（中國石化中原油田天然氣處理廠(chǎng)， 河南 濮陽(yáng) 457162）吉紅軍，崔文鵬，許桂琴，羅海濱，付崗
                            
    吉紅軍（1978-）男，河南南樂(lè )人，大學(xué)本科，工程師，主要從事天然氣處理項目開(kāi)發(fā)與技術(shù)改造中自動(dòng)化儀表的應用工作。

    摘要：本文就1200型智能定位器使用中出現的一些問(wèn)題進(jìn)行分析，利用現有條件總結出一套完整的修校方法并進(jìn)行應用，收到了良好的效果，降低了成本，縮短了設備的修復時(shí)間。
    關(guān)鍵詞：智能定位器；修校；LED指示器

    Abstract: This article analyzes the problems of using 1200 intelligent positioner,and summarizes a complete set of methods for repairing and calibration by making use of the existing conditions.It has achieved satisfied result, reduced the costs and shortened the time to repair the equipment.

    Key words: Intelligent positioner; repair and calibration; LED indicator

    1 前言

    調節閥是控制系統的終端，一旦其發(fā)生故障，將直接影響裝置的安全運行，對生產(chǎn)過(guò)程影響非常大。作為調節閥的大腦，閥門(mén)定位器對整個(gè)控制閥的控制性能和現場(chǎng)功能起著(zhù)決定性的作用。與常規閥門(mén)定位器相比，運用智能閥門(mén)定位器，能夠改善調節閥的流量特性和性能，可以通過(guò)與DCS或總線(xiàn)設備進(jìn)行數字信息通訊，提升企業(yè)生產(chǎn)控制能力，為裝置的安全穩定生產(chǎn)提供保障。

    2 智能定位器出現的問(wèn)題

    中原油田天然氣處理廠(chǎng)擁有中壓、深冷天然氣處理裝置，為了提高裝置的生產(chǎn)控制水平，工藝管段上共采用了數十臺Flowserve公司生產(chǎn)的Valtek調節閥，其閥門(mén)定位器統一使用Logix1000系列1200型智能定位器。

    幾年來(lái)，由于使用環(huán)境和使用年限的影響，調節閥因定位器工作不正常造成了數十次閥門(mén)行程故障，給安全生產(chǎn)帶來(lái)了隱患，影響了該裝置的連續平穩運行。

    通過(guò)反復地檢查、分析，并與Flowserve公司技術(shù)人員的交流，發(fā)現出現這些問(wèn)題的根本原因是由于1200型智能定位器長(cháng)期使用造成器件的損壞、老化或者技術(shù)參數設置不合理，影響了Valtek調節閥的正常工作。這種智能定位器需從美國進(jìn)口，價(jià)格昂貴、到貨周期長(cháng)，如果更換智能定位器，會(huì )從很大程度上影響企業(yè)裝置的正常生產(chǎn)。因此，我們從現有條件出發(fā)來(lái)解決這些問(wèn)題。

    3 問(wèn)題的分析和解決

    3.1 1200型智能定位器的簡(jiǎn)介

    3.1.1 1200型智能定位器的組成

    1200型智能定位器是一種具有HART通信協(xié)議的智能閥門(mén)定位器，由三部分組成：微處理器電子控制的模件，包括HART通信模塊和就地用戶(hù)界面開(kāi)關(guān)；電/氣動(dòng)轉換器模件的壓電閥；閥位傳感器。

    3.1.2 1200型智能定位器的工作原理

    整個(gè)控制回路由兩線(xiàn)、4～20mA信號控制。HART模件送出和接收疊加在4～20mA信號上的數字信息，實(shí)現與微處理器的雙向數字通信。定位器電路見(jiàn)圖1。
                
