电气阀门定位器是气动调节阀重要附件之一,通常与气动调节阀配套使用,它接受调节器的输出信号,然后以它的输出信号去控制气动调节阀,当调节阀动作后,阀杆的位移又通过机械装置反馈到阀门定位器,阀位状况通过电信号传给上位系统。
电气阀门定位器工作原理
电气阀门定位器是控制阀的主要附件。它将阀杆位移信号作为输入的反馈测量信号,以控制器输出信号作为设定信号,进行比较,当两者有偏差时,改变其到执行机构的输出信号,使执行机构动作,从而建立阀杆位移与控制器输出信号之间的对应关系。
因此,阀门定位器组成以阀杆位移为测量信号,以控制器输出为设定信号的反馈控制系统。该控制系统的操纵变量是阀门定位器去执行机构的输出信号。
电气阀门定位器作用
1、用于对调节质量要求高的重要调节系统,以提高调节阀的定位精确及可靠性。
2、用于阀门两端压差大(△p》1MPa)的场合。通过提高气源压力增大执行机构的输出力,以克服液体对阀芯产生的不平衡力,减小行程误差。
3、当被调介质为高温、高压、低温、有毒、易燃、易爆时,为了防止对外泄漏,往往将填料压得很紧,因此阀杆与填料间的摩擦力较大,此时用定位器可克服时滞。
4、被调介质为粘性流体或含有固体悬浮物时,用定位器可以克服介质对阀杆移动的阻力。
5、用于大口径(Dg》100mm)的调节阀,以增大执行机构的输出推力。
6、当调节器与执行器距离在60m以上时,用定位器可克服控制信号的传递滞后,改善阀门的动作反应速度。
7、用来改善调节阀的流量特性。
8、一个调节器控制两个执行器实行分程控制时,可用两个定位器,分别接受低输入信号和高输入信号,则一个执行器低程动作,另一个高程动作,即构成了分程调节。
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阀门定位器按结构分:气动阀门定位器、电气阀门定位器及智能阀门定位器,是调节阀的主要附件,通常与气动调节阀配套使用,它接受调节器的输出信号,然后以它的输出信号去控制气动调节阀,当调节阀动作后,阀杆的位移又通过机械装置反馈到阀门定位器,阀位状况通过电信号传给上位系统。
(一)结构
阀门定位器按其结构形式和工作原理可以分成气动阀门定位器、电-气阀门定位器和智能式阀门定位器。
阀门定位器能够增大调节阀的输出功率,减少调节信号的传递滞后的情况发生,加快阀杆的移动速度,能够提高阀门的线性度,克服阀杆的摩擦力并消除不平衡力的影响,从而保证调节阀的正确定位。
(二)定位器分类
1、阀门定位器按输入信号分为气动阀门定位器、电气阀门定位器和智能阀门定位器。
(1)气动阀门定位器的输入信号是标准气信号,例如,20~100kPa气信号,其输出信号也是标准的气信号。
(2)电气阀门定位器的输入信号是标准电流或电压信号,例如,4~20mA电流信号或1~5V电压信号等,在电气阀门定位器内部将电信号转换为电磁力,然后输出气信号到拨动控制阀。
(3)智能电气阀门定位器它将控制室输出的电流信号转换成驱动调节阀的气信号,根据调节阀工作时阀杆摩擦力,抵消介质压力波动而产生的不平衡力,使阀门开度对应于控制室输出的电流信号。并且可以进行智能组态设置相应的参数,达到改善控制阀性能的目的。
2、按动作的方向可分为单向阀门定位器和双向阀门定位器。单向阀门定位器用于活塞式执行机构时,阀门定位器只有一个方向起作用,双向阀门定位器作用在活塞式执行机构气缸的两侧,在两个方向起作用。
3、按阀门定位器输出和输入信号的增益符号分为正作用阀门定位器和反作用阀门定位器。正作用阀门定位器的输入信号增加时,输出信号也增加,因此,增益为正。反作用阀门定位器的输入信号增加时,输出信号减小,因此,增益为负。
4、按阀门定位器输入信号是模拟信号或数字信号,可分为普通阀门定位器和现场总线电气阀门定位器。普通阀门定位器的输入信号是模拟气压或电流、电压信号,现场总线电气阀门定位器的输入信号是现场总线的数字信号。
5、按阀门定位器是否带CPU可分为普通电气阀门定位器和智能电气阀门定位器。普通电气阀门定位器没有CPU,因此,不具有智能,不能处理有关的智能运算。智能电气阀门定位器带CPU,可处理有关智能运算,例如,可进行前向通道的非线性补偿等,现场总线电气阀门定位器还可带PID等功能模块,实现相应的运算。
