氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在火力發(fā)電廠水位、壓力、溫度等參數(shù)的調(diào)節(jié)中大量使用，許多重要參數(shù)如除氧器水位、凝汽器熱井水位調(diào)節(jié)等都是通過(guò)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)(文章導(dǎo)讀）。

在一個(gè)完整的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，一次儀表、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器構(gòu)成3個(gè)基本要素，參數(shù)的測(cè)量精度是控制的基礎(chǔ)，調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)特性是關(guān)鍵，而執(zhí)行器的性能是保證。測(cè)量?jī)x表和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷提高，為參數(shù)的調(diào)節(jié)精度和品質(zhì)的提高提供了可能，相應(yīng)地對(duì)執(zhí)行器的性能也提出了更高的要求。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行器的一種，其性能的好壞直接決定了參數(shù)調(diào)節(jié)的精度，而閥門控制器是調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)電氣信號(hào)調(diào)節(jié)的重要部件，控制器的性能顯得非常重要。

1.閥門控制器存在問(wèn)題及解決方法
嘉興電廠二期工程(4×600MW)采用的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥分為進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)兩部分，其中重要部位使用進(jìn)口產(chǎn)品，由設(shè)計(jì)院提供參數(shù)，中標(biāo)廠家負(fù)責(zé)閥門配置設(shè)計(jì)。通過(guò)招標(biāo)，工程大部分進(jìn)口氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥采用Fisher的產(chǎn)品，控制器中的閥門定位器配置有兩種，其中薄膜式的調(diào)節(jié)閥采用Fisher自己的3582型定位器加546型電氣轉(zhuǎn)換器構(gòu)成閥門控制器，氣缸式的調(diào)節(jié)閥采用3620型定位器（已包含I/P電氣轉(zhuǎn)換器），而送至DCS的4～20mA閥位反饋信號(hào)采用單獨(dú)的一套閥位反饋測(cè)量裝置。典型的連接如示意圖1。

