智能閥門定位器在石油化工裝置自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

    在石油化工裝置自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥的選用對(duì)精度而言至關(guān)重要，它的使用情況影響到產(chǎn)品質(zhì)量，并關(guān)系到裝置安全生產(chǎn)。獨(dú)山子乙烯廠各裝置使用的調(diào)節(jié)閥包括各個(gè)廠家多種類型的產(chǎn)品。但絕大多數(shù)調(diào)節(jié)閥安裝的是普通類型閥門定位器?，F(xiàn)在獨(dú)山子乙烯廠使用了美國(guó)FISHER-ROSEMOUNT公司生產(chǎn)的FIELDVUE智能閥門定位器，經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行，與普通閥門定位器的性能、使用情況、性能價(jià)格比等方面進(jìn)行了比較。

    1 FIELDVUE智能閥門定位器的工作原理和特性

    1.1 智能定位器原理

    FIELDVUE系列數(shù)字式閥門控制器有一個(gè)獨(dú)立的模塊基座，它可以很方便地在現(xiàn)場(chǎng)更換而不必拆現(xiàn)場(chǎng)的導(dǎo)線或?qū)Ч?。這個(gè)模塊基座包括一些子模塊：I/P轉(zhuǎn)換器；PWB（印刷電路板）組件；氣動(dòng)中繼器；指示表。模塊基座可以通過(guò)換子模塊而重新組合。

    IELDVUE系列數(shù)字式閥門控制器通過(guò)進(jìn)入端子盒的一對(duì)雙絞線接受輸入信號(hào)和電能，輸入信號(hào)同時(shí)到PWB組件子模塊，在那里它被附加許多參數(shù)，例如多段折線性化中的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，極限值和其他數(shù)值。然后PWB組件子模塊送信號(hào)給I/P轉(zhuǎn)換器子模塊。I/P轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變輸入信號(hào)成為氣壓信號(hào)。該氣壓信號(hào)送到氣動(dòng)中繼器，加以放大并作為輸出信號(hào)送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該輸出信號(hào)也可以被安置在PWB組件子模塊上的壓力敏感元件所感受。用于閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的診斷信息。閥門和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥桿位置當(dāng)作輸入信號(hào)引入PWB子模塊，用作數(shù)字式閥門控制器的反饋信號(hào)，數(shù)字式閥門控制器上也可以配備指示表，指示氣源壓力和輸出壓力。

    1.2 智能閥門定位器的智能特性

    1.2.1 實(shí)時(shí)信息控制、提高安全性和減少開支

    1）改善控制：雙向數(shù)字通訊把閥門當(dāng)前情況的信息帶給你，你可以依靠閥門工作信息有根據(jù)地對(duì)過(guò)程控制進(jìn)行管理決定，確保及時(shí)控制。
    2）提高安全性：可以從現(xiàn)場(chǎng)接線盒、端子板或在控制室這樣的安全地區(qū)使用手操器、PC機(jī)或系統(tǒng)工作站選取信息，將你面對(duì)危險(xiǎn)環(huán)境的機(jī)會(huì)減到zui小，并且不必親臨現(xiàn)場(chǎng)。
    3）保護(hù)環(huán)境：可以把閥門泄漏檢測(cè)儀或限位開關(guān)接到智能數(shù)字式閥門控制器的輔助端子，免得額外增加現(xiàn)場(chǎng)布線，若發(fā)生超限該儀表將會(huì)報(bào)警。
    4）節(jié)省硬件開支：當(dāng)FIELDVUE系列數(shù)字式閥門定位器用在集成系統(tǒng)時(shí)，由于FIELDVUE數(shù)字式閥門控制器替代調(diào)節(jié)器可以節(jié)省硬件和安裝費(fèi)用。FIELDVUE系列數(shù)字式閥門控制器使布線投資、端子和I/O需求投資節(jié)省50%。同時(shí)FIELDVUE儀表采用二線制供電，不要求單獨(dú)而價(jià)高的供電導(dǎo)線。它們替換掉現(xiàn)有的配裝于閥門的模擬儀表，節(jié)省了單獨(dú)敷設(shè)電源線和信號(hào)線的高額費(fèi)用。

