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    基于閥門定位器的氣動調(diào)節(jié)閥故障診斷與預(yù)測

    2021-06-30 03:39:04范耀峰劉小強鐘盛輝
    科學(xué)咨詢 2021年12期
    關(guān)鍵詞:閥位定位器階躍

    范耀峰 劉小強 蔣 浩 鐘盛輝

    (重慶川儀自動化股份有限公司技術(shù)中心 重慶 400000)

    一、閥門定位器工作原理

    智能閥門定位器是廣泛應(yīng)用于石油化工等領(lǐng)域的現(xiàn)場控制儀表,是調(diào)節(jié)閥的主要附件,通常與氣動調(diào)節(jié)閥配套使用,功能是接收來自中控的控制命令,精準控制閥門開度。

    帶診斷功能的智能閥門定位器除了控制閥門開度外,另一項基本功能是對調(diào)節(jié)閥進行故障診斷,其診斷原理是利用壓力、行程、溫度等各種傳感器監(jiān)控、采集調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)中的重要數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進行分析比較,判斷出調(diào)節(jié)閥的當前狀態(tài),智能閥門定位器系統(tǒng)框如圖1所示,行程傳感器測量調(diào)節(jié)閥的行程位移,壓力傳感器1測量輸入到智能閥門定位器的氣源壓力,壓力傳感器2測量智能閥門定位器輸出到執(zhí)行機構(gòu)氣缸的壓力。

    圖1 閥門定位器結(jié)構(gòu)框圖

    二、調(diào)節(jié)閥故障診斷與預(yù)測

    在一般工業(yè)現(xiàn)場,調(diào)節(jié)閥的使用量很大,對調(diào)節(jié)閥進行維護保養(yǎng)是一項非常重要的工作,如果對每臺調(diào)節(jié)閥都進行維護,不僅工作量大,而且會過度保養(yǎng),造成資源浪費,調(diào)節(jié)閥的故障診斷預(yù)測目的就是科學(xué)地給出維護保養(yǎng)建議,幫助用戶有針對、有計劃、有目的地對調(diào)節(jié)閥進行維護與保養(yǎng)。

    調(diào)節(jié)閥的常見故障如表1所示:

    表1 調(diào)節(jié)閥故障列表

    智能閥門定位器作為調(diào)節(jié)閥的主要附件,控制閥門的開度,在進行閥門開度控制的同時,可以利用自身的各種傳感器收集調(diào)節(jié)閥運行相關(guān)的參數(shù),通過診斷算法對調(diào)節(jié)閥進行故障診斷與預(yù)測,一般來說,有些故障可以實時在線監(jiān)控分析判斷,而有些故障需要智能閥門定位器控制調(diào)節(jié)閥執(zhí)行不同開度動作,在控制開度過程中分析調(diào)節(jié)閥狀態(tài),因此,我們將故障診斷分為在線診斷與離線診斷兩種。

    三、在線診斷與離線診斷

    (一)在線診斷

    在正常生產(chǎn)過程中,閥位跟隨中控命令進行實時調(diào)節(jié)控制,不能影響正常生產(chǎn)工藝,在線診斷就是通過智能閥門定位器實時收集監(jiān)控運行過程中的關(guān)鍵參數(shù),通過綜合分析比較,對異常情況進行報警提示,在線診斷可以診斷的故障類型如下文所述。

    智能閥門定位器是調(diào)節(jié)閥的核心控制單元,如果智能閥門定位器自身有故障,調(diào)節(jié)閥將不能正常工作,智能閥門定位器在正常工作時,可以采集的數(shù)據(jù)包括AD采集系統(tǒng)電壓、IP控制電壓、位置傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器數(shù)據(jù),通過這些數(shù)據(jù),定位器軟件可以分析出輸入信號超范圍、系統(tǒng)電壓故障、傳感器故障、溫度過高或過低、電氣轉(zhuǎn)換單元故障等。除了這些以外,通過對運行數(shù)據(jù)的監(jiān)控記錄,智能閥門定位器可以實現(xiàn)更多數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,為更好地制定調(diào)節(jié)閥維護計劃提供參考,在線診斷可以診斷的故障類型如表2所示。

    表2 在線診斷數(shù)據(jù)列表

    各百分比段運行時間將閥位百分比劃分區(qū)間,記錄閥位在每個百分比段的運行時間,如果閥位長期運行在比較小的開度(10%)左右或者比較大的開度(90%)左右,可能是調(diào)節(jié)閥口徑選型不合理。各溫度段運行時間 統(tǒng)計智能閥門定位器在每個溫度段運行時間,如果長期工作在極限溫度,可能會將低調(diào)節(jié)閥壽命。

    (二)離線診斷

    離線診斷是診斷軟件控制定位器進行各種動作,生成并保存曲線數(shù)據(jù),對歷史診斷數(shù)據(jù)的對比,分析得出當前狀態(tài),提示用戶對調(diào)節(jié)閥進行保養(yǎng)、維護或維修,一般在離線診斷過程中,智能閥門定位器會控制閥門進行階躍響應(yīng)測試、全行程測試和部分行程測試。

    1.階躍響應(yīng)

    階躍響應(yīng)測試是檢驗調(diào)節(jié)閥控制性能的重要方法,利用診斷軟件與智能閥門定位器通訊,控制調(diào)節(jié)閥進行不同開度測試,診斷軟件記錄目標閥位與實際閥位的曲線,稱為階躍響應(yīng)測試曲線。其中,目標閥位百分比和時間間隔都可以設(shè)定,利用曲線可以很直觀地對調(diào)節(jié)閥的響應(yīng)狀況做出判斷,例如閥門開度、上升時間、下降時間、滯后時間、超調(diào)情況等。

    圖2 階躍響應(yīng)測試曲線示意圖

    通過離線階躍響應(yīng)測試,可以發(fā)現(xiàn)目視檢查不能發(fā)現(xiàn)的調(diào)節(jié)特性,目標閥位與實際閥位兩條曲線的重合度越好,說明調(diào)節(jié)閥的控制性能越好。同時,階躍響應(yīng)測試也可以將本次測試與歷史測試數(shù)據(jù)對比,以得到更準確的測試結(jié)果。

    2.咬卡測試

    咬卡測試的目的是分析調(diào)節(jié)閥咬卡故障發(fā)生的趨勢,在測試過程中,診斷軟件通過智能閥門定位器控制調(diào)節(jié)閥以一定速度進氣或排氣,使閥門完整地運行一個開關(guān)過程,橫坐標為閥門開度,縱坐標為輸出壓力,根據(jù)這兩個因素之間的關(guān)系,可以很清晰地判斷出閥門在進氣或排氣過程中是否發(fā)生咬卡現(xiàn)象。

    圖3 咬卡測試曲線示意圖

    四、結(jié)束語

    可以看出,利用智能閥門定位器和與之配套的診斷軟件可以方便地對調(diào)節(jié)閥的部分故障狀況做出診斷,幫助用戶合理有計劃地對調(diào)節(jié)閥制定維護保養(yǎng)計劃,從而避免過度保養(yǎng)造成的資源浪費。

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