为什么阀门需要定位器?
定位器主要的作用就是控制阀门动作,改善阀门位置与对应控制信号的线性。
定位器本身所输出的气压信号跟控制信号的对比一般都不是直线,因为定位器必须克服阀杆摩擦力,及因介质压力变化而引起的不平衡力使阀门开度能够对应于控制信号。
定位器种类
定位器分气动机械式和电动调节式,***开始的定位器是机械式的,如3570、3582、3610、3620、3660、3710等等。
气动阀门定位器
阀门定位器***开始是气动机械式的,通过给出一个气信号到定位器,经过定位器内部转化,得到一个输出气压到执行机构,从而能够控制调节元件动作。
这些机械式定位器的种类较多,但主要原理有两种,一种是喷嘴挡板式,还有一种是滑阀式结构。
这里以3610为例,来简单阐述喷嘴挡板式定位器的工作原理。
如下图,当在一个管道前提供一个常压P1,从P1到P3之间有两个手动小阀门V1、V2,当调整V1、V2的大小时,P2的压力值可以在P1与P3压力值之间任意变化。
当把上述机构中的V1设置成固定值(改成下图这种间隙),V2可以调整任意大小,然后打包集成做成图示这种结构。
V2就是上图喷嘴与挡板,通过调整二者间隙,控制V2大小。当V2改变后,即右图x改变一个很小值,如果x=0.0004inch,它就可以得到一个变化的PL=4psi的变化,故此装置具有高增益。
此高输出气压PL值很小,需要继续输出到下一级放大装置——relay,通过relay的放大再输出气压到执行机构。
-
下图是定位器3610J:
它的运行原理如下:
当输入气压信号input signal增加时,增加的气压作用到CAVITY A侧,Summing Beam绕Pivot A点逆时针旋转,则左边喷嘴与挡板间隙变小,从喷嘴挡板处输出的V2变大,作用到上方Relay Beam上,使得Relay Beam绕其固定中点顺时针旋转,relay的结构示意图见下,往下使得里面的supply valve打开,使得relay B输出到执行机构气缸的气体(红色部分)变大。
然后阀门动作带动Cam顺时针转动,使得feedback level绕pivot B也顺时针旋转,它通过range spring拉住summing beam使其顺时针旋转,这与input signal增加使得summing beam逆时针旋转的方向相反。
Relay beam工作示意图
-
下图是定位器3610JP,相比较3610J,relay A处有接气管输出,故其为双作用定位器。
通过上面对定位器运作原理的解析,我们可以得到定位器的有如下重要的基本功能构成:
求和节点 反馈部分 零位调整与校验 全行程调整与校验 更改作用方式的手段
所有上面的功能实现都是有具体的结构以及相应的调节,增加或更改组件来实现。这对于流体控制来说,就不能做到即时调整,并且相应的调整步骤是手动接触定位器内部组件,调节过程繁琐,冗长。
比如小回路增益调节(Minor Loop Gain),零位调节,全行程调节,它们的位置见下图,都是要操作者对照表格调节螺栓。
比如零位与全行程调节,经常依次做完二者后,因为机械干涉缘故,后者的校验调试又会反过来影响前者,导致不得不再次重新校验0点,然后给信号观察结果,如此反复直到***度达到要求。
再比如定位器输入特性的更改,需要更换不同形状的feedback。
以上可见这种机械式的调整过程冗繁。
另外,因为现场执行机构,阀门种类繁多,为了应对不同场景,也需要不同型号。比如3610本身就衍生出众多型号。
Type | 应用范围 | Actuator |
---|---|---|
3610J | 单作用旋转阀 | 1051,1052,2052 |
3610JP | 双作用旋转阀 | 1061,1069 |
3611JP | 双作用直行程 | 585,585R,585C |
3620J | 电信号输入单作用旋转阀 | 1051,1052,2052 |
3620JP | 电信号输入双作用旋转阀 | 1061,1069 |
3621JP | 电信号输入双作用直行程 | 585,585R,585C |
这些众多型号之间可以通过增加组件来实现不同型号不同功能,另外为了应对现场对诊断的需求,这些定位器也可以增加诊断模块来实现一定的诊断功能。
随着电子信息技术进步,新的结构的定位器出现,出现如下新型号。
均接收4--20ma模拟量,无需单独添加支持电信号的模块。均支持诊断。
DVC6000
集成I/P,接收4--20ma带hart电信号。模块化,支持单/双作用,带诊断功能。
DVC2000
面板带显示,现场可显示报警,可就地更改参数并校验。
因为DVC6000的反馈连接仍然是机械的连接,故后来马上有了连接更加简单,更加可靠经典的DVC6200,因为二者除了反馈连接有根本不同,其他大体一致,所以我们直接介绍6200。
