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气动球阀-灵活的阀门和定位器的介绍

气动球阀-灵活的阀门和***的介绍
 

 


    6.1.1工艺控制介绍

    直到*近,大多数阀门和执行机构被用作为模拟系统的零件。今天过程工业已进人一个新的黄金时代,面临着工艺控创正在改变.以至于灵活技术正在很快地超越那些过时的份经‘度流行的棋拟系统。灵活终靖控侧元件一例如安装在门门上或安装在用于执行机构的定

位器上的灵活系统.很少有或没有动的零件失效。效字通讯的性能远远地优于FP模拟系统的4 - 2OmA的信号。此外。今天的灵活终月控侧元件提供许多新的功能.例如自动环路阅谐、自身诊断信息处理、计创维护和,告/报,管理。 为了了解灵活产品的术语和功能.必须首先了解常用仪表、控制原理及其术语。

    6.1.2控刹昌及分配控制系统
    很多与工艺传感器柑连接的控制系统及终端控斜元件。例如控制阔和执行机构。使用控侧器或分配控翻系统提供控制环路中的信息。控侧器是个徽型信息处理机.它接受来自工艺传感的愉人,例如压力或没度传感器或流It什。井与预定值比较这个信息,进行比较之后,
它送出一个正确信号到终场控制元件直到达到预定值。在今夭常用的控翻器具有可供环路阅谐用的三向模式,换言之.用户调整比例、积分和导致设定,它们常叫做PID控制。对于PID控制,此三个设定可以调整使控制环路**化或提供可靠的控制环路特性。例如在设定
点和工艺变I之间的变化可自动校正或增加系统速度以改进系统响应。


    对于更大规摸的控制器是分配控翻系统DCS. DCS是一个中心徽里信息处理机,它被设
计成接受来自许多设施的效据并控制其反馈到几个终端控制元件。对于以万,所有翰人的导
线和终端控侧元件被引导到一个中心区.通常是在一个控制室内。DCS位于此处。




    6.1.3模拟工艺控创系统
   模拟工艺控制系统己有很长的历史,它开始于.970年中期.并作为工业标准。但是截至2000年,模拟工艺控制系统普遏地被数字工艺控翻系统所代替。不顾这些变动.很多的工艺控制工厂仍然依靠这个技术并了解它的操作。一
    对于方便的模拟系统,工艺传感设沌传送4-20mA信号到控创器或DC5.,信号通过恺装双丝线传送的。因为控制器或i is是一个简单的计算机,它使用数字信号,来自现场的模拟信息必须转变成用于控侧器或且Ics的数宇信号。这是通过模拟.人/抽出界面卡完成的,它为徽里
信息处理机将模拟信号转变成数字信号以便应用,如图6.,所示。如果通过传送信号接受的信


息不同于工艺过程所描之值,计算器或仪S送出正确信号到终端控制元件,它可能是控制阅。再来一遭.由于所涉及的模拟通讯线,控翻器或将送出一个教字信号,然后转变为模拟信号并通过可东的棋拟线传送到控创日。,控制闷通过移动它的位,*终达到正确的工
艺数值。
    模拟设施—例如涟量计、限位开关或***.用来产生工艺信息或对来自控制器的反恢起反应并通过机械手段产生棋拟信号。例如限位开关取决于轴的机械运动去使限位开关ff御与它的接触,这将导致限位开关触点的接触和送出模拟信号模拟工艺控刹系统的主要优点是:由于模拟愉八了愉出界面,任何模拟设旅-不营它是流量计还是控制阀,能够和控制器或川万联系.使设备的互换性容易。第二个优点是模拟系统在**范圈内已被普迫接受,仪表从业人士已熟悉它并且许多工艺设施仍然在使用它。

    模拟系统也具有许多缺点。首先,它必须有可书的线路,或换言之,即一个设施配一条线路。如果两个设施共用一条4一2OmA的线路。信号易于产生相互的不利影响井扰乱控制器或DCSO当然,电线路会遭受磁场或射电报率的不利形响。此外,电线路会被损伤或破

