智能閥門定位器在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用探討

本文結(jié)合在南通醋酸纖維有限公司三期醋片工程中150臺  FISHER 的智能閥門定位器的成功應(yīng)用和筆者收集到的相關(guān)公司的產(chǎn)品資料，探討智能化的（模擬量信號疊加數(shù)字量信號，如4~20mA+HART）閥門定位器的如下幾個問題。

    1、何謂智能閥門定位器

    智能閥門定位器的定義還沒有確切的說法，根據(jù)筆者對目前世界上一些有影響的產(chǎn)品的了解，可以作如下理解：智能閥門定位器是基于微處理器的，通過雙向遠(yuǎn)程通訊，可選擇地實(shí)現(xiàn)組態(tài)、調(diào)試、診斷和數(shù)據(jù)管理等功能的數(shù)字式閥門定位器。

    2、智能閥門定位器與常規(guī)電/氣閥門定位器的比較

    2.1 性能

    智能閥門定位器作為新一代產(chǎn)品，比起常規(guī)電/氣閥門定位器肯定有很多改進(jìn)。如果從閥門定位器的性能來分析，智能閥門定位器在控制精度、管理系統(tǒng)獲得的信息量和遠(yuǎn)距離操作功能等方面占有較大優(yōu)勢。見表1。

表1  閥門定位器性能比較 

    AMS: ASSET  MANAGEMENT  SOLUTIONS

    2.2 軟件功能

    與常規(guī)的定位器比較，智能閥門定位器可具有豐富的軟件功能。如：定位器啟動后，自動調(diào)整零點(diǎn)和滿量程、自動檢測執(zhí)行器或氣動系統(tǒng)中的誤差信號、選擇操作方向、組態(tài)需要的閥門特性、在運(yùn)行中修改調(diào)節(jié)參數(shù)、監(jiān)察和自診斷、故障報警、軟限位開關(guān)和位置指示、閥門的全行程自校。的軟件功能還可查看閥門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)特性、動態(tài)偏差、階躍響應(yīng)等信息。另外，閥門的工況也可在其上反映出來。借助這些信息，可以快速準(zhǔn)確地判斷和處理故障，通過應(yīng)用軟件建立閥門操作狀況的圖表，從閥門狀況的變化趨勢進(jìn)一步建立例行保養(yǎng)制度，確定維修的內(nèi)容和周期。如FISHER的智能閥門定位器配上軟件VAVELINK后，具有了動態(tài)診斷功能：將閥門的機(jī)械性能指標(biāo)與控制系統(tǒng)的指標(biāo)結(jié)合起來，判斷閥門的損壞情況，見圖1： 

                                
圖1  軟件的診斷功能示例

    常規(guī)電/氣閥門定位器一般功能差不多，而由于智能閥門定位器主要由軟件實(shí)現(xiàn)各種功能，不同制造商的、或同一制造商的不同型號的智能閥門定位器的軟件功能差別會很大。故在設(shè)計選型中必須根據(jù)需要、控制系統(tǒng)的適應(yīng)性、價格及技術(shù)力量綜合考慮。如：

    ISHER的智能閥門定位器DVC系列，針對不同用途，有不同型號可選擇：
    DVC—AC：可用FISHER—ROSEMOUNT 的275手操器進(jìn)行組態(tài)、調(diào)試，但非雙向通訊。也可與其它品牌的調(diào)節(jié)閥兼容。
    DVC—HC：標(biāo)準(zhǔn)型
    DVC—SD：帶標(biāo)準(zhǔn)診斷
    DVC—AD：具有診斷功能
    DVC—F：用于現(xiàn)場總線，不疊加模擬信號

    2.3 輸入阻抗

    常規(guī)電/氣閥門定位器的輸入阻抗一般為250Ω，而智能閥門定位器的輸入阻抗均大于250Ω。只是各個品牌的阻抗不一樣，且表達(dá)方式也不同。阻抗增大，系統(tǒng)運(yùn)行受影響，這是智能閥門定位器的一個新的應(yīng)用問題。如處理不好，就會與系統(tǒng)不匹配，故該問題應(yīng)向制造商了解情況。在南通醋酸纖維有限公司三期工程的調(diào)試中，曾出現(xiàn)過控制系統(tǒng)的卡件帶不動智能閥門定位器的情況，使FISHER—ROSEMOUNT 的設(shè)備管理系統(tǒng)AMS 無法與智能閥門定位器相互通訊。解決的辦法是：在控制系統(tǒng)的卡件與智能閥門定位器之間加裝一個智能中繼（SMART REPEATER），以增加控制系統(tǒng)的帶負(fù)載能力。這樣，終于成功地將所有調(diào)節(jié)閥的信息引入了AMS系統(tǒng)。其連接見圖2。

