介紹了智能閥門定位器及常規(guī)電氣閥門定位器的工作原理。從使用、維護和經(jīng)濟三個方面對比分析了智能定位器和傳統(tǒng)定位器的優(yōu)缺點，發(fā)現(xiàn)智能閥門定位器具有性能穩(wěn)定、調(diào)校方便、維修簡單、成本低廉等優(yōu)點。闡述了當前化工企業(yè)中廣泛使用智能閥門定位器面臨的挑戰(zhàn)。

　　閥門定位器是普遍用于石油化工生產(chǎn)過程中的一種調(diào)節(jié)閥的附件，作為調(diào)節(jié)閥的輔助工具，對調(diào)節(jié)閥的性能起著決定性作用。閥門定位器具有使調(diào)節(jié)閥提高響應速度、定位精度、增大執(zhí)行機構輸出力等的作用。閥門定位器質量的好壞直接影響調(diào)節(jié)閥的使用，從而影響到工藝的生產(chǎn)操作。常見的閥門定位器根據(jù)其結構形式和工作原理的不同分為氣動閥門定位器、電氣閥門定位器和智能電氣閥門定位器(簡稱智能定位器)。目前，閥門定位器技術逐漸向智能化、小型化發(fā)展，智能定位器具有高度自動化、安裝簡單、免維護等優(yōu)點，普遍應用于各種大型石油化工生產(chǎn)裝置的自動化控制中。

1、智能閥門定位器工作原理

　　智能閥門定位器的工作原理如圖1所示。模擬量4～20mA信號傳給微處理器，與閥位傳感器的反饋信號進行比較，微處理器根據(jù)偏差的大小和方向進行控制計算，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于氣動放大器輸出壓力進行增量控制，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果進行比較運算，通過兩級控制后輸出信號到執(zhí)行機構，執(zhí)行機構內(nèi)儀表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)信號壓力，大幅度改變到執(zhí)行機構的信號壓力以驅動閥門快速動作;隨著閥門接近要求的位置與測得實際位置的差值變小，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)行機構的信號壓力，使執(zhí)行機構接近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。

圖1 智能電-氣閥門定位器結構示意圖

1-二線制輸入信號接線;2-控制板(有LCD顯示和功能按鍵);　3-壓電式閥組件(單作用定位器);4-附加壓電式閥組件(雙作用定位器);　5-功能模塊;6-單作用執(zhí)行機構(彈簧返回);7—雙作用執(zhí)行機構

2、智能定位器的應用優(yōu)勢

　　2.1、性能優(yōu)勢

　　從閥門定位器的工作原理可以看出，智能定位器可以實時進行信息控制、提高安全性和減少硬件開支。智能定位器的控制是一個變量控制，在給定信號時，定位器輸出流量曲線如圖2所示。在變量大的時候，定位器的輸出是快速大流量，而在變量小的時候，定位器的輸出流量是逐漸減小直到為零，當閥位穩(wěn)定在要求開度而沒有新的命令信號時，定位器的輸出流量幾乎為零。而常規(guī)定位器的控制是平衡比較控制，主要通過調(diào)節(jié)定位器的增益控制定位器、放大器的反應速度。在反應速度一定的條件下，定位器的輸出流量和輸出壓力是不斷變化的，如當閥位高于給定值時，定位器輸出壓力增加，閥位向下動作，由于反應速度固定，在定位器放大器的輸出流量是一定的。所以在閥位向下動作的時候，噴嘴擋板的動作時間延緩，致使閥位動作過多，此時閥位會低于給定值，定位器輸出壓力又會減小，如此反復。

圖2 定位器輸出曲線圖

　　因此，在給定一個閥位時，經(jīng)過一個調(diào)節(jié)過程后，智能定位器的輸出流量會保持為零;節(jié)省空氣消耗，減少能耗，其空氣消耗只是傳統(tǒng)定位器20%。智能定位器的定位快速、精確，常規(guī)定位器因其輸出流量是不斷變化的，故其定位速度、精度是不能和智能定位器相比的。

　　2.2、維護優(yōu)勢

　　1)定位器作為調(diào)節(jié)閥的附件，當調(diào)節(jié)閥檢修后一般都需要通過定位器對其進行調(diào)校。目前常規(guī)定位器的調(diào)校均采用手動調(diào)整零位、量程來滿足調(diào)節(jié)閥的性能要求。調(diào)校時需要使用專用設備、必須隔離控制回路，同時零點和行程的調(diào)整互相影響，須反復調(diào)整，線性偏離嚴重時，則更難調(diào)整。這種調(diào)校方法費時、耗力，而且精度等級低，調(diào)校結果受檢修調(diào)校人員的水平影響較大。而對于智能定位器，由于它的調(diào)校不需要對定位器本身作太多的調(diào)整，可以在線更換，連續(xù)性生產(chǎn)裝置重要閥門一般沒有復線，一旦損壞，嚴重影響生產(chǎn)，但是智能定位器通過PC機保存組態(tài)數(shù)據(jù)和初試化數(shù)據(jù)，故障時更換智能定位器，只需將組態(tài)數(shù)據(jù)和初試化數(shù)據(jù)下載到定位器中就可以使用，精度達到1%。在線診斷，通過診斷信息分析可以縮短儀表維護人員的故障處理時間，特別是西門子SIPARTSP2系列智能定位器，它的調(diào)校完全不需要人為調(diào)整定位器內(nèi)部零件。因其內(nèi)部可調(diào)整的零件很少，其調(diào)校過程是定位器內(nèi)部運算放大器運算、整定的過程，在整定后出現(xiàn)偏差時，才需要通過人為的微量修定來矯正，在大多數(shù)的情況下是不需要維護人員去調(diào)整的。