坏。模拟设施必须有运动零件产生模拟信号.它会被栩耗、失效或中止操作。还有.由于棋拟设施需要机械调节,校准会自必需的设定点橄移.特别是在有振动的地方。

    6.1.4 HART场地通讯规程的开发
    开发HARI,场地通讯规程及各种品种的X1;41现场仪表对于安装在模拟工艺系统的控制系统有利。字母缩写I,flR ll代表高通导可寻址遥控传送器,并于19劝年末期成为仪表侧造商脑力劳动的产物。仪表俐造商向其他开发者公开了规程并在i "P.)年形成了大t的用户群。在1993年用户群体发展成1: in 6t I通讯墓地,它的建立是为了支持在过程工业中应用I,11!L I规程。由于现有的数百个工厂使用传统的模拟工艺控制系统.HA盯规程使数字技术和它的4一z山n八连线的结构得到应用,并使数字通信带有I I, ri 11 i1}**的控制阔门和其他气动球阀.

    按**。II ii规程保持4, 2dmA信号.而使两向数字通讯工作在4 .2OmA线路内而不千扰信号线路的原有目的。IIni+I的发展是围绕着主
动Z从动的环墩,此处控制阔或***(具有数字能力),或其他灵活设施《作为从动设旅》仅当主动设施通信时才联通。主动设施可以是个人计算机或手持通话装I(典里的手持通话装皿见图6.2描述)。
    典型地,HART规程(与灵活阔门或数字***共同使用时)提供超过传统的4-2OmA设施的较大功能度和改进的性能。此外它也可供其他信息收集和墓于功能的性能,例如校正、诊断、设定设备参数和数据储存之用。
    6.1.5数字过程控制系统
    由于模拟过程控制系统的缺点,以及联系到*近出现的墓于徽型信息处理机的控翻器、分配控创系统和场地信息转移通路,而对敬字通讯的要求明显增长,并在1111+)年进人贫金时代。数字过程控制系统不仅应用了控制器或【陇S的教字通讯而且也使用了过程传感
器和终端控制元件的数字通讯。这些消灭了由摸拟到数字界面的转变。以及某些机杖零件和模拟设施的运动。它较大地改进了产品的可命性,仅有少盆的运动零件失效或线路破坏。它也保证控制器能接收准确信息和终端控侧元件完全按照反位随动。与模拟系统比较,在敬字
系统中,其汤后、重复性和其他控翻间厄都是很少的。不过在控制器、以3及过程传感器与终劝控侧元件效字通讯之间仍然书要有形的线路,这就使得许多设施使用单根线路。这是因为每一个设施有一个电特征可使它本身识别I i_K和控翻器而不受信号干扰。


    基于标准化通讯全数字语言的数字通讯,叫傲场地信息转移通路。对于场地信息转移通路,场地设施不仅和控制器或LEK通讯并且也
和其他场地设旅通讯。场地信息转移通路提供合理的动力派去运转灵活设备的复杂功能。
    对于数字系统。模拟艳Al特出界面被场地信息转移通路数字界面所代替,它能接收来自用一条致字线路连接的多路设旅的信号。’数字
通讯的主要优点是由任何设施送出的信号通过仪表特征很容易地被识拼。并且能够由对抗的信号中分离。这些使用以万按一个设施将信息
分类并送出反馈面抽人到另一设施,如图6.3
所示。
   二教字系统的*明显的优点是改进了系统的准确度和响应。对于数宇通讯没有任何信号丢失。运动零件和连接件的减少盆味着有较佳性
能、较少的维护和再校正以及较少备件储备。一且数字通信连接到位,所有设施之间的互换是可能的,这也是摸拟系统有益之处。如果系统内含有R叮,控侧数字系统将供自动环路润谐和改进控侧环路性能之用。设备功能信息能产生对设备和过程的诊断,它有助于计划维护
和消灭维护的突然性。对于场地信息转移通路技术,可利用通信线路内的动力去运转数宇设
备,排除了外娜动力源。