    1.2.2 結(jié)構(gòu)可靠和HART信息

    1）結(jié)構(gòu)經(jīng)久耐用：全密封結(jié)構(gòu)阻止了震動(dòng)、溫度和腐蝕性環(huán)境對(duì)它的影響，獨(dú)立的防風(fēng)雨現(xiàn)場(chǎng)接線盒把現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)線接點(diǎn)和儀表其他部分隔離開。
    2）加快開工準(zhǔn)備步驟：數(shù)字式閥門控制器的雙向通訊能力使你可以通過(guò)遠(yuǎn)程識(shí)別每臺(tái)儀表，檢驗(yàn)它的校準(zhǔn)情況，查閱對(duì)比以前存儲(chǔ)的維修記錄及其他更多信息，達(dá)到盡快啟動(dòng)回路的目的。
    3）便于選取信息：FIELDVUE數(shù)字式閥門定位器和變送器應(yīng)用HART通訊協(xié)議可以方便地選取現(xiàn)場(chǎng)信息。如實(shí)地看到控制過(guò)程的基礎(chǔ)——控制閥本身——在閥門或現(xiàn)場(chǎng)接線盒上借助于手持通訊器，在DCS控制室借助于個(gè)人計(jì)算機(jī)或操作員的控制臺(tái)。   

    采用HART協(xié)議也意味著FIELDVUE儀表可以組合在集成系統(tǒng)之內(nèi)，或作為自成一體的控制設(shè)備來(lái)用。這種多方面的適應(yīng)性，使得無(wú)論現(xiàn)在或?qū)?lái)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作更為方便容易。

    1.2.3 自診斷與控制能力

    1）現(xiàn)場(chǎng)總線的通信

    所有DVC5000f數(shù)字式閥門控制器都包含現(xiàn)場(chǎng)總線通訊能力，包括A0功能塊及下列診斷：
    a）關(guān)鍵閥門使用跟蹤參數(shù)；
    b）儀表健康狀態(tài)參數(shù)；
    c）預(yù)定格式閥門性能階躍維護(hù)測(cè)試。

    關(guān)鍵閥門使用跟蹤參數(shù)可監(jiān)控閥桿的總行程（行程累積）及閥桿行程轉(zhuǎn)向（周期）的次數(shù)。如果儀表的內(nèi)存、處理器或檢測(cè)器有任何問(wèn)題，則儀表的健康狀態(tài)參數(shù)報(bào)警。一旦有問(wèn)題發(fā)生，可確定該儀表將如何對(duì)該問(wèn)題作出反應(yīng)。假如，若壓力檢測(cè)器有故障時(shí)，儀表是否應(yīng)當(dāng)關(guān)閉？也可選擇哪一個(gè)元件出毛病將引起儀表關(guān)閉（是否問(wèn)題嚴(yán)重，足以引起關(guān)閉）。這些參數(shù)指示以報(bào)警形式報(bào)告。監(jiān)控性報(bào)警可以提供有關(guān)有問(wèn)題的儀表、閥門或過(guò)程的瞬間指示。

    2）標(biāo)準(zhǔn)控制與診斷

    所有DVC5000f數(shù)字式閥門控制器都包含標(biāo)準(zhǔn)的控制與診斷。標(biāo)準(zhǔn)控制包括A0與PID功能塊。標(biāo)準(zhǔn)診斷包括下列診斷測(cè)試：a）動(dòng)態(tài)誤差帶；b）驅(qū)動(dòng)信號(hào)；c）輸出信號(hào)。

    動(dòng)態(tài)誤差帶、驅(qū)動(dòng)信號(hào)及輸出信號(hào)是動(dòng)態(tài)掃描測(cè)試。這些測(cè)試是在被控制的速度下轉(zhuǎn)變傳送器塊（伺服機(jī)構(gòu)）的設(shè)定點(diǎn)并繪出閥門的操作以確定閥門的動(dòng)態(tài)性能。例如，動(dòng)態(tài)誤差帶測(cè)試是滯后與死區(qū)加“回轉(zhuǎn)”。滯后與死區(qū)是靜態(tài)的質(zhì)量。然而由于閥門是在運(yùn)動(dòng)著的，就帶來(lái)了動(dòng)態(tài)誤差和“回轉(zhuǎn)”誤差。動(dòng)態(tài)掃描測(cè)試給出了較好的指示，即閥門在過(guò)程條件下將如何操作，那將是動(dòng)態(tài)而不是靜態(tài)。在個(gè)人計(jì)算機(jī)上運(yùn)行ValveLink軟件可完成標(biāo)準(zhǔn)與*診斷測(cè)試。