                                        圖1  定位器電路
    模擬量的4～20mA信號傳給微處理器，與閥位傳感器的反饋進(jìn)行比較，微處理器根據偏差的大小和方向進(jìn)行控制計算（一級控制），向壓電閥發(fā)出電控指令使其進(jìn)行開(kāi)、閉動(dòng)作。壓電閥依據控制指令脈沖的寬度對應于氣動(dòng)放大器輸出壓力的增量，同時(shí)氣動(dòng)放大器的輸出又被反饋給內控制回路，再次與微處理器的運算結果進(jìn)行比較運算（二級控制），通過(guò)兩級控制輸出信號到執行機構，執行機構內空氣壓力的變化控制著(zhù)閥門(mén)行程。當控制偏差很大時(shí)，壓電閥發(fā)出寬幅脈沖信號，使定位器輸出一個(gè)連續信號，大幅度的改變至執行機構的信號壓力驅動(dòng)閥門(mén)快速動(dòng)作；隨著(zhù)閥門(mén)接近要求的位置，命令要求的位置與測得位置的差值變小，壓電閥輸出一個(gè)較小脈寬的脈沖信號，斷續、小幅度的改變至執行機構的信號壓力，使執行機構接近新命令位置的動(dòng)作平緩。當閥門(mén)到達要求的位置（進(jìn)入死區）時(shí)，壓電閥無(wú)脈沖輸出，定位器輸出保持為零，使閥門(mén)穩定在某一位置不動(dòng)。

    3.1.3 1200型智能定位器的性能參數

    兩線(xiàn)制：4～20 mA輸入

    最小起動(dòng)電流：≥3.5 mA

    最小工作電流：≥2.8 mA

    有效電阻20mA下為625Ω

    氣源壓力：75 bf/in2（psi）

    適用電壓：12.0 VDC

    通信：HART協(xié)議

    耗氣量（在60psi壓力下）：0.5 Nm3/hr

    氣源應符合I SA標準S7.3（露點(diǎn)至少比環(huán)境溫度低18℉；固體顆粒應小于5微米；含油量不超過(guò)百萬(wàn)分之一）

    內部調壓器：22.0 bf/in2（psi）

    驅動(dòng)器模件最低壓力：3.8～4.2 bf/in2（psi）

    3.2 1200型智能定位器的修校

    1200型智能定位器裝有三個(gè)LED指示器。這三個(gè)指示器只有一個(gè)LED總在閃亮。每個(gè)LED都有各自的顏色，傳遞定位器狀態(tài)的基本信息。綠色指出定位器運轉正常。黃色指示達到“用戶(hù)定義的限值”或“警告”。紅色指出存在錯誤工況。HART 手持式通信器或ValTalk 微機軟件可用來(lái)確定黃色或紅色LED狀態(tài)的具體原因。

    在行程中或執行機構校準時(shí)，LED都不閃亮。完成校準后，綠色LED閃亮，說(shuō)明校準正確。如果校準后黃色或紅色LED閃亮，說(shuō)明已探測到警告或錯誤，必須使用HART手持通信器或
ValTalk軟件找出具體的校準錯誤。

    在沒(méi)有HART手持式通信器或ValTalk微機軟件時(shí)，1200型智能定位器的“快速校準”功能可以進(jìn)行行程校準和定位器的基本操作。“快速校準”常規使用氣源整個(gè)壓力范圍，加到定位器的上、下機械限值，從而確定閥門(mén)行程。沒(méi)有機械止擋裝置的閥門(mén)系統必須使用有手持功能的ValTalk 軟件，手動(dòng)校準閥門(mén)。

    通過(guò)觀(guān)察，中石化中原油田天然氣處理廠(chǎng)中壓、深冷天然氣處理裝置所用的1200型智能定位器出現的故障主要有以下幾種：

    3.2.1 狀態(tài)顯示LED全不閃亮

    三個(gè)LED同時(shí)損壞的可能性很小，考慮可能是控制電流低于3.5毫安或者高于安全限定電流導致定位器電路保護（就是其零點(diǎn)或滿(mǎn)量程信號不符合定位器工作規范），首先利用校驗儀表現場(chǎng)發(fā)送信號來(lái)確定是否為定位器自身的問(wèn)題，再確認是否為調節閥控制回路接線(xiàn)端子虛接或者短路，最后進(jìn)入DCS調節閥信號組態(tài)模塊中將Minimum current與Maximum current 百分比數進(jìn)行調整。