    6.1.6场地信息转移通路标准化
  ·:直到199(,年末期,标准化的场地信息转移通路的问理是投有过程工业之间对于通信语言能够较好地服务于对它的全球需要的普盆协议。早期的场地转移通路的开发者各自**不同的通信语言。但是用户要具有全部数字通佑和全部灵活设施用相同场地信息转移通路操
作,这些限制了用户的选择。这是因为不同的竞争对手提出几种场地信息转移通路的标准。这些分岐,终在推梢不同场地信息转移通路者之间被解决。关于基本场地信息转移通路技术(由场地信息转移通路墓地开发》被认为是*初的饭先者。由于真的标准化场地信息转移通路
的出现,所有灵活过程设备及其有关软件能够使用同一语言被开发出来,在所有数字设施之中产生真正的致字关系。

    从1年开始,场地信息转移通路聚集了百家以上的数宇过程控制产品的开发者和创造厂在场地信息转移通路的庭下共同工作.这些公司支待一个具有基值和产品开发的全球场地信息转移通路规程,但是基本场地信息转移通路技术不归任何公司所拥有。对场地压倒多
数的支持。已促使过程工业承认了这些。基本场地信息转移通路的标准化顶期可在不远的将来出现。基本场地信且转移通路是一个相互的可操作系统,系统互连(任弧沪   so)所创立的7层通讯摸型,如表6.1所示。准方案及国际电气委员会(任℃)相容。它是很据国际标准化组织的公开它的技术要求与趁遴和牙幻标

    6.1.7灵活阁门开发;.‘
    194()年初期,控侧阀结构和功能依然相对祖定。但是某些新的控刹闷结构,例如偏心旋塞门和弹赞气谁执行机构.被认为是先进的。控制阀作为终端控制元件的主要作用已有30多年没有变化,这点已被广泛接受。 积分数字通信概念和控制闷的情报在11l〕年初由工A专家宜布为过程控翻未来的早期原型而**次为人所知,但是这些早期原型基本上**成为自持的设施,因为过程工业还没
有可以使用统一的场地信息转移通路标准连接到仪3去应用这些致值。    但是在随后的十多年(由于场地信息转移通路通信、无线网络技术、条件监侧、以太网络技术和场地设施的迅速发展).控制阔工业已被数字产品发展的突然出现所重新激励。在
么义阵年。控翻阅的数字产品和软件的整体二级工业已被实现并且促进了整体控制闷门工业
的成长。

    6.1.8灵活一门的作用...一爪
    灵活阅门已被应用到控创阅上,它使用仪襄盘上徽信息处理机或效字***与模拟或数字通讯。对于终端控侧元件,控侧门必须具有与控制器或仪3采用计致法通讯的能力。以及与其他数字场地仪表的相互感应。产生数字通讯积极方面的优点。至少这些需要教字定
位卷。·气.补
    灵活产品的开发*初由于缺少标准化场地信息转移通路而缓.,但是今天使用的许多灵活门门和***已经开发。因此他们可以处理许多建议的场地信息转移通路的版本(每一个居要各自的软件和硬件版本)。今天夏活祠门根据徽信息处理机的能I和**而变化很大,例如放工在阅上的灵活系统能够提供单环路控翻一它要求备有过程传感器、控制器和致字***。

