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智能氣動薄膜調(diào)節(jié)閥定位器故障診斷解決辦法
在過程控制系統(tǒng)中，氣動薄膜調(diào)節(jié)閥（以下簡稱調(diào)節(jié)閥）作為控制系統(tǒng)中的最終控制單元，起到了極其關(guān)鍵作用。傳統(tǒng)概念上的閥門定位器作為調(diào)節(jié)閥的一個(gè)主要附件，主要用于提高調(diào)節(jié)閥控制精度。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，與之相匹配的現(xiàn)場智能化儀表也得到了加速發(fā)展，對于調(diào)節(jié)閥要實(shí)現(xiàn)智能化，就智能化閥門定位器，也就是說智能型閥門定位器是實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥智能化的重要組成部分;另外從功能上來講智能型閥門定位器與模擬閥門定位器也有本質(zhì)區(qū)別，智能型閥門定位器除了實(shí)現(xiàn)對調(diào)節(jié)閥控制功能外，還有一個(gè)更重要的方面就是對調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)的診斷功能。并通過診斷軟件，分析和判別調(diào)節(jié)閥的"健康"狀況，從而改變了傳統(tǒng)觀念上調(diào)節(jié)閥的維護(hù)，減少了調(diào)節(jié)閥在運(yùn)行期間的事故發(fā)生，延長了調(diào)節(jié)閥的使用壽命。定位器是氣動執(zhí)行器的主要附件，它與氣動執(zhí)行器配套使用，用來提高閥門的位置精度，克服閥桿摩擦力和介質(zhì)不平衡力的影響，從而保證閥門按照調(diào)節(jié)器來的信號實(shí)現(xiàn)正確定位。
智能氣動薄膜調(diào)節(jié)閥定位器故障診斷解決辦法下列情況下，要配定位器：
1、介質(zhì)壓力高、壓差大的時(shí)候；
2、氣動調(diào)節(jié)閥的口徑大時(shí)（DN>100）；
3、高溫或低溫調(diào)節(jié)閥；
4、需要提高氣動調(diào)節(jié)閥的動作速度時(shí)；
5、用標(biāo)準(zhǔn)信號、操作非標(biāo)準(zhǔn)彈簧的執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)（20～100KPa以外的彈簧范圍）；
6、用于分程控制時(shí)；
7、使閥門實(shí)現(xiàn)反向動作時(shí)（氣關(guān)式和氣開式互相轉(zhuǎn)換）；
8、需要改變閥的流量特性時(shí)（可以改變定位器凸輪）；
9、無彈簧執(zhí)行機(jī)構(gòu)或活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)，要實(shí)現(xiàn)比例動作時(shí)；
10、用電信號去操作氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，必須配電-氣閥門定位器。
智能氣動薄膜調(diào)節(jié)閥定位器故障診斷解決辦法的維護(hù)
典型的調(diào)節(jié)閥的維護(hù)有以下三種方法：被動性維護(hù)（ReactiveMaintenance）;預(yù)防性維護(hù)（PreventiveMaintenance）;預(yù)測性維護(hù)（PredictiveMaintenance）。
被動性維護(hù)一一當(dāng)調(diào)節(jié)閥發(fā)生故障后，對調(diào)節(jié)閥進(jìn)行檢修。在使用過程中，調(diào)節(jié)閥自身或者某些附件出現(xiàn)故障，造成調(diào)節(jié)閥不能正常工作，更嚴(yán)重的情況導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不能正常工作，造成很大的事故發(fā)生。
預(yù)防性維護(hù)一一按照過去的生產(chǎn)過程經(jīng)驗(yàn)，有計(jì)劃地安排某些調(diào)節(jié)閥進(jìn)行維護(hù)或檢修，以防止調(diào)節(jié)閥的事故發(fā)生。它對前者來說是一個(gè)有計(jì)劃安排，雖然能避免一些調(diào)節(jié)閥事故的產(chǎn)生，但由于沒有現(xiàn)場使用的調(diào)節(jié)閥的許多信息，在安排上不能避免的造成某些調(diào)節(jié)閥工作正常也被安排在檢修行列，而某些不適用的調(diào)節(jié)閥仍被使用在過程控制系統(tǒng)中。
