智能流量閥控制系統(tǒng)

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的分析研究發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)正在使用的各種電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)普遍存在設(shè)備龐大，結(jié)構(gòu)匹配不合理，控制精度較低，安全性不好，缺乏完善的故障處理和報(bào)等裝置，不能很好的實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，難于現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定和維修等缺陷，不利于閥門產(chǎn)品的更新和換代，己不能跟上工業(yè)發(fā)展的需要。隨著能源、化工、鋼鐵、運(yùn)輸和建筑等現(xiàn)代工業(yè)高速發(fā)展以及與其有密切聯(lián)系的水、氣(汽)、油等流體在工業(yè)上的應(yīng)用，管道系統(tǒng)中的電動(dòng)閥門在生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，因而對(duì)閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能和使用要求也不斷提高，迫切需要智能化的新一代產(chǎn)品替代現(xiàn)有產(chǎn)品，以提高生產(chǎn)效率。

21世紀(jì)已經(jīng)到來(lái)，人們將進(jìn)入以知識(shí)經(jīng)濟(jì)為特征的信息時(shí)代。微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)將繼續(xù)高速發(fā)展，作為工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)工具的自動(dòng)化儀表與裝置也將跨入真正的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的時(shí)代。

近年來(lái)，我國(guó)儀器儀表行業(yè)有長(zhǎng)足的發(fā)展，無(wú)論是在新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)研制能力、產(chǎn)品科技含量和推廣應(yīng)用等方面，都取得可喜的成績(jī)。我國(guó)儀器儀表行業(yè)整體綜合技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際二十世紀(jì)八十年代中期水平，微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在儀器儀表產(chǎn)品中普遍采用，約15%的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了智能化，達(dá)到國(guó)際二十世紀(jì)九十年代的水平，30%的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，達(dá)到國(guó)際二十世紀(jì)八十年代末期水平。

智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)系列是一類新型終端控制儀表，它根據(jù)控制電信號(hào)，直接改變閥的位移。由于人們對(duì)控制系統(tǒng)的精度和動(dòng)態(tài)特性提出了越來(lái)越高的要求，選用電動(dòng)執(zhí)行器與控制系統(tǒng)連接，直接接受電控制信號(hào)，能夠獲得最快響應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)控制也更為合理、方便、經(jīng)濟(jì)，因而受到用戶的歡迎。

近年來(lái)，數(shù)字技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展給工業(yè)過(guò)程檢測(cè)、控制帶來(lái)了較大變化，智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與控制技術(shù)緊密相連，是現(xiàn)代控制技術(shù)的具體運(yùn)用領(lǐng)域之一。

由于我國(guó)儀器儀表工業(yè)起步較晚，相對(duì)基礎(chǔ)薄弱，尚屬于幼稚而脆弱的產(chǎn)業(yè)。我國(guó)儀器儀表行業(yè)產(chǎn)品大多屬于中低檔水平，隨著國(guó)際上數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化的產(chǎn)品逐漸成為主流，差距還將進(jìn)一步加大.我國(guó)高檔、大型儀器設(shè)備大多依賴進(jìn)口，中檔產(chǎn)品以及許多關(guān)鍵零部件，國(guó)外公司占有我國(guó)市場(chǎng)60%以上的份額，而國(guó)產(chǎn)分析儀器約占全球市場(chǎng)不到千分之二的份額，我國(guó)儀器儀表雖然技術(shù)指標(biāo)同國(guó)外同類產(chǎn)品比較差距不大，但產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性的問(wèn)題依然突出。