    这些要求广泛的功能.由过程控创到获得数据,再到本身诊断。此外,对于某些灵活阀门.PID控制能够加人到自动环路调谐工艺过程之中,因此它夏有有效率的。另外,数字***含有徽信息处理机,它仅用于帮助阅门使用其能力,起到终转控棍元件一样的作用。总
之,灵活阀门和***二者能提供各种等级的闷门自身诊断和**系统的管理,例如控创下的停车。
    许多工厂今天仍然保留与模拟线路的连接.每条线路附在单独的抽入设吃或终端控创元件之上。用数字线路代替这些模拟线路是费时和昂贵的,因此更换这些线路由于经济考虑已被推迟。由于这个原因,一个公共的舰程彼开发,此公共烧程允许灵活产品在所有通讯及所
需动力之中使用现有模拟线路。这意味着使用现有a一0107.1线路的灵活设施必须使用此种*坏的条件—以南1诱作为动力旅。这样低的动力问-.设施仅仅典有此有限的电子量.因此该设施的灵活能力受到限制。如前所述,场地信息转移通路的一个优点,一般来说是能够增加动力去扩大灵活设施的功率。:
     气动阀门主要是直线运动阔门,其中截止阔是主要关健所在。虽然某些旋转结构已被改进为灵活操作—它具有一个固有流动特性(祠整后的流动特性),它能够编制程序为用户提供较佳的流动控创。同时灵活阔门能够对定位公直线运动转变为旋转运动的问肠进行修正,
因为***的移动贾的樱动弧度不产生真正的直线信号。


    6.2.1员活系统的介绍
    如曲所讨论。*尖端的灵活阅门是控制阀,它配备带有工艺过程传感器的灵活系统。灵活系统是基于橄信息处理机的控栩器,它能提供本机的工艺过程控制、诊断和**管理。通
过安装在阔体上的工艺过程传感器将工艺过程钧人到灵活系统,如图6.4。本系统亦有内部
传感器去监洲阀杆位1和气动执行机构两侧的压力。

    将控翻器和工艺过程传感器放在控制阅之上,要求单环路控制—其简单的定义是当拾
人传感器送出信息到控制器时.此控制谷送出一个修正信号到终端控制元件便其达到正确位
,。经过监洲上游压力、下游压力、沮度和阔杆位且,灵活系统能够计算阅的流率,并将它
和预定设定点比较并对任何必需的位It进行调整以提供正确流率。’灵活系统能够具有图形以
处理压差、上游压力、下游压力、海度、流率、侧杆位置或另外辅助工艺环路的单环路控
制。因为灵活系统能够编侧程序去处理本机控制和工艺侧J R, DCS能够用于处理在工厂另外
一处的更多需要的控制悄况或提供总的工艺监份功能。对于本机控制餐。灵活系统能够监洲
和建立上游压力、下游压力、压差、工艺沮度和魂率的记录。灵活系统的控侧器能够配各
PID控制.它使用来自外部变送器或内部工艺参数计的数值作为控翻变盆。为了在广泛的应
用中更为有效地工艺控制这些,可使工艺过程被阅谐。


  ,,·灵活系统可用于带有数字或可靠的模拟***的摸拟或数字两者系统(图6.5)0它们可
以使用442OmA模拟信号、数字信号或通过可编程序设定点去响应Pm而操作。灵活系统
有时需要使用个人计算机或侧万去设定而调谐和操作灵活阀门的参致计一一,祖是某些较新
的版本配备有仪表板上的可立接操作的健盘。

    用户可使用灵活系统通过许多操作器的界面进行通讯:手站和记录器或个人计算机。当使用个人计算祝通过灵活系统进行通话时,必须安装界面软件(由
制造厂配备)。

    工艺传感器和控制同非常邻近控制器大大减少了空一时间或漪后时间。明显地增加了对
工艺变化的响应。当灵活系统内包括数字***时,则大大减少了浦后、线性度和重复性间
蔺。灵活系统能够收集和发布流It及工艺致据并送到以万。向用户提供目前工艺过程的
工艺分析。摇控传感器也能够和灵活系统相连接以改进其他工艺今数计的控侧.而不必将这
些数据通过众万