    3.2.2 狀態(tài)顯示黃色LED亮

    這說(shuō)明定位器的組態(tài)設置達到“用戶(hù)定義的限值”或者是“一般狀態(tài)警告”，依次檢查定位器氣源供給壓力大于75psi，氣源減壓過(guò)濾器有無(wú)積液，內部調壓器連接軟管有無(wú)積液，柱形閥蓋疏水層是否潮濕，如果有可以用普通的電吹風(fēng)進(jìn)行人工干燥；干燥后故障沒(méi)有排除，則使用HART手持通信器依次漸變修改定位器的限值設置。

    3.2.3 狀態(tài)顯示紅色LED亮

    主要是定位器重要的硬件故障造成的，分別主要表現為：

    （1）按下定位器“快速校準”按鈕，調節閥雖然動(dòng)作，但是行程與給定值差別大，應考慮可能是位置傳感器/連桿機構出現了問(wèn)題。

    首先要判斷是否為連桿機構的問(wèn)題，要確定閥桿夾和移出臂高度，然后調整系桿和隨動(dòng)臂的松緊和長(cháng)短，稍松鎖緊螺母，慢慢扭動(dòng)系桿隨動(dòng)銷(xiāo)，反復試驗，直到行程正常，扭緊螺母固定隨動(dòng)銷(xiāo)。

    如果是位置傳感器出現故障，要首先斷開(kāi)單元的電源和氣源，卸下主蓋，斷開(kāi)旋轉位置傳感器到采集板的接線(xiàn)，卸下旋轉位置傳感器的兩個(gè)螺釘，然后從殼上卸下傳感器，緩慢轉動(dòng)位置傳感器的軸，使開(kāi)槽處的點(diǎn)與盒中的接線(xiàn)方向相同，仔細把位置傳感器的中心置于反饋軸的孔中心，使接線(xiàn)指向定位器主電路板組件，然后半鎖緊反饋傳感器安裝螺釘，順時(shí)針?lè )较蚝湍鏁r(shí)針?lè )较蚓徛倭哭D動(dòng)閥桿位置傳感器，同時(shí)查看LED指示器，如果黃色LED開(kāi)始閃動(dòng)，說(shuō)明反饋傳感器已經(jīng)正常工作，反饋傳感器故障現象排除，這時(shí)就可以重新復原采集板的接線(xiàn)，按下定位器“快速校準”按鈕，故障現象消失。如圖2所示。
                           
                                         圖2  閥桿位置傳感器的調節
    （2）按下定位器“快速校準”按鈕，調節閥雖然動(dòng)作，但是只能完成單行程或者行程到位后并不能保持，且發(fā)現柱形閥部分柱形口變形；或柱形閥表面涂料脫落；或者柱形閥氣室內有顆粒物，這種現象說(shuō)明柱形閥在柱形閥托架內密封出現問(wèn)題，導致氣源氣泄漏和氣路1路2路互串，這種情況取下?lián)p壞的定位器氣源驅動(dòng)器組件，從其它已損壞不能修復的定位器取出氣源驅動(dòng)器組件進(jìn)行更換，故障解決。如圖3所示。
                            
                                              圖3  校準按鈕和內部調壓器
    （3）按“快速校準”按鈕之后，執行機構不動(dòng)作，可能是內部調壓器壓力或驅動(dòng)器模件最低壓力偏低。將定位器內部調壓器壓力設定孔通過(guò)軟管連接到測量范圍為0～30psi 的FLUKE壓力模塊上，FLUKE壓力模塊又與校驗儀相連，通過(guò)FLUKE多功能校驗儀不斷讀數來(lái)調整轉動(dòng)內部調壓器設定旋紐，使其達到內部調壓器所需要的22psi。在內部調壓器滿(mǎn)足條件的情況下，將測量范圍0～30psi 的FLUKE壓力模塊接口連接至最低壓力測試孔上，不斷轉動(dòng)驅動(dòng)器模件底上的最低壓力設定螺釘，使FLUKE多功能校驗儀所顯示的數值達到3.8～4.2psi，然后恢復定位器內各連接接管，通電重新校準，故障排除。如圖3所示。
                      