6、按反馈信号的检测方法也可进行分类。
例如,用机械连杆方式检测阀位信号的阀门定位器:用霍尔效应检测位移的方法检测阀杆位移的阀门定位器:用电磁感应方法检测阀杆位移的阀门定位器等。
(三)工作原理
阀门定位器是控制阀的主要附件.它将阀杆位移信号作为输入的反馈测量信号,以控制器输出信号作为设定信号,进行比较,当两者有偏差时,改变其到执行机构的输出信号,使执行机构动作,建立了阀杆位移量与控制器输出信号之间的一一对应关系。因此,阀门定位器组成以阀杆位移为测量信号,以控制器输出为设定信号的反馈控制系统。该控制系统的操纵变量是阀门定位器去执行机构的输出信号。
(四)定位器作用原理
(1)用于对调节质量要求高的重要调节系统,以提高调节阀的定位精确及可靠性。
(2)用于阀门两端压差大(△p>1MPa)的场合。通过提高气源压力增大执行机构的输出力,以克服液体对阀芯产生的不平衡力,减小行程误差。
(3)当被调介质为高温、高压、低温、有毒、易燃、易爆时,为了防止对外泄漏,往往将填料压得很紧,因此阀杆与填料间的摩擦力较大,此时用定位器可克服时滞。
(4)被调介质为粘性流体或含有固体悬浮物时,用定位器可以克服介质对阀杆移动的阻力。
(5)用于大口径(Dg>100mm)的调节阀,以增大执行机构的输出推力。
(6)当调节器与执行器距离在60m以上时,用定位器可克服控制信号的传递滞后,改善阀门的动作反应速度。
(7)用来改善调节阀的流量特性。
(8)一个调节器控制两个执行器实行分程控制时,可用两个定位器,分别接受低输入信号和高输入信号,则一个执行器低程动作,另一个高程动作,即构成了分程调节。
(五)适配品种
常用执行机构分气动执行机构,电动执行机构,有直行程、角行程之分。用以自动、手动开闭各类阀门、风板等。
阀门定位器提供的压缩空气必须是经过过滤器清洁的空气。工作中拆卸的部件,在调节结束后一定要正确的固定。注意不要使磁性装置受到震动或对其施加过大的力,这样会使零件受损,工作性能降低。应尽量减少拆卸喷嘴挡板装置的次数。
用户在对阀门定位器进行选型时都会注意其基础参数,对现场环境的正常使用非常重要,下面介绍一些要点。
1、通讯方式
可以支持HART、Profibus PA和FOUNDATION Fieldbus (FF现场基金会总线)。
2、防爆形式
本质安全防爆EExia;无火花防爆EExn;隔爆EExd
3、选择二/三四线制版本的前提
控制信号为0-20mA;带有HART通信且具有防爆功能的阀门定位器,即6DR52**;通过定位器来实现断电信号保护(全开、全关、保位)功能时。
4、外壳
塑铝外壳,玻璃纤维增强的聚碳酸酯内壁铝涂层;铝外壳(只限单作用);不锈钢外壳(没有玻璃窗);隔爆铝外壳。
5、三种限位模块
①Alam模块包括3个开关量输出,两个用于限位输出,一个用于故障报警输出,1个开关量输入。可以用于包括隔爆型在内的所有阀门定位器,限位值通过参数设置。
②SIA模块包括3个开关量输出,两个用于限位输出,一个用于故障报警输出,不可以用于隔爆型阀门定位器,限位值通过机械的拨轮设置。
③机械接点式限位模块包括3个开关量输出,两个用于限位输出(机械式干接点输出),一个用于故障报警输出,不可以用于隔爆型阀门定位器,限位值通过机械的拨轮设置。
其中,用户要特别注意,每台阀门定位器只能扩展一一种类型的限位模块,当定位器采用分体安装时,不能选择SIA和机械接点式限位模块。
那么另外若要选择一个较为适用的(或者说较佳的)阀门定位器,就应注意考虑下列因素:
1 ) 阀门定位器能否实现“分程(SPLIT—ranging)”?实现“分程”是否容易、方便?具备“分程”功能就意味着阀门定位器只对输入信号的某个范围(如:4~12mA 或0.02~0.06MPaG)有响应。因此,如果能“分程”的话,就可以根据实际需要,只用一个输入信号实现先后控制两台或多台调节阀。
2 ) 零点和量程的调校是否容易、方便?是不是不用打开盒盖就可以完成零点和量程的调校?但值得注意的是:有时候为了避免不正确的(或非法的)操作,这种随意就可进行调校的方式需要被禁止。
3)零点和量程的稳定性如何?如果零点和量程容易随着温度、振动、时间或输入压力的变化而产生漂移的话,那么阀门定位器就需要经常地被重新调校,以确保调节阀的行程动作准确无误。