    灵敏系统的宜要侧效益是明且地减少了线路的,透一在短效发射是个危险利客关系的
那个年代里,它是个重要考虑因t。因为工艺传感器安装在阀门本身上,闷门的单点安装排
除了流A计、退度传感器和沮度传感器的分开的管线渗透性。这样仅有一根线路(灵活阔门)
而代替了作为控制环路部分的四到五根线路的洛透性.这些消除了许多潜在的泄翻通路和降
低了EPA(或其他控制体)的报告功能。

    灵活系统要求闷门和工艺自身诊断。通过它们的功能去记录间门和工艺的图像。当阔门
是**次安装时,则闷门的*初启动性能或工艺本身(通过某一行程特性流*的绘图)的图像
将被拍摄。当阀门继续操作.阀门和系统性能的周期监洲要和*初启动时的图像相比较.当
这些功能由于正常磨拥或愈外失效时而开始迟疑不定时,灵活系统会将惫而未决的和现在存
在的问惬向用户,告,在主要系统或门门失效之前要求预防维护或采取校正动作。例如,系
统能拍扳在阔座位于关闭位工时泄诵的图像(监侧下游压力)。灵活系统能够将初始图像和目
前门体泄翻图像相比较。如果目前读值由于磨摄或损伤了闭合元件或调节元件而超过ANSI
泄偏等级《预先设定条件),系统向用户警告闭合元件需要维护。经过监浦执行机构的上部和
下部压力室,灵活系统也能评价填料压缩情况和执行机构密封的摄失,或识别不平稳的阔杆
行程,此阔杆行程能够指出闭合元件或调节元件问盛。如果在系统中使用模拟***侧可以
监翻漪后、重复性和直线性。

    因为可以得到工艺过程图像,系统的总功能能被上游或下游设备所形响,能够被监侧和
评价。例如,如果上游泵开始级,则上游压力会下降,且在某一点处下降到合格的极限,当
灵活系统发现压力降低于预先设定值,它能通知用户,此用户能编制必需的数值成对执行机
构进行维护。

    **管理是员活系统的另一用途,因为它们能够进行可编程序设定,此设定在工艺极限
因系统扰乱而被妨碍时能够通知用户。此外,系统能够监侧和分析在开工和停工过程中的工
艺情况,报,任何突然性的违反正常操作条件的问皿。各种失效模式能够在灵活系统中编栩
程序,此程序可以提供各种失效的不同模式:气颐或动力的丢失.工艺过程失效和命令信号
丢失等。

    灵活系统的另一个优点是数据记录,它们有能力在用户规定的时间间隔内记灵工艺条
件。例如某些灵活系统能在Is到3h之间的任意时间间隔内记灵300条级路内的工艺条件。
这些数据记录是正常提供的.因此用户可以对工艺进行评价和查找任何干扰和不正常情况。
  一灵活系统的广泛的好处是经常反映灵活系统的价格,它可能对某些饭用的其他执行机构
的费用产生“尖刀一冲击’。但是用户应注视更大的实情:灵活系统代替了控制器,单独的注
度传感器和压力传感器.一个流A计,限位开关,管线和电路等。合起来看,直接安装在控
侧阅上的员活系统的费用要低于各个设备之和的费用。灵活系统仅有的明显问翅是它需要一
个单独的24V直涟动力慈去运转电气设备.如果仅有标准交流电裸可供使用.它可能播要
某些附加的线路和变换器。

    灵活系统的简单化是将系统安装在执行机构上,但不包括阅体内的工艺过程传感器(使
用本系统内早已安装的现有传感器),其实质是形成了一个很强大的数字***。这使得贝
活系统具有如前所述的很多优越功能,但是没有仅表盘上的单环路控翻。优点是费用低.而
且提供许多与整个员活系统有关的灵活技术。

    6.2.2及活系统**
    图6.6表示典型员活系统原理图。由单独24V直旅电源和压编空气源提供动力。压力传
感器直接安装在闭合元件的上游和下游的闷体上。当物流通过闭合元件或谈节元件以及阅体
其他狭窄截面时,压力传感器的位皿是保证合理压力读值不受提离速度影晌的关健。沮度传
感器位于压力传感器之间,并很据需要尽量接近闭合元件或祠节元件以确定**工艺沮度读
值。传感器的电线直接通过管子与灵活系统连接。气动线路自教字***(此种情况下,教