　　2)常規(guī)定位器多為機械式力平衡原理，常采用噴嘴擋板機構。由于噴嘴本身的特性，執(zhí)行器在穩(wěn)定狀態(tài)時也要大量消耗壓縮空氣，若使用執(zhí)行器數(shù)量較多，能耗較大，而且噴嘴本身是一個潛在故障源，易被灰塵或污物顆粒堵住，使定位器不能正常工作，特別在儀表空氣不夠干凈的情況下更容易出現(xiàn)故障，這種情況在定位器日常維護過程中經(jīng)常出現(xiàn)。另外定位器內(nèi)部可動件較多，容易受溫度波動、外界振動等干擾因素的影響，環(huán)境適應性差。比如定位器力反饋彈簧在惡劣環(huán)境、長期受力等條件下，彈性系數(shù)會發(fā)生改變，造成調(diào)節(jié)閥線性偏離，導致控制質量下降;而外界振動傳遞到力平衡機構，則容易造成可動部件磨損、零點和行程漂移，使定位器難以工作。智能定位器沒有太多的可動部件，其工作環(huán)境要求比常規(guī)定位器低，特別是抗振動性尤其突出。己內(nèi)酰胺裝置的空氣壓縮機入口閥和出口閥所用的定位器是西門子智能定位器，性能穩(wěn)定，在強振動環(huán)境工作運行近一年時間沒有出現(xiàn)過任何問題。

　　3)就定位器的安裝而言，常規(guī)的定位器對于安裝位置要求較高，特別是在閥位反饋的安裝上，要將反饋安裝在規(guī)定的位置，可調(diào)整的量不大。而智能定位器的安裝就沒有那么嚴格，從目前使用的幾種智能定位器來看，安裝位置要求基本上都是有兩點：一是調(diào)節(jié)閥在50%開度時，定位器的反饋也基本在其有效轉角的中間位置;二是調(diào)節(jié)閥全開全關動作時，定位器反饋的轉角要在限制的范圍內(nèi)。只要滿足這兩個條件，定位器就可以達到性能要求。

　　在調(diào)校定位器的時，不可避免的會產(chǎn)生誤差。常規(guī)的定位器特別是氣動定位器，由于其整個控制回路中元件數(shù)量比電氣定位器和智能定位器都多了一個電氣轉換器，在回路聯(lián)調(diào)時，累積誤差要大一些，對比結果見表1。作為常規(guī)定位器，不論是氣動定位器還是電氣定位器，其調(diào)校都是以人為的調(diào)整零位、量程、增益來滿足性能要求的。在調(diào)校過程中，調(diào)校精度是不可控的或是不穩(wěn)定的，受調(diào)校人員的水平、定位器性能、裝配精度的限制比較明顯，誤差也比較大。而智能定位器不受調(diào)校人員的影響，定位器內(nèi)部可動部件少，本身精度高，因此它的誤差也就很小。

　　所以，無論是安裝、調(diào)試，還是維護，智能定位器都比常規(guī)定位器有優(yōu)勢。

　　2.3、經(jīng)濟優(yōu)勢

　　目前，化工企業(yè)都在盡力降低生產(chǎn)成本，追求更高的利潤，而設備的檢修、更新所需要的資金在產(chǎn)品成本中占有較大的比例，減少設備的檢修、更新頻率可以在一定程度上降低產(chǎn)品成本。以電氣定位器和智能定位器比較，初期投資額基本相當，但從上文的分析中發(fā)現(xiàn)：常規(guī)電氣定位器在穩(wěn)定狀態(tài)時仍然需要消耗大量的儀表空氣，智能定位器在穩(wěn)定后幾乎不消耗儀表空氣。而且常規(guī)定位器內(nèi)部可動件較多，易損件也多，而智能定位器內(nèi)部可動件少，相對的易損件少;智能定位器基本上不存在維護成本，常規(guī)定位器則需要經(jīng)常更換放大器、波紋管等部件，所以常規(guī)定位器的維護成本比智能定位器高。各種定位器的性能及維護成本對比見表1。

表1 智能定位器和常規(guī)定位器對比分析表

3、存在的問題

　　對于化工生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)穩(wěn)定連續(xù)是我們的期望值之一。從目前的智能定位器的性能看，有一個重要的制約因素———定位器的在線更換，這使我們在選用定位器時依然需要考慮常規(guī)定位器。由于智能定位器在初次使用時，需要進行輸入、運算、貯存數(shù)據(jù)，因而就必須要有一個初始化和自整定過程，這個自整定過程會導致調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生全開全關動作。而在某些場合，工藝運行是不允許調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)開或關的動作的，例如裝置中的一些三通閥、工藝管線上沒有設計副線、不能旁路操作等時，就不允許在定位器調(diào)試過程中出現(xiàn)導致調(diào)節(jié)閥全開全關的動作。因此對于在線更換，常規(guī)定位器仍然有它不可比擬的優(yōu)勢，而智能定位器的這個問題，需要我們在今后的工作中去研究解決。

4、結束語

　　從近幾年己內(nèi)酰胺實際生產(chǎn)過程中定位器的使用效果來看，智能閥門定位器具有性能穩(wěn)定、調(diào)校方便、具備自診斷功能、維修簡單等優(yōu)點，且既能與DCS直接通訊，又可移植到現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中，在當今儀表技術行業(yè)具有廣闊的發(fā)展應用空間。