預(yù)測性維護(hù)一一通過智能儀表或其它診斷設(shè)備獲取調(diào)節(jié)閥的信息。氣動調(diào)節(jié)閥不能存貯自身任何信息，而智能型閥門定位器開發(fā)使用，它們除了提高調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)品質(zhì)外，對調(diào)節(jié)閥的診斷功能也逐步加強(qiáng)。下面對智能型閥門定位器的自身診斷及對調(diào)節(jié)閥診斷功能作一些分析。
智能氣動薄膜調(diào)節(jié)閥定位器故障診斷解決辦法智能型閥門定位器的自身診斷
由于智能型閥門定位器是安裝在氣動調(diào)節(jié)閥上，其工作環(huán)境相對惡劣，如環(huán)境溫度、管道振動等因素都會對智能型閥門定位器正常工作帶來不利影響。智能型閥門定位器在設(shè)計(jì)過程中，考慮到這些不利因素，設(shè)計(jì)了一些自身的診斷功能。另一方面，大多數(shù)智能型閥門定位器都具有通訊功能，如HART、FF、PROFIBUS等通信協(xié)議，控制系統(tǒng)通過這些通信協(xié)議可以獲得所需的現(xiàn)場儀表管理信息、以及故障報(bào)警信息。
1、智能型閥門定位器的自診斷
智能型閥門定位器的自診斷是它的基本功能之一，自診斷在不影響正常工作情況下進(jìn)行，常見的診斷有開機(jī)診斷、周期性診斷。
2、輸入信號超量程
當(dāng)規(guī)定智能型閥門定位器輸入信號設(shè)定后，如果控制信號超出設(shè)定值，智能型閥門定位器發(fā)出超量程報(bào)警信號。
3、傳感器故障
由于智能型閥門定位器直接安裝在調(diào)節(jié)閥上，受到調(diào)節(jié)閥振動的影響造成智能型閥門定位器反饋部件失靈，如反饋桿松脫、線路故障、位置傳感器自身故障等，智能型閥門定位器檢測不到正常的反饋信號，它會發(fā)出一個(gè)報(bào)警信號。
以上1、2兩種情況智能型閥門定位器仍然可以正常工作，但它會發(fā)出報(bào)警信號;但對于3種情況，定位器將出現(xiàn)不正常工作，并發(fā)出報(bào)警信號，儀表工程師根據(jù)報(bào)警內(nèi)容，做出相應(yīng)判斷并及時(shí)加以處理，減少不必要的停產(chǎn)。
智能型閥門定位器對調(diào)節(jié)閥的診斷
智能型閥門定位器對調(diào)節(jié)閥的故障診斷是通過附加傳感器來完成的。定位器內(nèi)部的微處器通過定時(shí)采集各種傳感器的數(shù)據(jù)，并對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、比較、分析、組態(tài)，將出現(xiàn)異常的信息通過組態(tài)軟件輸出報(bào)警信號。智能型閥門定位器對調(diào)節(jié)閥的診斷分為在線診斷、離線診斷;在線診斷包括:調(diào)節(jié)閥的動作次數(shù)、行程累加、填料函泄漏診斷、噪聲診斷、環(huán)境溫度診斷等，離線診斷包括:執(zhí)行機(jī)構(gòu)及氣路的密封性、靜特性、階躍過渡及頻率響應(yīng)特性。
1、智能氣動薄膜調(diào)節(jié)閥定位器故障診斷解決辦法在線診斷
a.動作次數(shù)，行程累加
在同一系統(tǒng)中，由于調(diào)節(jié)閥處于不同的工作位置，它的動作頻率、行程位移大小都是不一樣，通過檢測位置傳感器，很方便獲得調(diào)節(jié)閥的動作次數(shù)及
行程累加值。采集這些數(shù)據(jù)我們可以判斷調(diào)節(jié)閥的"健康"狀況",并通過組態(tài)軟件對采集的數(shù)據(jù)分析調(diào)節(jié)閥的工作點(diǎn)，畫出柱狀形圖可以清楚看出閥門正常工作區(qū)域。從圖一可以清楚地看出閥門處于正常工作區(qū)域內(nèi)，而圖2閥門長期處于小開度工作，不利于正常工作。另外根據(jù)采集的數(shù)據(jù)可進(jìn)行動態(tài)應(yīng)力分析。
b.填料函泄漏診斷
通過安裝在調(diào)節(jié)閥的填料處泄漏檢測器，實(shí)時(shí)檢測填料函在工作中是否存在外泄漏情況。因此特別適用于對劇毒、貴重的易揮發(fā)和有放射性的介質(zhì)等場合使用，可以防止資源浪費(fèi)或引起環(huán)境污染。
c.噪聲診斷