字***为灵活系统的一部分)愉送空气到执行机构上部和下部的空气室内。利用管理仪3或个人计算机通过连续数字通讯线(它被**为电气信号,例如I 485)
进行操作和门谐抽人以及数据收集。为了任何操作信号,自DCS到灵活系统之间用单独的
4-2OIIL线相连接。对于与灵活系统有关的单环路控侧.此线经常是不必需的.但是如果有
需要时也可设
,二

    为离散数字信号提供愉人和愉出线路。其作用像开关一样,允许用户栓牢手动和灵活系
统的自动操作,或用于其他定制的构形。二次的4 - 2DmA信号翰人用于任何物助输人,例
如自遥控班量计去控制下游压力。:二次的4~ 2DmA输出用于和其他管理设施通讯,例如另
外一个控制器。
    如前所述,灵活系统能够和独立管理***共同使用。带有模拟***的灵活系统原理
                                                        41 "1一知
    6.3.1傲字***介绍
    在对灵活系统控制阔介绍之后,一个逻辑的步异是移向数字***,它是用徽信息处理
器给执行机构定位及监洲和记录一些数据(图6.8)。、:。,-
    致字***像灵活系统那样而不提供单环路控翻,因此它必须安装带有控侧器和工艺过

程传感器更为方便的工艺过程环路。虽然它不等
于灵活系统,但数字***能够执行某些相同的
功能。例如数字***能够侧且和传送执行机构
闷杆位,。当达到或超过一定位2和排除对于任
何独立位2传送器的需要时则发出苦告(近似于
限位开关)。PD控创和侧谐也是可能的。

    因为去往执行机构的压力彼监口,执行机构
的压力变化使执行机构和一些阔门能够自身诊
断,例如改变垠料压缩情况或制约闭合元件。对
于全部灵活设施来说.数字定位答有一个电图形
可供遥控鉴别。***通过来自以习和个人计
算机的翰人能够被遥控特性化和校正。不需要可
特性化凸轮去修改固有阅门特性、代替的是用电子设施提供修正的或改制的流动特性。

    如上所述,数字***较棋拟***有很少的滞后的较佳的重复性及直线性。但是.因
为数字***仍有某些运动部件,例如短管阀和执行机构处的由直线运动转为旋转运动的连
杆机构,在这些地方会产生某些滞后、重复性和直线性问皿。使用灵活电子的优点是那些错
误可被降低到零,使得***要考虑此闷皿。数字***的优点和映点是依技双线4一K71 71
的摘号和动力旅。明显的优点是接受电信号的模拟***能够被数字***所代替。缺点是
仅用4mA去运转***,它限制了通过动力.而运转的电子敬

    6.3.2救字定位肠的**和一作
    典型的数字***原理图如图6.9所示。要求4一p"(7. IT的信号提供电子设施的动力裸。
压缩空气提供气动执行机构的动力。执行机构的反该位工由特殊的移开,提供.此移开臂能
提供由机械到电子的功能:执行机构杆的直线运动转动了旋转电位计,它提供了位I反债去
到***电子原件中并将反从与信号相比较。如果改变信号或不正确的执行机构位皿发生差
异,一个正确信号送人压力润制器,然后压力润节器将短管确定在适当位工,它能将空气送
人执行机构一侧而另一侧排放。这个动作移动执行机构位I并一直维续,而达到正确位且。
在这点上,反谈等于信号,而压力润侧器将短管放在保持位t o

    数字***正确操作的关键因索是在电子元件中的压力传感器的位里。电子元件能监洲
送往执行机构的空气压力。这个信息在记灵执行机构功能原始图像和提供能用于自身诊断的
未来图像是重要的。


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