                                      圖4  驅動(dòng)器模件
    4 1200型智能定位器使用中應注意的問(wèn)題

    4.1 對調節信號的帶負載能力有較高的要求

    實(shí)際使用過(guò)程中，由于1200型智能定位器的輸入阻抗較高，當輸入信號為20mA時(shí)，供電電壓的最小要求值為12VDC、帶負荷能力不小于625Ω，否則定位器不能正常工作；最小輸入電流不小于3.5mA時(shí)，才能確保其性能。

    4.2 應合理設置定位器的動(dòng)作死區

    定位器死區設置越小，定位精度越高，這就給人們造成一個(gè)誤區，以為死區越小越好，但這樣會(huì )使壓電閥及反饋桿等運動(dòng)部件的動(dòng)作越頻繁，有時(shí)會(huì )引起閥門(mén)振蕩，影響定位器和閥門(mén)的使用壽命，故定位器的死區設置不易過(guò)??；定位器設置更改后，必須重新調校后才能生效。

    4.3 1200型智能定位器的安裝

    定位器的安裝有一個(gè)重要原則就是，定位器、閥桿、反饋桿三部分要構成閉環(huán)負反饋。安裝時(shí)可以這樣檢驗：定位器安裝后，閥桿和反饋桿不連接，用手轉動(dòng)反饋桿，若閥桿動(dòng)作方向與反饋桿動(dòng)作方向相反，則說(shuō)明已構成閉環(huán)負反饋；此時(shí)要將調節閥閥位置于50％，并使反饋桿處于水平位置，然后將反饋桿和閥桿固定，這樣可以保證定位器工作在最佳線(xiàn)性段。定位器安裝不平正，也會(huì )增加其線(xiàn)性偏差。

    4.4 1200型智能定位器流量特性的選擇

    調節閥的流量特性是由閥芯的加工特性所決定的，如果工藝要求與其相符，則定位器的輸出特性應選擇線(xiàn)性輸出；在實(shí)際使用中，若閥芯特性與工藝要求不符，則可以通過(guò)定位器輸出特性的設置來(lái)改變閥門(mén)的整體流量特性，如可以將閥芯為線(xiàn)性特性的調節閥，通過(guò)把定位器輸出特性設置為等百分比特性，即可將具有線(xiàn)性閥芯的閥門(mén)變?yōu)榈劝俜直攘髁刻匦缘拈y門(mén)來(lái)使用。

    5 總結

    通過(guò)對1200型智能定位器的修校，筆者發(fā)現這種方法不但能夠降低成本，而且大大縮短了故障修復時(shí)間，為企業(yè)的連續正常生產(chǎn)奠定了基礎。另外，這種方法的還有以下優(yōu)點(diǎn)：

    （1）不需要新增故障檢測軟、硬件，完全利用現有的檢測儀器（如FLUKE多功能校驗儀、壓力模塊、HART手操器、手壓泵等）就完成了故障的認定和修復。

    （2）通過(guò)對故障現象的分析、確認，將故障細化分類(lèi)，只需進(jìn)口少量的內部控制元件，大大降低了設備維護成本。

    （3）在經(jīng)驗累積的過(guò)程中，發(fā)現每一個(gè)調節閥控制變化和整個(gè)工況實(shí)時(shí)運行狀況有其密不可分的聯(lián)系。因此在不同工況下通過(guò)調整DCS閥門(mén)開(kāi)關(guān)限值、PID控制參數和定位器的性能參數設定就可以降低定位器運行故障率，提高調節閥和定位器的使用年限。

    其他作者：崔文鵬（1982-），男，山東鄄城人，大學(xué)本科，助理工程師，主要從事天然氣處理裝置的自動(dòng)化儀表應用工作；

    許桂琴（1982-），女，山東菏澤人，大學(xué)本科，助理工程師，主要從事天然氣處理裝置的自動(dòng)化儀表應用工作；

    羅海濱（1983-），男，四川大邑人，大學(xué)本科，助理工程師，主要從事天然氣處理裝置的自動(dòng)化儀表應用工作；

    付崗（1982-），女，遼寧凌海人，大學(xué)本科，助理工程師，主要從事天然氣處理項目開(kāi)發(fā)與技術(shù)改造中自動(dòng)化儀表的應用工作。

    參考文獻：

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    [3] 解懷仁. 智能型電氣閥門(mén)定位器[D]. 北京: 中石化規劃院. 

    摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第十期