氣動調(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)等都是通過氣動調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)(文章導(dǎo)讀）。

在一個完整的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，一次儀表、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器構(gòu)成3個基本要素，參數(shù)的測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。測量儀表和計算機(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)地對執(zhí)行器的性能也提出了更高的要求。氣動調(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.閥門控制器存在問題及解決方法
嘉興電廠二期工程(4×600MW)采用的氣動調(diào)節(jié)閥分為進(jìn)口和國產(chǎn)兩部分，其中重要部位使用進(jìn)口產(chǎn)品，由設(shè)計院提供參數(shù)，中標(biāo)廠家負(fù)責(zé)閥門配置設(shè)計。通過招標(biāo)，工程大部分進(jìn)口氣動調(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閥位反饋信號采用單獨(dú)的一套閥位反饋測量裝置。典型的連接如示意圖1。

圖1 氣動調(diào)節(jié)閥連接示意圖

氣動調(diào)節(jié)閥門基本動作過程為：調(diào)節(jié)閥工作氣源參照執(zhí)行機(jī)構(gòu)出廠時規(guī)定的動作要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般在0.25～0.4MPa。控制器接收4～20mA信號，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。這樣，一只調(diào)節(jié)閥就得配置兩套機(jī)械的閥位測量裝置，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閥位信號送至DCS或其它計算機(jī)系統(tǒng)。另外，有部分國產(chǎn)氣動調(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，雖然閥位信號并不直接參與液位、溫度、壓力等過程參數(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，也影響對模擬量控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，因此閥位反饋信號的精度是一個很重要閥門性能指標(biāo)。
在機(jī)組的調(diào)試、試運(yùn)過程中，部分氣動調(diào)節(jié)閥門普遍存在閥位反饋測量不準(zhǔn)和故障率偏高的問題，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。尤其是在管道振動較大的時，這種情況就更為突出。在現(xiàn)有設(shè)備通過常規(guī)調(diào)整無法見效的情況下，我們對存在問題的進(jìn)行了分析研究，發(fā)現(xiàn)問題主要出在閥門控制器上，提出了對閥門控制器進(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）受管道振動的影響小，可以提高測量精度。 （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)的閥位測量轉(zhuǎn)換裝置，消除了原先兩套機(jī)械式閥位測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、定位器及反饋測量裝置，結(jié)構(gòu)簡單，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量成為可能，在振動大的管路上，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，在排除氣源、電源和連接部分的故障外，如果閥門沒有出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象，一般只要重新走一遍自動調(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)，我們對調(diào)節(jié)特性差或閥位測量不準(zhǔn)的進(jìn)口和國產(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，輸出的閥位信號和調(diào)節(jié)指令偏差也能控制在3%以內(nèi)，而且現(xiàn)場調(diào)試簡單方便，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、氣動放大器等部件組成，它的工作原理是定位器接收一個4～20mA的輸入信號，與閥位反饋系統(tǒng)檢測到的閥位信號進(jìn)行比較，微處理器采用控制算法進(jìn)行計算產(chǎn)生一個電信號給I/P轉(zhuǎn)換器，I/P轉(zhuǎn)換器把電信號轉(zhuǎn)換成氣動信號給氣動放大器，經(jīng)放大后產(chǎn)生較大壓力的輸出信號驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，直至閥門到達(dá)給定值對應(yīng)位置。因此定位器的工作過程實(shí)際上是一個負(fù)反饋的閉環(huán)控制過程，定位器輸出的閥位信號也是來自于處理器進(jìn)行比較的閥位信號，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、動作次數(shù)累計以及驅(qū)動電流、氣源氣壓等信息，通過設(shè)置可以提供這些參數(shù)的報警信號。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。
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)氣動調(diào)節(jié)閥的大小、流量特性以及使用環(huán)境來選擇具體的型號。相對來講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，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)械連桿的閥位檢測系統(tǒng)，不能和閥門分體安裝，值得注意的是DVC6000沒有閥位反饋輸出端子，不能直接輸出4～20mA的閥位信號，但可以使用專用的信號轉(zhuǎn)換器(采用HART通訊協(xié)議)通過提供閥門調(diào)節(jié)指令的電纜分離出閥位反饋信號，如圖3所示。

圖3 信號轉(zhuǎn)換器通訊線路連接

我們在4號機(jī)軸封調(diào)節(jié)閥中進(jìn)行了嘗試。閥位反饋信號通過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轉(zhuǎn)換器，通過連線把反饋信號送到DCS的I/O通道。經(jīng)過幾個月的運(yùn)行試驗(yàn)，閥門的反饋信號穩(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，反饋信號直接可以從指令信號中讀取，這樣可以節(jié)省一根就地信號反饋電纜，大大減少電纜的數(shù)量。為了提高電廠的自動化水平，建議在工程的設(shè)計、DCS和閥門等設(shè)備的招標(biāo)過程中考慮這些因素。

3.結(jié)束語
相對傳統(tǒng)的機(jī)械式氣動調(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，更為重要的是它能夠滿足自動化技術(shù)發(fā)展的需要，也能滿足現(xiàn)場總線技術(shù)的要求。目前，電廠控制系統(tǒng)設(shè)計時對氣動調(diào)節(jié)閥的要求就是根據(jù)閥位給定信號來調(diào)節(jié)閥門開度，并提供一個閥位反饋信號。但隨著電廠綜合自動化水平的提高，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)時生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，比如自動累計閥門行程和開關(guān)次數(shù)并報警，進(jìn)行開度階躍測試；生成動態(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；氣動執(zhí)行器是否泄漏等。通過比較閥門安裝時和運(yùn)行一段時間后的特性曲線，可全面評估閥門的性能狀況，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)測性維護(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)水平來看，適當(dāng)增加投資，選用智能型數(shù)字氣動調(diào)節(jié)閥控制器具有現(xiàn)實(shí)和面向未來的雙重意義。

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