噪聲對人類的危害是極其嚴(yán)重的，它能使人的聽覺減弱，甚至損傷，對人類帶來心理和生理性的不良影響，它是繼大氣污染和水質(zhì)污染之后，成為威脅人類的第三種公害。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，控制閥已成為最主要的噪聲源。智能閥門定位器可外接聲音傳感器，可以檢測調(diào)節(jié)閥噪聲大小。通過檢測的數(shù)據(jù)可以作一些分析：如噪聲頻率小于1500Hz為機(jī)械振動、噪聲頻率高達(dá)100OOHz時(shí)，調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生空化。因此通過噪聲的頻率可以判別調(diào)節(jié)閥不正常工作的原因;另外，如在閥門關(guān)閉情況下噪聲比正常工況要大，還可以判斷閥門有內(nèi)漏。
d.環(huán)境溫度診斷
通過溫度傳感器，隨時(shí)測量定位器的外殼表面溫度，在防爆場合如外殼的表面溫度超出防爆要求的設(shè)定值，定位器發(fā)出報(bào)警信號。另外定位器還記錄在線過程中最大/最小的溫度值。每個(gè)溫度段的工作時(shí)間，如果調(diào)節(jié)閥長期處于高溫下工作，我們必須考慮定位器及調(diào)節(jié)閥內(nèi)的塑料件、橡膠件的老化情況。
2、智能氣動薄膜調(diào)節(jié)閥定位器故障診斷解決辦法離線診斷
a.執(zhí)行機(jī)構(gòu)及管路的氣密性
執(zhí)行機(jī)構(gòu)診斷通過接入一個(gè)壓力傳感器，實(shí)時(shí)檢測輸入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的壓力，與閥位傳感器檢測到的調(diào)節(jié)閥行程形成一個(gè)相對應(yīng)的關(guān)系曲線如圖3:
每一臺智能型閥門定位器安裝在任何一臺調(diào)節(jié)閥上后，*行定位器的自診斷工作，以保證智能型閥門定位器的正常工作，通過定位器的自診斷，得到正、反行程特性曲線如圖3。當(dāng)調(diào)節(jié)閥工作一些時(shí)間后，智能型閥門定位器再一次對調(diào)節(jié)閥進(jìn)行測試，出現(xiàn)一些不正常的情況如圖4:
曲線的下移說明存在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的膜片老化、密封氣室外泄漏、連接氣管由于振動等原因出現(xiàn)漏氣問題；另外在調(diào)節(jié)閥關(guān)位出現(xiàn)行程值偏大，可以判斷閥芯或閥座產(chǎn)生磨損，調(diào)節(jié)閥泄漏量變大，嚴(yán)重情況下智能閥門定位器發(fā)出報(bào)警信號。
b.靜特性測試
靜特性是調(diào)節(jié)閥的行程與輸入信號之間的靜態(tài)關(guān)系，它包括:基本誤差、始終點(diǎn)偏差、額定行程偏差、回差、死區(qū)、重復(fù)性、再現(xiàn)性、線性度誤差
c.階躍過渡的測試
階躍過渡過程是在調(diào)節(jié)閥沒有負(fù)荷的情況下，當(dāng)輸入信號從一個(gè)定值突然改變成另一個(gè)定值時(shí)，輸出跟隨變化的過程。一般包括時(shí)間常數(shù)、時(shí)滯、上升時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)和過沖。
d.頻率響應(yīng)特性的測試
頻率響應(yīng)特性是在調(diào)節(jié)閥在沒有負(fù)荷的情況下，輸入到定位器的輸入信號是一個(gè)無崎變的正弦波，輸出值穩(wěn)定后，系統(tǒng)的輸出也是一個(gè)頻率相同的正弦，但輸出的振幅、相位與輸入不一定相同，而是隨輸入信號頻率的變化而變化。頻率響應(yīng)特性是反應(yīng)調(diào)節(jié)閥靈敏度的標(biāo)志之一，動態(tài)特性好就意味著調(diào)節(jié)閥反應(yīng)靈敏、快速，而且穩(wěn)定性好。
調(diào)節(jié)閥的閥體都鑄有公稱壓力、口徑、介質(zhì)流向等標(biāo)志。若閥體上的字體是正的，閥芯和閥體屬于正裝，閥桿向下移時(shí)閥門關(guān)小.若閥體上的字體是倒的，閥芯和閥體屬于反裝，閥桿向下移時(shí)閥門打開。通過觀察閥體上字體的倒正，可判斷調(diào)節(jié)閥屬于正裝還是反裝。閥體正裝，閥上字體也是正的，且配用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是正作用式，調(diào)節(jié)閥是氣關(guān)式，閥上字體是倒的就是氣開式。小口徑或角形閥，配用正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)式，配用反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)閥為氣開式。
智能氣動薄膜調(diào)節(jié)閥定位器故障診斷解決辦法安裝原則