圖1 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥連接示意圖

氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥門基本動(dòng)作過(guò)程為：調(diào)節(jié)閥工作氣源參照?qǐng)?zhí)行機(jī)構(gòu)出廠時(shí)規(guī)定的動(dòng)作要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般在0.25～0.4MPa?？刂破鹘邮?span>4～20mA信號(hào)，輸出氣壓經(jīng)電磁閥或直接進(jìn)入氣缸（上氣缸或下氣缸），控制閥門的開度。由于Fisher閥門配套的部分定位器都屬于傳統(tǒng)的機(jī)械式定位器，定位器本身不能提供4～20mA閥位反饋信號(hào)。這樣，一只調(diào)節(jié)閥就得配置兩套機(jī)械的閥位測(cè)量裝置，一套提供給定位器以完成閥門本身的閉環(huán)負(fù)反饋控制，另一套提供給閥位反饋器以轉(zhuǎn)換成4～20mA閥位信號(hào)送至DCS或其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。另外，有部分國(guó)產(chǎn)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥使用的定位器，也是采用機(jī)械式的定位器，配置情況和fisher閥門類似。值得注意的是，雖然閥位信號(hào)并不直接參與液位、溫度、壓力等過(guò)程參數(shù)的調(diào)節(jié)控制，但卻是運(yùn)行人員或工程師判斷閥門開度的唯一直觀信號(hào)，也影響對(duì)模擬量控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，因此閥位反饋信號(hào)的精度是一個(gè)很重要閥門性能指標(biāo)。
在機(jī)組的調(diào)試、試運(yùn)過(guò)程中，部分氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥門普遍存在閥位反饋測(cè)量不準(zhǔn)和故障率偏高的問(wèn)題，反饋和指令的最大偏差達(dá)到15%（正常要求<3%），是閥門定位器不準(zhǔn)還是反饋測(cè)量不準(zhǔn)確難以判斷，給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)整定增加了難度。尤其是在管道振動(dòng)較大的時(shí)，這種情況就更為突出。在現(xiàn)有設(shè)備通過(guò)常規(guī)調(diào)整無(wú)法見(jiàn)效的情況下，我們對(duì)存在問(wèn)題的進(jìn)行了分析研究，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題主要出在閥門控制器上，提出了對(duì)閥門控制器進(jìn)行改造，決定采用數(shù)字智能型的閥門控制器。數(shù)字型控制器相對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械式閥門定位器具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）受管道振動(dòng)的影響小，可以提高測(cè)量精度。 （2）定位器本身可以提供模擬量的反饋輸出，省去一套單獨(dú)的閥位測(cè)量轉(zhuǎn)換裝置，消除了原先兩套機(jī)械式閥位測(cè)量本身存在的不可避免的誤差。（3）采用一體化結(jié)構(gòu)，包含了電器轉(zhuǎn)換器、定位器及反饋測(cè)量裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于閥門的調(diào)試和維護(hù)。 （4）由于采用的是基于微處理器的集成電子技術(shù)，使得采用非接觸式的閥位測(cè)量成為可能，在振動(dòng)大的管路上，定位器和調(diào)節(jié)閥可以分體安裝，大大提高調(diào)節(jié)閥精度。（5）智能式定位器的閥門出現(xiàn)故障時(shí)，在排除氣源、電源和連接部分的故障外，如果閥門沒(méi)有出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象，一般只要重新走一遍自動(dòng)調(diào)整程序，閥門就能正常工作。（6）數(shù)字型控制器采用通信方式可以提供許多閥門本身的信息，為以后對(duì)設(shè)備采用信息化管理提供了基礎(chǔ)。 基于上述優(yōu)點(diǎn)，我們對(duì)調(diào)節(jié)特性差或閥位測(cè)量不準(zhǔn)的進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行了改造，重點(diǎn)是凝結(jié)水系統(tǒng)的水位調(diào)節(jié)閥和工況比較惡劣的凝泵再循環(huán)閥等閥門。拆除原有的定位器和閥位反饋裝置，替換上西門子SIPARTPS2型智能控制器，改造工作只要通過(guò)更換控制器固定連接板和重新配制氣源管路就可完成。從改造后的使用情況來(lái)看，閥門的調(diào)節(jié)特性和精度有了明顯的改善，輸出的閥位信號(hào)和調(diào)節(jié)指令偏差也能控制在3%以內(nèi)，而且現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試簡(jiǎn)單方便，運(yùn)行后未出現(xiàn)故障情況，改造取得很成功。

 2.數(shù)字智能型控制器的基本功能及應(yīng)用探討
智能型定位器主要有閥位傳感器線路板、主板、I/P轉(zhuǎn)換器、氣動(dòng)放大器等部件組成，它的工作原理是定位器接收一個(gè)4～20mA的輸入信號(hào)，與閥位反饋系統(tǒng)檢測(cè)到的閥位信號(hào)進(jìn)行比較，微處理器采用控制算法進(jìn)行計(jì)算產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)給I/P轉(zhuǎn)換器，I/P轉(zhuǎn)換器把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成氣動(dòng)信號(hào)給氣動(dòng)放大器，經(jīng)放大后產(chǎn)生較大壓力的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，直至閥門到達(dá)給定值對(duì)應(yīng)位置。因此定位器的工作過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)負(fù)反饋的閉環(huán)控制過(guò)程，定位器輸出的閥位信號(hào)也是來(lái)自于處理器進(jìn)行比較的閥位信號(hào)，如圖2所示。

