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

    摘要：本文就1200型智能定位器使用中出現(xiàn)的一些問題進行分析，利用現(xiàn)有條件總結(jié)出一套完整的修校方法并進行應(yīng)用，收到了良好的效果，降低了成本，縮短了設(shè)備的修復(fù)時間。
    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(diào)節(jié)閥是控制系統(tǒng)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)過程影響非常大。作為調(diào)節(jié)閥的大腦，閥門定位器對整個控制閥的控制性能和現(xiàn)場功能起著決定性的作用。與常規(guī)閥門定位器相比，運用智能閥門定位器，能夠改善調(diào)節(jié)閥的流量特性和性能，可以通過與DCS或總線設(shè)備進行數(shù)字信息通訊，提升企業(yè)生產(chǎn)控制能力，為裝置的安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供保障。

    2 智能定位器出現(xiàn)的問題

    中原油田天然氣處理廠擁有中壓、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(shù)十臺Flowserve公司生產(chǎn)的Valtek調(diào)節(jié)閥，其閥門定位器統(tǒng)一使用Logix1000系列1200型智能定位器。

    幾年來，由于使用環(huán)境和使用年限的影響，調(diào)節(jié)閥因定位器工作不正常造成了數(shù)十次閥門行程故障，給安全生產(chǎn)帶來了隱患，影響了該裝置的連續(xù)平穩(wěn)運行。

    通過反復(fù)地檢查、分析，并與Flowserve公司技術(shù)人員的交流，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)這些問題的根本原因是由于1200型智能定位器長期使用造成器件的損壞、老化或者技術(shù)參數(shù)設(shè)置不合理，影響了Valtek調(diào)節(jié)閥的正常工作。這種智能定位器需從美國進口，價格昂貴、到貨周期長，如果更換智能定位器，會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(xiàn)有條件出發(fā)來解決這些問題。

    3 問題的分析和解決

    3.1 1200型智能定位器的簡介

    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界面開關(guān)；電/氣動轉(zhuǎn)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

    整個控制回路由兩線、4～20mA信號控制。HART模件送出和接收疊加在4～20mA信號上的數(shù)字信息，實現(xiàn)與微處理器的雙向數(shù)字通信。定位器電路見圖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行比較，微處理器根據(jù)偏差的大小和方向進行控制計算（一級控制），向壓電閥發(fā)出電控指令使其進行開、閉動作。壓電閥依據(jù)控制指令脈沖的寬度對應(yīng)于氣動放大器輸出壓力的增量，同時氣動放大器的輸出又被反饋給內(nèi)控制回路，再次與微處理器的運算結(jié)果進行比較運算（二級控制），通過兩級控制輸出信號到執(zhí)行機構(gòu)，執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)空氣壓力的變化控制著閥門行程。當控制偏差很大時，壓電閥發(fā)出寬幅脈沖信號，使定位器輸出一個連續(xù)信號，大幅度的改變至執(zhí)行機構(gòu)的信號壓力驅(qū)動閥門快速動作；隨著閥門接近要求的位置，命令要求的位置與測得位置的差值變小，壓電閥輸出一個較小脈寬的脈沖信號，斷續(xù)、小幅度的改變至執(zhí)行機構(gòu)的信號壓力，使執(zhí)行機構(gòu)接近新命令位置的動作平緩。當閥門到達要求的位置（進入死區(qū)）時，壓電閥無脈沖輸出，定位器輸出保持為零，使閥門穩(wěn)定在某一位置不動。

    3.1.3 1200型智能定位器的性能參數(shù)

    兩線制：4～20 mA輸入

    最小起動電流：≥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(yīng)符合I SA標準S7.3（露點至少比環(huán)境溫度低18℉；固體顆粒應(yīng)小于5微米；含油量不超過百萬分之一）

    內(nèi)部調(diào)壓器：22.0 bf/in2（psi）

    驅(qū)動器模件最低壓力：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LED指示器。這三個指示器只有一個LED總在閃亮。每個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(zhuǎn)正常。黃色指示達到“用戶定義的限值”或“警告”。紅色指出存在錯誤工況。HART 手持式通信器或ValTalk 微機軟件可用來確定黃色或紅色LED狀態(tài)的具體原因。

    在行程中或執(zhí)行機構(gòu)校準時，LED都不閃亮。完成校準后，綠色LED閃亮，說明校準正確。如果校準后黃色或紅色LED閃亮，說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。

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

    通過觀察，中石化中原油田天然氣處理廠中壓、深冷天然氣處理裝置所用的1200型智能定位器出現(xiàn)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LED同時損壞的可能性很小，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(dǎo)致定位器電路保護（就是其零點或滿量程信號不符合定位器工作規(guī)范），首先利用校驗儀表現(xiàn)場發(fā)送信號來確定是否為定位器自身的問題，再確認是否為調(diào)節(jié)閥控制回路接線端子虛接或者短路，最后進入DCS調(diào)節(jié)閥信號組態(tài)模塊中將Minimum current與Maximum current 百分比數(shù)進行調(diào)整。

    3.2.2 狀態(tài)顯示黃色LED亮

    這說明定位器的組態(tài)設(shè)置達到“用戶定義的限值”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，氣源減壓過濾器有無積液，內(nèi)部調(diào)壓器連接軟管有無積液，柱形閥蓋疏水層是否潮濕，如果有可以用普通的電吹風進行人工干燥；干燥后故障沒有排除，則使用HART手持通信器依次漸變修改定位器的限值設(shè)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(xiàn)為：

    （1）按下定位器“快速校準”按鈕，調(diào)節(jié)閥雖然動作，但是行程與給定值差別大，應(yīng)考慮可能是位置傳感器/連桿機構(gòu)出現(xiàn)了問題。