    3）*診斷

    具有*診斷的儀表可完成標(biāo)準(zhǔn)診斷所包含的動(dòng)態(tài)掃描測(cè)試內(nèi)容加上第4個(gè)動(dòng)態(tài)掃描測(cè)試，即閥門特征測(cè)試以及4個(gè)階躍診斷測(cè)試。閥門特征測(cè)試可讓您確定閥門/執(zhí)行機(jī)構(gòu)的摩擦力、臺(tái)架測(cè)試壓力信號(hào)范圍、彈簧剛度及閥座關(guān)閉力。

    4）過(guò)程總線

    費(fèi)希爾控制設(shè)備性能服務(wù)部門可使用具備過(guò)程診斷能力的儀表來(lái)評(píng)估閥門、過(guò)程及變送器而基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線控制回路仍處于自動(dòng)狀態(tài)，而且過(guò)程繼續(xù)生產(chǎn)產(chǎn)品。利用過(guò)程診斷，性能服務(wù)部門將能夠識(shí)別與找出哪一個(gè)過(guò)程的組成單元有可能今天引起質(zhì)量問(wèn)題。盡管過(guò)程診斷需要啟動(dòng)運(yùn)行，其終點(diǎn)卻是要由過(guò)程或操作員干預(yù)才能確定的。過(guò)程診斷可同時(shí)在多個(gè)閥門上進(jìn)行。

    2 應(yīng)用和維護(hù)

    2.1 應(yīng)用

    FIELDVUE智能閥門定位器于1998年4月安裝使用于裂解和乙二醇裝置共16臺(tái)。主要用于更換一些重要控制點(diǎn)的回路場(chǎng)合。如裂解爐的進(jìn)料流量閥和乙二醇環(huán)氧反應(yīng)器的進(jìn)料流量閥的控制。

    我們使用手操器對(duì)其進(jìn)行了組態(tài)和校驗(yàn)，其線性度可達(dá)99%，零點(diǎn)和量程及回差均可以控制在精度要求的范圍之內(nèi)，控制極其穩(wěn)定且抗干擾的能力也特別強(qiáng)，*工藝控制的要求。

    2.2 維護(hù)

    FIELDVUE定位器維護(hù)量極少，基本上無(wú)需維護(hù)。其現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性特強(qiáng)。但為了保證長(zhǎng)期、穩(wěn)定地運(yùn)行，儀表人員應(yīng)作好以下幾個(gè)方面的工作。

    1）為保證其良好的工作環(huán)境，防止意外損壞，應(yīng)定期檢查定位器周圍的工作環(huán)境。同時(shí)保證其工作氣源的穩(wěn)定和潔凈，減少外界因素造成的儀表波動(dòng)和故障。
    2）儀表人員應(yīng)每周檢查閥門和定位器的泄露和工作情況，及時(shí)消除隱患。每月使用手操器對(duì)定位器進(jìn)行特性曲線檢查，檢查零點(diǎn)、量程、線性和回差等參數(shù)，并對(duì)其優(yōu)化和調(diào)整，保證其工作質(zhì)量。
    3）定期對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行檢修和維護(hù)，確保閥門工作質(zhì)量。同時(shí)對(duì)DCS調(diào)節(jié)控制回路參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以確保與定位器互相工作的協(xié)調(diào)性和穩(wěn)定性。
    4）由于DCS方面和其它原因，其現(xiàn)場(chǎng)總線和軟件功能我們沒有*得到開發(fā)和利用，對(duì)智能維護(hù)和診斷功能無(wú)法*使用，但還是大大減輕了日常維護(hù)量。

    通過(guò)近兩年在化工裝置的使用效果來(lái)看，智能型閥門控制器性能穩(wěn)定、調(diào)校方便；能實(shí)現(xiàn)與DCS的直接通訊，并具備自診斷功能，維修簡(jiǎn)單；可移植到現(xiàn)場(chǎng)總線，代表當(dāng)今儀表技術(shù)發(fā)展的方向。進(jìn)一步開發(fā)和使用其軟件功能是我們今后努力的目標(biāo)方向。