①氣動調(diào)節(jié)閥應(yīng)安裝在水平管道上，并上下與管道垂直，一般要在閥下加以支撐，保證穩(wěn)固可靠。對于特殊場合下，需要調(diào)節(jié)閥水平安裝在豎直的管道上時(shí)，也應(yīng)將調(diào)節(jié)閥進(jìn)行支撐(小口徑調(diào)節(jié)閥除外)。安裝時(shí)，要避免給調(diào)節(jié)閥帶來附加應(yīng)力。
②氣動調(diào)節(jié)閥安裝位置，距地面要求有一定的高度，閥的上下要留有一定空間，以便進(jìn)行閥的拆裝和修理。對于裝有氣動閥門定位器和手輪的調(diào)節(jié)閥，必須保證操作、觀察和調(diào)整方便。
③氣動調(diào)節(jié)閥的工作環(huán)境溫度要在-30～+60℃、相對濕度不大于95%環(huán)境中。
④氣動調(diào)節(jié)閥的口徑與工藝管道不相同時(shí)，應(yīng)采用異徑管連接。在小口徑調(diào)節(jié)閥安裝時(shí)，可用螺紋連接。閥體上流體方向箭頭應(yīng)與流體方向一致。
⑤氣動調(diào)節(jié)閥前后位置直管段長度≥10倍的管道直徑(10D)，以避免閥的直管段太短而影響流量特性。
⑥安裝時(shí)氣動調(diào)節(jié)閥要設(shè)置旁通管道。目的是便于切換或手動操作，可在不停車情況下對氣動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行檢修。
⑦氣動調(diào)節(jié)閥在安裝前要*清除管道內(nèi)的異物，如污垢、焊渣等。
智能氣動薄膜調(diào)節(jié)閥定位器故障診斷解決辦法結(jié)束語
由此可見智能型閥門定位器的故障診斷是通過安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥體上的附加傳感器來完成的。定位器獲得了現(xiàn)場的許多原始數(shù)據(jù)，微處理機(jī)通過對這些數(shù)據(jù)的分析、運(yùn)算、判斷等處理，分成若干邏輯組,易于快速辨識所有的變量，發(fā)現(xiàn)異常情況立即采取應(yīng)急措施并報(bào)警。以氣源為動力、以氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)為執(zhí)行器、4-20mA信號為控制信號，并借助電氣閥門定位器、空氣過濾減壓閥等附件去驅(qū)動閥門動作，從而達(dá)到最管道介質(zhì)的流量、壓力、溫度等工藝參數(shù)開關(guān)量或比例式調(diào)節(jié)。氣動調(diào)節(jié)閥由氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥體兩部分組成。氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由波紋膜片，平衡彈簧和推桿組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動裝置，它接受標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號后，經(jīng)膜片轉(zhuǎn)換成推力，使推桿產(chǎn)生位移，同時(shí)帶動閥桿及閥芯動作，使閥芯產(chǎn)生相應(yīng)位移，通過改變閥門的開度，來達(dá)到控制介質(zhì)工藝參數(shù)之目的。
通常離線診斷被安排在調(diào)節(jié)閥預(yù)防性維護(hù)過程中，對預(yù)防性維護(hù)計(jì)劃中的調(diào)節(jié)閥的診斷記錄與調(diào)節(jié)閥第一次投用的全性能原始數(shù)據(jù)相比較，可以發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥什么地方出現(xiàn)了問題，問題的嚴(yán)重性，怎么樣解決問題，提出專家性的建議，以幫助儀表工程師做出正確的選擇。
智能氣動薄膜調(diào)節(jié)閥定位器故障診斷解決辦法
目前，有些智能型閥門定位器的生產(chǎn)廠家設(shè)法將離線診斷逐步移植到在線診斷過程中，通過*診斷軟件，完成閥門/執(zhí)行機(jī)構(gòu)的摩擦力、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號范圍、彈簧剛度及閥座的關(guān)閉力，以及階躍診斷測試包括:靜特性測試、階躍過渡過程測試、頻率響應(yīng)特性測試。使調(diào)節(jié)閥的預(yù)防性維護(hù)轉(zhuǎn)向預(yù)見性維護(hù)，減少了停車時(shí)間，降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，提高了生產(chǎn)力。