圖2 閥門定位器工作原理圖

一般的智能型定位器通過(guò)通訊的方式可以進(jìn)行在線或離線組態(tài)，可以方便地完成氣動(dòng)放大器的調(diào)整、行程校驗(yàn)、性能優(yōu)化整定、供氣壓力和輸出壓力傳感器校驗(yàn)、行程傳感器調(diào)整等調(diào)試步驟，為用戶提供閥門行程、行程偏差、動(dòng)作次數(shù)累計(jì)以及驅(qū)動(dòng)電流、氣源氣壓等信息，通過(guò)設(shè)置可以提供這些參數(shù)的報(bào)警信號(hào)。有了這些信息，運(yùn)行和維護(hù)人員可以在控制室監(jiān)控閥門的工作狀態(tài)和判斷閥門的故障部件，比如是否有取壓管路堵塞以及零位飄移等，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)的巡檢和維護(hù)工作。目前在DCS或其他監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)中，往往只采集了部分監(jiān)控參數(shù)，對(duì)反映其“健康狀態(tài)”的大量信息，尚未進(jìn)行監(jiān)控和處理。因此，與傳統(tǒng)的模擬定位器相比，智能型定位器在調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)和管理等方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。
目前，比較常用的智能數(shù)字型定位器有SIEMENS的SIPARTPS2系列、FISHER的DVC2000和DVC6000系列以及ABB的系列產(chǎn)品，根據(jù)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的大小、流量特性以及使用環(huán)境來(lái)選擇具體的型號(hào)。相對(duì)來(lái)講SIEMENS的SIPARTPS2系列適用的閥門行程范圍較廣，抗振性好，也有可采用和閥門分體安裝的型號(hào)，但不能提供限位開關(guān)接點(diǎn)輸出。FISHER的DVC2000適用的閥門行程較小，采用感應(yīng)式非接觸閥位檢測(cè)系統(tǒng)，可和閥門分體安裝，可配置限位開關(guān)和閥位變送器。DVC6000適用的閥門行程范圍大，采用機(jī)械連桿的閥位檢測(cè)系統(tǒng)，不能和閥門分體安裝，值得注意的是DVC6000沒(méi)有閥位反饋輸出端子，不能直接輸出4～20mA的閥位信號(hào)，但可以使用專用的信號(hào)轉(zhuǎn)換器(采用HART通訊協(xié)議)通過(guò)提供閥門調(diào)節(jié)指令的電纜分離出閥位反饋信號(hào)，如圖3所示。

圖3 信號(hào)轉(zhuǎn)換器通訊線路連接

我們?cè)?span>4號(hào)機(jī)軸封調(diào)節(jié)閥中進(jìn)行了嘗試。閥位反饋信號(hào)通過(guò)HART通訊協(xié)議從FISHER閥門的DVC6000定位器中取得，只需要在DCS的I/O端子柜中加裝一只信號(hào)轉(zhuǎn)換器，通過(guò)連線把反饋信號(hào)送到DCS的I/O通道。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的運(yùn)行試驗(yàn)，閥門的反饋信號(hào)穩(wěn)定、精度高，可以推廣使用。如果把具有HART通訊協(xié)議的智能數(shù)字型定位器同具有HART通訊協(xié)議DCS的I/O通道連接起來(lái)，反饋信號(hào)直接可以從指令信號(hào)中讀取，這樣可以節(jié)省一根就地信號(hào)反饋電纜，大大減少電纜的數(shù)量。為了提高電廠的自動(dòng)化水平，建議在工程的設(shè)計(jì)、DCS和閥門等設(shè)備的招標(biāo)過(guò)程中考慮這些因素。

3.結(jié)束語(yǔ)
相對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械式氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制器，智能型控制器在克服閥門回差、調(diào)節(jié)精度和調(diào)試的方便性等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，更為重要的是它能夠滿足自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的需要，也能滿足現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的要求。目前，電廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的要求就是根據(jù)閥位給定信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)閥門開度，并提供一個(gè)閥位反饋信號(hào)。但隨著電廠綜合自動(dòng)化水平的提高，以及運(yùn)行和維護(hù)人員的減少，必然要求設(shè)備能提供更多的實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，比如自動(dòng)累計(jì)閥門行程和開關(guān)次數(shù)并報(bào)警，進(jìn)行開度階躍測(cè)試；生成動(dòng)態(tài)誤差帶，判斷閥門閥桿是否卡澀，閥芯是否有磨損，開度是否到位；氣動(dòng)執(zhí)行器是否泄漏等。通過(guò)比較閥門安裝時(shí)和運(yùn)行一段時(shí)間后的特性曲線，可全面評(píng)估閥門的性能狀況，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)，大大減少不必要的閥門拆卸工作量，這些功能只能使用數(shù)字型的儀表才能實(shí)現(xiàn)。從目前的生產(chǎn)實(shí)際以及現(xiàn)有的技術(shù)水平來(lái)看，適當(dāng)增加投資，選用智能型數(shù)字氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制器具有現(xiàn)實(shí)和面向未來(lái)的雙重意義。

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