標題智能閥門定位器在控制系統中的應用探討

本文結合在南通醋酸纖維有限公司三期醋片工程中150臺  FISHER 的智能閥門定位器的成功應用和筆者收集到的相關公司的產品資料，探討智能化的（模擬量信號疊加數字量信號，如4~20mA+HART）閥門定位器的如下幾個問題。

    1、何謂智能閥門定位器

    智能閥門定位器的定義還沒有確切的說法，根據筆者對目前世界上一些有影響的產品的了解，可以作如下理解：智能閥門定位器是基于微處理器的，通過雙向遠程通訊，可選擇地實現組態、調試、診斷和數據管理等功能的數字式閥門定位器。

    2、智能閥門定位器與常規電/氣閥門定位器的比較

    2.1 性能

    智能閥門定位器作為新一代產品，比起常規電/氣閥門定位器肯定有很多改進。如果從閥門定位器的性能來分析，智能閥門定位器在控制精度、管理系統獲得的信息量和遠距離操作功能等方面占有較大優勢。見表1。

表1  閥門定位器性能比較 

    AMS: ASSET  MANAGEMENT  SOLUTIONS

    2.2 軟件功能

    與常規的定位器比較，智能閥門定位器可具有豐富的軟件功能。如：定位器啟動后，自動調整零點和滿量程、自動檢測執行器或氣動系統中的誤差信號、選擇操作方向、組態需要的閥門特性、在運行中修改調節參數、監察和自診斷、故障報警、軟限位開關和位置指示、閥門的全行程自校。高級的軟件功能還可查看閥門的執行機構特性、動態偏差、階躍響應等信息。另外，閥門的工況也可在其上反映出來。借助這些信息，可以快速準確地判斷和處理故障，通過應用軟件建立閥門操作狀況的圖表，從閥門狀況的變化趨勢進一步建立例行保養制度，確定維修的內容和周期。如FISHER的智能閥門定位器配上專用軟件VAVELINK后，具有了高級動態診斷功能：將閥門的機械性能指標與控制系統的指標結合起來，判斷閥門的損壞情況，見圖1： 

                                
圖1  軟件的高級診斷功能示例

    常規電/氣閥門定位器一般功能差不多，而由于智能閥門定位器主要由軟件實現各種功能，不同制造商的、或同一制造商的不同型號的智能閥門定位器的軟件功能差別會很大。故在設計選型中必須根據需要、控制系統的適應性、價格及技術力量綜合考慮。如：

    ISHER的智能閥門定位器DVC系列，針對不同用途，有不同型號可選擇：
    DVC—AC：可用FISHER—ROSEMOUNT 的275手操器進行組態、調試，但非雙向通訊。也可與其它品牌的調節閥兼容。
    DVC—HC：標準型
    DVC—SD：帶標準診斷
    DVC—AD：具有高級診斷功能
    DVC—F：用于現場總線，不疊加模擬信號

    2.3 輸入阻抗

    常規電/氣閥門定位器的輸入阻抗一般為250Ω，而智能閥門定位器的輸入阻抗均大于250Ω。只是各個品牌的阻抗不一樣，且表達方式也不同。阻抗增大，系統運行受影響，這是智能閥門定位器的一個新的應用問題。如處理不好，就會與系統不匹配，故該問題應向制造商了解情況。在南通醋酸纖維有限公司三期工程的調試中，曾出現過控制系統的卡件帶不動智能閥門定位器的情況，使FISHER—ROSEMOUNT 的設備管理系統AMS 無法與智能閥門定位器相互通訊。解決的辦法是：在控制系統的卡件與智能閥門定位器之間加裝一個智能中繼（SMART REPEATER），以增加控制系統的帶負載能力。這樣，終于成功地將所有調節閥的信息引入了AMS系統。其連接見圖2。

圖2   智能中繼連接圖

    下面表2列出一些知名品牌的智能閥門定位器的輸入阻抗（按原樣本的方法標注）。 

表2  智能閥門定位器的輸入阻抗

    2.4 價格

    智能閥門定位器由于軟件功能差異很大，硬件配置也有不同，不僅不同品牌的產品價格不同，而且同一品牌的不同型號的產品價格也不一樣。目前，一般功能少的智能閥門定位器的價格與常規的相當或高20%，而具有高級診斷及閥位反饋功能的智能閥門定位器的價格比常規的高一倍左右。通常功能少的價格低，功能多的價格高，因此不能簡單比價，而要結合具體功能。

    3、智能閥門定位器的模擬量和數字量信號分別如何接入二個接收系統

    智能閥門定位器的輸入信號同線傳送模擬信號4~20Mat 數字信號，如HART。二種信號如何分別取出，一個接入接收模擬信號的系統，另一個接入接收數字信號的系統，這是智能閥門定位器在工程設計中一個需確切解決的新問題。在南通醋酸纖維有限公司醋片裝置三期工程中，智能閥門定位器的信號同時送給SIEMENS 公司的過程控制系統工程PCS 和FISHER—ROSEMOUNT 公司的設備管理系統工程AMS 。采用的接線方法如圖3。 

    圖中PCS對智能閥門定位器接收而且只接收其4~20mA模擬信號，而AMS 接收而且只接收其HART 數字信號，雖然二路分別接PCS 和AMS 的信號仍都是4~20mADC疊加高頻數字信號HART，但兩者相互獨立，HART 信號不影響PCS 對模擬信號的接收，模擬信號同樣也不影響AMS 取 HART 信號。

    4、能閥門定位器可具閥位檢測裝置，進行閥位反饋

    確切的閥位信號尤其是硬反饋的閥位信號是控制系統的一個重要參數。智能閥門定位器很多具有閥位檢測裝置以進行閥位反饋，但各品牌、各型號的產品又不一樣：有的反饋4~20mA的模擬信號，有的反饋HART 信號，見表3。故設計時要根據需要進行選擇。

表3 閥位檢測及傳送

    5、閥門定位器智能化是發展趨勢

    由于智能閥門定位器是基于微處理器的具有通訊能力的電/氣閥門定位器，除了輸入的電流信號轉換成輸出壓力信號的基本功能外，還能按照各種通訊協議（如HART），用通訊器（如FISHER—ROSEMOUNT的275手操器）在現場或控制室內靈活進行操作，直接設定或修改組態參數，省卻了調校中的登高作業；或通過專用軟件，除了可在控制室內進行組態，還可在PC機上讀取過程控制的大量信息，幫助診斷故障原因。目前，智能閥門定位器的通訊還處于一個過渡階段，即4~20mA模擬信號疊加數字信號（如HART）和現場總線數字信號（如FF、PROFIBUS等）并存。由于前者能適應多種工況，而其多種價格的不同功能的產品適應了廣大用戶的需要，故會在相當長一段時間內，有其存在的必要。筆者相信，隨著智能閥門定位器的廣泛應用，其方便性和對系統的適應性將會不斷得到改進，而使用智能閥門定位器也將成為一種發展趨勢。

    附注：

    HART：HIGHWAY  ADDRESSABLE REMOTE TRANSDUCER
    DE：  DIGITAL ENHANCE
    FF：FIELDBUS FOUNDATION
    PROFIBUS：PROCESS FIELD BUS