4 ) 阀门定位器的精度如何?在理想情况下,对应某一输入信号,调节阀 的内件 ( Trim Parts ,包括阀芯、阀杆、阀座等)每次都应准确地定位在所要求的位置,而不管行程的方向或者调节阀的 内件随 多大的负载。
5 ) 阀门定位器对空气质量的要求如何?由于只有极少数供气装置能提供满足 ISA 标准(有关仪表用空气质量的标准: ISA标准F7.3 )所规定的空气,因此,对于 气动员 或电 - 气 ) 阀门定位器,如果要经受得住现实环境的考验,就必须能承受一定数量的尘埃、水汽和油污。
6 ) 零点和量程的标定两者是相互影响还是相互独立?如果相互影响,则零点和量程的调校就需要花费更多的时间,这是因为调校人员必须对这两个参数进行反复调整,以便逐步地达到准确的设定。
7 ) 阀门定位器是否具 务 “旁路”(Bypass)可允许输入信号直接作用于调节阀?这种“旁路”有时可简化或者省去执行机构装配设定( ActuatorSettings)的校验,如:执行机构的“支座组件( Benchset )设定”和“弹簧座负载( SeatLoad)设定”——这是因为在许多情况下,一些气动调节器的气动输出信号与执行机构的“支座组件设定”完全吻合匹配,用不着对其再进行设定(其实,在这种情况下,阀门定位器完全可以省去不用。当然,如果选用了,那么也可利用阀门定位器的“旁路”使气动调节器的气动输出信号直接作用于调节阀)。另外,具备“旁路”有时也可允许在线的对阀门定位器进行有限度的调校或维修维护(即利用阀门定位器的“旁路”使调节阀继续保持正常工作,无须强制调节阀离线)。
8 ) 阀门定位器的作用是否快速?空气流量(Airflow)愈大(阀门定位器不断的比较输入信号和阀位,并根据它们之间的偏差,调节其本身的输出。如果阀门定位器对这种偏差响应快速,那么单位时间里空气的流动量就大),调节系统对设定点(Setpoint)和负载变化的响应就愈快—这意味着系统的误差(滞后)愈小,控制 品质愈佳 。
9 ) 阀门定位器的频率特性 ( 或称频率响应, Frequency Response —即 G ( jω),系统对正弦输入的稳态响应是什么?一般来说,频率特性愈高(即对频率响应的灵敏度愈高),控制性能就愈好。但必须注意:频率特性应采用稳定的实验方法(ConsistentTest Methods )而非理论方法来确定,并且在评估测定频率特性时,应将阀门定位器和执行机构合并起来考虑。
10 ) 阀门定位器的最大额定供气压力是多少?例如:有些阀门定位器的最大额定供气压力只标定为 501b/in ? (即:50psi , lpsi =0.07kgf/cm ?≈ 6.865kpa) ,如果执行机构的额定操作压力高于 501b/in?,那么阀门定位器就成了执行机构输出推动力的制约因素。
11 ) 当调节阀与阀门定位器装配组合后,它们的定位分辨率( PositioningResolution)如何?这对调节系统的控制品质有非常明显的作用,因为分辨率越高,调节阀的定位就越接近理想值,因 调节阀过调(Overshooting )而造成的波动变化就可以得到扼制,从而最终达到限制被调节量周期变化的目的。
12 ) 阀门定位器的正反作用转换是否可行?转换是否容易?有时这个功能是必要的。例如,要把一个“信号增加 —阀门关”的方式改为“ 信号增加 — 阀门开“的方式,就可使用阀门定位器的正反作用转换功能。
13)阀门定位器内部操作和维护的复杂程度如何?众所周知,部件越多,内部操作结构越复杂,对维护(修)人员的培训就越多,而且库存的备品备件就越多。
14 ) 阀门定位器的稳态耗气量( Steady-state Air Consumption)是多少?对于某些工厂装置,这个参数很 关键,而且可能是一个限制因素。
15 ) 当然,在评价和选用阀门定位器时,其他因素也应考虑。譬如:阀门定位器的反馈连杆机构( FeedbackLinkage)要能真实的反应阀芯的位置;另外,阀门定位器必须坚固耐用,具备抗环境保护和防腐能力,而且安装连接简易方便。
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