DVC6200系列为模块化结构,部件数量少并可快速更换组合,其组成见图:有独立隔离的接线盒、 坚固的壳体(带阀位测量槽和霍尔传感器)、塑封的电子模块(在板微处理器的印刷电路板部件)、模块基座组件、集约化 I/P 电气转换器、单双输出的气动放大器、有 3 个压力传感器和气动放大器位置反馈,压力表(***多 3 只)和外盖。
DVC6200 系列将原 DVC6000 系列中 DVC6010、DVC6020、DVC6030 优化合成为 GX 型控制阀专用外壳A和其它通用外壳B两种,与阀杆连接的阀位反馈磁铁组件(有 9 个规格可选)在测量槽内滑动,非接触式测量,***大直行程可达 606mm(24 英寸)。
从上面结构可看出DVC6200完全是模块化,集约化。
DVC6200的工作原理如下图:
从控制器或控制系统来的输入控制信号(4-20mADC+HART)经过传输信号电缆接到接线盒,经接线盒处理传送至电子主板。
阀杆上的阀位反馈磁铁在测量槽中滑动由霍尔传感器检测出阀位信号,此信号也传送给电子主板,主板在这里就起到机械定位器中求和节点(Summing Junction)的作用,经过主板运算比较,得到一个差值,若此差值大于规定范围,则主板运算后发出一个驱动信号给I/P组件。
I/P上的电磁线圈在电信号作用下,磁吸或者松开挡板,这里的原理跟之前机械式的一样,只不过结构更加**。
I/P将收到的电信号转化为有增益的气动输出,此输出作用到relay放大器上,放大器将此信号放大,并从定位器的A口输出到执行机构,执行机构动作,反馈磁条位移,若运动到输入信号对应位置,新的平衡确立,I/P驱动信号也随之稳定,若位置相差较大,则继续进行此过程,直到阀门运行到信号指定位置。
从上面过程可以看出,对于机械定位器中几个基本功能,零位和全行程校验,DVC6200均可自动进行,不需要人工调螺栓反复验证。
另外,对于定位器单作用改双作用,只需要将relay A上的小齿轮进行简单的拨动,就可以实现单双作用切换。对于直行程和旋转式阀门,也可以更改模块化的反馈磁条来实现,定位器本体仅仅改变几个参数,不需要物理更改,这样,使得定位器的型号简化,现场安装更加方便。
***重要的,定位器能够实现各种诊断功能,而且,可以随着版本更新,不断更新功能。
阀门膜片的使用寿命?阀门弹簧预紧力是否满足要求?阀门行程是否正常?阀门填料是否工作正常?阀内件是否完好?定位器本身是否工作正常?
这些问题,都可以通过DVC诊断而不需要通过拆解阀门来得到答案。
DVC主要通过各类报警,AD离线曲线诊断,PD在线曲线诊断来实现各种阀门问题分析。
DVC的报警功能
阀门实时状态参数和报警:
直观展示,阀位反馈,驱动信号,气压传感器值
以下是DVC监测的其他各种报警信息:
这些报警信息,可以给操作者预警,表明这个阀门有问题,需要关注,做进一步分析。
然后经过原因分析,现场排查,解决部分问题,解决不了的,可以使用AD离线或者PD在线的诊断分析功能做进一步分析。
02
然后可以据此对阀门状态有了清楚了解,可以作为大修和日常维护的依据。
DVC是过程控制数字化管理的基础。它可以记录每一台阀门异常状态,提高阀门控制精度,做好阀门健康状态管理,进而实现阀门的专业化监测服务以及远程***服务。
DVC-7K
以上可以说是定位器的机械时代与电子信息时代。
如今,随着智能化发展,在未来,艾默生将推出智能化定位器---
DVC-7K。
它具有新的功能:
DVC7K相对于6200,重点在智能化上,通过更高阶算法,能够在本体上运行基本的诊断,分析数据,结合health APP,可以给出改善建议和措施。
结合Valve
新定位器比6200更大,得到更大的主板,相应有更大的内存:
不会再有“报警信息已满”的提示
可存储多达 1,000 PD 诊断信息, 100 Valve Signatures以及 100 Step Responses 测试信息。
信息存储安装(FIFO)**先出原则,并且可以设置***大20条关注信息不被删除
因为支持蓝牙和无线,有效避免开盖次数,甚至日常不用开盖即可连接。所以维护更方便,更安全。
因为可以即时得到数据,结合valve health app,一般的问题可以即时得到可执行的改善意见。故现场维护修缮阀门更快捷,普通阀门问题能迅速解决,阀门得到更有效及时维护。
Plantweb insight valve health app
①可以实时监测所有阀门
②阀门的问题可以清晰描述
③只读,不可操作设置阀门,更安全
④可传输数据给远程***,更方便得到及时专业解决问题
Valve
未来可以有更高阶的valve