    首先要判斷是否為連桿機構(gòu)的問題，要確定閥桿夾和移出臂高度，然后調(diào)整系桿和隨動臂的松緊和長短，稍松鎖緊螺母，慢慢扭動系桿隨動銷，反復(fù)試驗，直到行程正常，扭緊螺母固定隨動銷。

    如果是位置傳感器出現(xiàn)故障，要首先斷開單元的電源和氣源，卸下主蓋，斷開旋轉(zhuǎn)位置傳感器到采集板的接線，卸下旋轉(zhuǎn)位置傳感器的兩個螺釘，然后從殼上卸下傳感器，緩慢轉(zhuǎn)動位置傳感器的軸，使開槽處的點與盒中的接線方向相同，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，順時針方向和逆時針方向緩慢少量轉(zhuǎn)動閥桿位置傳感器，同時查看LED指示器，如果黃色LED開始閃動，說明反饋傳感器已經(jīng)正常工作，反饋傳感器故障現(xiàn)象排除，這時就可以重新復(fù)原采集板的接線，按下定位器“快速校準”按鈕，故障現(xiàn)象消失。如圖2所示。
                           
                                         圖2  閥桿位置傳感器的調(diào)節(jié)
    （2）按下定位器“快速校準”按鈕，調(diào)節(jié)閥雖然動作，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(xiàn)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(nèi)有顆粒物，這種現(xiàn)象說明柱形閥在柱形閥托架內(nèi)密封出現(xiàn)問題，導(dǎo)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(qū)動器組件，從其它已損壞不能修復(fù)的定位器取出氣源驅(qū)動器組件進行更換，故障解決。如圖3所示。
                            
                                              圖3  校準按鈕和內(nèi)部調(diào)壓器
    （3）按“快速校準”按鈕之后，執(zhí)行機構(gòu)不動作，可能是內(nèi)部調(diào)壓器壓力或驅(qū)動器模件最低壓力偏低。將定位器內(nèi)部調(diào)壓器壓力設(shè)定孔通過軟管連接到測量范圍為0～30psi 的FLUKE壓力模塊上，F(xiàn)LUKE壓力模塊又與校驗儀相連，通過FLUKE多功能校驗儀不斷讀數(shù)來調(diào)整轉(zhuǎn)動內(nèi)部調(diào)壓器設(shè)定旋紐，使其達到內(nèi)部調(diào)壓器所需要的22psi。在內(nèi)部調(diào)壓器滿足條件的情況下，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(zhuǎn)動驅(qū)動器模件底上的最低壓力設(shè)定螺釘，使FLUKE多功能校驗儀所顯示的數(shù)值達到3.8～4.2psi，然后恢復(fù)定位器內(nèi)各連接接管，通電重新校準，故障排除。如圖3所示。
                      
                                      圖4  驅(qū)動器模件
    4 1200型智能定位器使用中應(yīng)注意的問題

    4.1 對調(diào)節(jié)信號的帶負載能力有較高的要求

    實際使用過程中，由于1200型智能定位器的輸入阻抗較高，當輸入信號為20mA時，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，才能確保其性能。

    4.2 應(yīng)合理設(shè)置定位器的動作死區(qū)

    定位器死區(qū)設(shè)置越小，定位精度越高，這就給人們造成一個誤區(qū)，以為死區(qū)越小越好，但這樣會使壓電閥及反饋桿等運動部件的動作越頻繁，有時會引起閥門振蕩，影響定位器和閥門的使用壽命，故定位器的死區(qū)設(shè)置不易過小；定位器設(shè)置更改后，必須重新調(diào)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重要原則就是，定位器、閥桿、反饋桿三部分要構(gòu)成閉環(huán)負反饋。安裝時可以這樣檢驗：定位器安裝后，閥桿和反饋桿不連接，用手轉(zhuǎn)動反饋桿，若閥桿動作方向與反饋桿動作方向相反，則說明已構(gòu)成閉環(huán)負反饋；此時要將調(diào)節(jié)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性段。定位器安裝不平正，也會增加其線性偏差。

    4.4 1200型智能定位器流量特性的選擇

    調(diào)節(jié)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(yīng)選擇線性輸出；在實際使用中，若閥芯特性與工藝要求不符，則可以通過定位器輸出特性的設(shè)置來改變閥門的整體流量特性，如可以將閥芯為線性特性的調(diào)節(jié)閥，通過把定位器輸出特性設(shè)置為等百分比特性，即可將具有線性閥芯的閥門變?yōu)榈劝俜直攘髁刻匦缘拈y門來使用。

    5 總結(jié)

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

    （1）不需要新增故障檢測軟、硬件，完全利用現(xiàn)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(fù)。

    （2）通過對故障現(xiàn)象的分析、確認，將故障細化分類，只需進口少量的內(nèi)部控制元件，大大降低了設(shè)備維護成本。

    （3）在經(jīng)驗累積的過程中，發(fā)現(xiàn)每一個調(diào)節(jié)閥控制變化和整個工況實時運行狀況有其密不可分的聯(lián)系。因此在不同工況下通過調(diào)整DCS閥門開關(guān)限值、PID控制參數(shù)和定位器的性能參數(shù)設(shè)定就可以降低定位器運行故障率，提高調(diào)節(jié)閥和定位器的使用年限。

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

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

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

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

    參考文獻：

    [1] 美國FLOWSERVE公司. Logix1200閥門定位器操作手冊[Z].

    [2] 吳國熙. 調(diào)節(jié)閥使用與維修[M]. 化學工業(yè)出版社, 2001.

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

    摘自《自動化博覽》2010年第十期