現(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在著控制方式落后，可靠性不高，缺乏完善的保護(hù)和故障報(bào)警措施以及必要的通信手段等問(wèn)題，使得現(xiàn)有的閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不便于調(diào)試和維護(hù)，也不能根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際要進(jìn)行參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，不能組成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。國(guó)內(nèi)在執(zhí)行器領(lǐng)域以引應(yīng)進(jìn)為主，進(jìn)行了一定的程度的消化和吸收。如鞍山閥門廠引進(jìn)了日本的相關(guān)技術(shù)，所生產(chǎn)的系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有相當(dāng)好的性能和控制精度，吳忠儀表七廠和四川儀表十一廠又引進(jìn)了西門子的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。國(guó)內(nèi)一些單位在執(zhí)行器智能化方面做了一些探索。入上海工業(yè)制動(dòng)華儀器儀表研究所開(kāi)發(fā)了新型智能電動(dòng)執(zhí)行器，其主要特點(diǎn)是:主要技術(shù)指標(biāo)超過(guò)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)品，工作死區(qū)小于0. 5級(jí)，基本回差和誤差都小于1級(jí)。使用方便，具有自診斷、自調(diào)整和PID調(diào)節(jié)功能，但僅是個(gè)別使用，沒(méi)有形成產(chǎn)品。

國(guó)際上現(xiàn)代化儀器儀表正向微型化、集成化、智能化和總線化迅速發(fā)展，處于領(lǐng)先甚至壟斷地位。由于高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，關(guān)鍵元件器件技術(shù)難關(guān)的突破，國(guó)外已開(kāi)發(fā)出新一代智能化電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)品，形成許多系列，廣泛應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域中。國(guó)外僅美國(guó)就有24個(gè)研究所(公司所屬)，如Rockwell公司具有十分完善的測(cè)試基地和設(shè)備，包括動(dòng)態(tài)、抗震、緊急切斷、可靠性等多種試驗(yàn)設(shè)施，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行多方面性能參數(shù)的測(cè)定。有限元法、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)已在閥門設(shè)計(jì)中廣泛得到應(yīng)用。閥門一般都能達(dá)到國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)API、ISO, JIS和BS等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，各項(xiàng)性能測(cè)試數(shù)據(jù)齊全。閥門驅(qū)動(dòng)裝置品種多，電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)、電一液聯(lián)動(dòng)和氣一液聯(lián)動(dòng)，規(guī)格齊全，安全可靠。英國(guó)的ROTORK公司、德國(guó)SIMENS公司、美國(guó)的VALTEK公司和LIMITORQUE公司等幾家國(guó)外著名的公司生產(chǎn)的智能化閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)功能強(qiáng)大，簡(jiǎn)單可靠，技術(shù)先進(jìn)，代表著該領(lǐng)域的世界先進(jìn)水平，它們的產(chǎn)品主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1)計(jì)算機(jī)控制

在過(guò)程控制中，需要通過(guò)調(diào)整閥門的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)流量和壓力。通常執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照外部發(fā)來(lái)的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)閥門，這些控制信號(hào)來(lái)自控制系統(tǒng)的微處理器。在電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，增加帶有智能控制的伺服放大器，其后是增加給定值控制功能。先進(jìn)的閥門電動(dòng)裝置具有更完善的智能控制，可按給定值自動(dòng)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，控制流量和壓力等過(guò)程變量。例如VALTEK公司的Starpac智能化閥門電動(dòng)裝置能響應(yīng)外部4-20mA模擬信號(hào)或經(jīng)由RS-485通訊口發(fā)來(lái)的數(shù)字信號(hào)或按自身程序設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行PID控制。

