅動執行機構動作，直至閥門到達給定值對應位置。因此定位器的工作過程實際上是一個負反饋的閉環控制過程，定位器輸出的閥位信號也是來自于處理器進行比較的閥位信號，如圖2所示。

圖2 閥門定位器工作原理圖

一般的智能型定位器通過通訊的方式可以進行在線或離線組態，可以方便地完成氣動放大器的調整、行程校驗、性能優化整定、供氣壓力和輸出壓力傳感器校驗、行程傳感器調整等調試步驟，為用戶提供閥門行程、行程偏差、動作次數累計以及驅動電流、氣源氣壓等信息，通過設置可以提供這些參數的報警信號。有了這些信息，運行和維護人員可以在控制室監控閥門的工作狀態和判斷閥門的故障部件，比如是否有取壓管路堵塞以及零位飄移等，大大減少了現場的巡檢和維護工作。目前在DCS或其他監控和保護系統中，往往只采集了部分監控參數，對反映其“健康狀態”的大量信息，尚未進行監控和處理。因此，與傳統的模擬定位器相比，智能型定位器在調試、運行、維護和管理等方面都有明顯的優勢。
目前，比較常用的智能數字型定位器有SIEMENS的SIPARTPS2系列、FISHER的DVC2000和DVC6000系列以及ABB的系列產品，根據氣動調節閥的大小、流量特性以及使用環境來選擇具體的型號。相對來講SIEMENS的SIPARTPS2系列適用的閥門行程范圍較廣，抗振性好，也有可采用和閥門分體安裝的型號，但不能提供限位開關接點輸出。FISHER的DVC2000適用的閥門行程較小，采用感應式非接觸閥位檢測系統，可和閥門分體安裝，可配置限位開關和閥位變送器。DVC6000適用的閥門行程范圍大，采用機械連桿的閥位檢測系統，不能和閥門分體安裝，值得注意的是DVC6000沒有閥位反饋輸出端子，不能直接輸出4～20mA的閥位信號，但可以使用專用的信號轉換器(采用HART通訊協議)通過提供閥門調節指令的電纜分離出閥位反饋信號，如圖3所示。

圖3 信號轉換器通訊線路連接

我們在4號機軸封調節閥中進行了嘗試。閥位反饋信號通過HART通訊協議從FISHER閥門的DVC6000定位器中取得，只需要在DCS的I/O端子柜中加裝一只信號轉換器，通過連線把反饋信號送到DCS的I/O通道。經過幾個月的運行試驗，閥門的反饋信號穩定、精度高，可以推廣使用。如果把具有HART通訊協議的智能數字型定位器同具有HART通訊協議DCS的I/O通道連接起來，反饋信號直接可以從指令信號中讀取，這樣可以節省一根就地信號反饋電纜，大大減少電纜的數量。為了提高電廠的自動化水平，建議在工程的設計、DCS和閥門等設備的招標過程中考慮這些因素。

3.結束語
相對傳統的機械式氣動調節閥控制器，智能型控制器在克服閥門回差、調節精度和調試的方便性等方面具有明顯的優勢，更為重要的是它能夠滿足自動化技術發展的需要，也能滿足現場總線技術的要求。目前，電廠控制系統設計時對氣動調節閥的要求就是根據閥位給定信號來調節閥門開度，并提供一個閥位反饋信號。但隨著電廠綜合自動化水平的提高，以及運行和維護人員的減少，必然要求設備能提供更多的實時生產過程數據和設備的運行狀態信息，比如自動累計閥門行程和開關次數并報警，進行開度階躍測試；生成動態誤差帶，判斷閥門閥桿是否卡澀，閥芯是否有磨損，開度是否到位；氣動執行器是否泄漏等。通過比較閥門安裝時和運行一段時間后的特性曲線，可全面評估閥門的性能狀況，從而實現預測性維護，大大減少不必要的閥門拆卸工作量，這些功能只能使用數字型的儀表才能實現。從目前的生產實際以及現有的技術水平來看，適當增加投資，選用智能型數字氣動調節閥控制器具有現實和面向未來的雙重意義。

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