圖2   智能中繼連接圖

    下面表2列出一些的智能閥門定位器的輸入阻抗（按原樣本的方法標(biāo)注）。 

表2  智能閥門定位器的輸入阻抗

    2.4 價格

    智能閥門定位器由于軟件功能差異很大，硬件配置也有不同，不僅不同品牌的產(chǎn)品價格不同，而且同一品牌的不同型號的產(chǎn)品價格也不一樣。目前，一般功能少的智能閥門定位器的價格與常規(guī)的相當(dāng)或高20%，而具有診斷及閥位反饋功能的智能閥門定位器的價格比常規(guī)的高一倍左右。通常功能少的價格低，功能多的價格高，因此不能簡單比價，而要結(jié)合具體功能。

    3、智能閥門定位器的模擬量和數(shù)字量信號分別如何接入二個接收系統(tǒng)

    智能閥門定位器的輸入信號同線傳送模擬信號4~20Mat 數(shù)字信號，如HART。二種信號如何分別取出，一個接入接收模擬信號的系統(tǒng)，另一個接入接收數(shù)字信號的系統(tǒng)，這是智能閥門定位器在工程設(shè)計中一個需確切解決的新問題。在南通醋酸纖維有限公司醋片裝置三期工程中，智能閥門定位器的信號同時送給SIEMENS 公司的過程控制系統(tǒng)工程PCS 和FISHER—ROSEMOUNT 公司的設(shè)備管理系統(tǒng)工程AMS 。采用的接線方法如圖3。 

    圖中PCS對智能閥門定位器接收而且只接收其4~20mA模擬信號，而AMS 接收而且只接收其HART 數(shù)字信號，雖然二路分別接PCS 和AMS 的信號仍都是4~20mADC疊加高頻數(shù)字信號HART，但兩者相互獨(dú)立，HART 信號不影響PCS 對模擬信號的接收，模擬信號同樣也不影響AMS 取 HART 信號。

    4、能閥門定位器可具閥位檢測裝置，進(jìn)行閥位反饋

    確切的閥位信號尤其是硬反饋的閥位信號是控制系統(tǒng)的一個重要參數(shù)。智能閥門定位器很多具有閥位檢測裝置以進(jìn)行閥位反饋，但各品牌、各型號的產(chǎn)品又不一樣：有的反饋4~20mA的模擬信號，有的反饋HART 信號，見表3。故設(shè)計時要根據(jù)需要進(jìn)行選擇。

表3 閥位檢測及傳送

    5、閥門定位器智能化是發(fā)展趨勢

    由于智能閥門定位器是基于微處理器的具有通訊能力的電/氣閥門定位器，除了輸入的電流信號轉(zhuǎn)換成輸出壓力信號的基本功能外，還能按照各種通訊協(xié)議（如HART），用通訊器（如FISHER—ROSEMOUNT的275手操器）在現(xiàn)場或控制室內(nèi)靈活進(jìn)行操作，直接設(shè)定或修改組態(tài)參數(shù)，省卻了調(diào)校中的登高作業(yè)；或通過軟件，除了可在控制室內(nèi)進(jìn)行組態(tài)，還可在PC機(jī)上讀取過程控制的大量信息，幫助診斷故障原因。目前，智能閥門定位器的通訊還處于一個過渡階段，即4~20mA模擬信號疊加數(shù)字信號（如HART）和現(xiàn)場總線數(shù)字信號（如FF、PROFIBUS等）并存。由于前者能適應(yīng)多種工況，而其多種價格的不同功能的產(chǎn)品適應(yīng)了廣大用戶的需要，故會在相當(dāng)長一段時間內(nèi)，有其存在的必要。筆者相信，隨著智能閥門定位器的廣泛應(yīng)用，其方便性和對系統(tǒng)的適應(yīng)性將會不斷得到改進(jìn)，而使用智能閥門定位器也將成為一種發(fā)展趨勢。

    附注：

    HART：HIGHWAY  ADDRESSABLE REMOTE TRANSDUCER
    DE：  DIGITAL ENHANCE
    FF：FIELDBUS FOUNDATION
    PROFIBUS：PROCESS FIELD BUS