(2)安全措施

智能化閥門電動(dòng)裝置具有高度的自身保護(hù)及系統(tǒng)保護(hù)功能，如裝有三相電機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有可能因?yàn)橄嗑€接錯(cuò)而反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門損壞，而智能型的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)則可以通過(guò)監(jiān)視電源的相序以及輸入控制信號(hào)的情況確保電機(jī)正確起動(dòng)。此外，在閥門卡死的情況下，保護(hù)功能還可以避免電動(dòng)機(jī)被損壞。在電動(dòng)機(jī)通電期間不斷的檢測(cè)閥門的動(dòng)作，若發(fā)現(xiàn)一定的時(shí)間內(nèi)不動(dòng)作，就認(rèn)為是卡住，控制器就發(fā)出命令，切斷電動(dòng)機(jī)電源并發(fā)出警報(bào)。ROTORK公司生產(chǎn)的IQ型智能化閥門電動(dòng)裝置具有上述兩種功能。它裝有相同步器(自動(dòng)相旋轉(zhuǎn)調(diào)整裝置)，可確保IQ的三相電動(dòng)機(jī)始終具有正確的相旋轉(zhuǎn)電源;其次如果閥門卡死，當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)發(fā)出7-15秒后無(wú)任何的動(dòng)作，IQ的執(zhí)行器內(nèi)部邏輯電路可將相應(yīng)的觸點(diǎn)斷開(kāi).除了有自身保護(hù)功能外，智能化閥門電動(dòng)裝置還具有系統(tǒng)保護(hù)功能，即當(dāng)某些部件出現(xiàn)故障或系統(tǒng)出現(xiàn)其它問(wèn)題時(shí)，會(huì)自動(dòng)采取應(yīng)急措施以免發(fā)生事故。

(3)通訊功能

智能化閥門電動(dòng)裝置采用數(shù)字通訊的方法與主控制室相連，主控制室送出的可尋址數(shù)字信號(hào)通過(guò)電纜被電動(dòng)裝置接收，電動(dòng)裝置的微處理器根據(jù)收到的信號(hào)對(duì)電動(dòng)裝置進(jìn)行相應(yīng)的控制。如美國(guó)的LIMITORQUE公司的Controlinc系統(tǒng)就是采用數(shù)字通訊技術(shù)將各種設(shè)備連接成一個(gè)局部網(wǎng)絡(luò)(LAN)，一個(gè)典型的系統(tǒng)可以包括電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)閥門控制器(CVC )、網(wǎng)絡(luò)連線、網(wǎng)絡(luò)接口部件(NIU)以及主計(jì)算機(jī)。NIU與主計(jì)算機(jī)之間采用標(biāo)準(zhǔn)的ASCII字符碼通過(guò)串行口進(jìn)行通訊。此外，智能閥門電裝允許工程師在遠(yuǎn)地對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)、整定和修改參數(shù)或算法等。例如VALTEK公司的Starpac在出廠時(shí)就被配有PC軟件，儀表工程師利用這些軟件可以對(duì)閥門電動(dòng)裝置編程，PC與系統(tǒng)之間通過(guò)RS-485串行口按照經(jīng)過(guò)修改的HART協(xié)議相連。

(4)智能診斷

在閥門電動(dòng)裝置上裝有一些附加的傳感器，專門用于故障診斷，而在電路方面也設(shè)置了各種監(jiān)測(cè)功能，如電源相序和后備電池的電壓檢測(cè)。微處理器在運(yùn)行中連續(xù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題立即執(zhí)行預(yù)定的程序，自動(dòng)采取應(yīng)急措施并報(bào)苦。而微處理器和傳感器本身的運(yùn)行也同時(shí)受到監(jiān)測(cè)。

當(dāng)出現(xiàn)故障需要專家協(xié)助解決時(shí)，有的智能化閥門電動(dòng)裝置還可以通過(guò)調(diào)制解調(diào)器與專家實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)，以便及時(shí)地診斷和排除故障。

(5)一體化的結(jié)構(gòu)

一體化的結(jié)構(gòu)把整個(gè)控制回路裝在一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表之中，使控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、操作和維護(hù)等工作大為簡(jiǎn)化，且減少因信號(hào)的傳輸中的泄漏和干擾等因素對(duì)系統(tǒng)的影響，提高可靠性。

在水利、電力及化工行業(yè)，不同種類的閥類，如截止閥、閘閥、蝶閥等得到了最廣泛的應(yīng)用。在對(duì)閥門實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、集中控制和自動(dòng)控制的過(guò)程中，閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一種必不可少的執(zhí)行部件。