标题智能阀门定位器在控制系统中的应用探讨

本文结合在南通醋酸纤维有限公司三期醋片工程中150台  FISHER 的智能阀门定位器的成功应用和笔者收集到的相关公司的产品资料，探讨智能化的（模拟量信号叠加数字量信号，如4~20mA+HART）阀门定位器的如下几个问题。

    1、何谓智能阀门定位器

    智能阀门定位器的定义还没有确切的说法，根据笔者对目前世界上一些有影响的产品的了解，可以作如下理解：智能阀门定位器是基于微处理器的，通过双向远程通讯，可选择地实现组态、调试、诊断和数据管理等功能的数字式阀门定位器。

    2、智能阀门定位器与常规电/气阀门定位器的比较

    2.1 性能

    智能阀门定位器作为新一代产品，比起常规电/气阀门定位器肯定有很多改进。如果从阀门定位器的性能来分析，智能阀门定位器在控制精度、管理系统获得的信息量和远距离操作功能等方面占有较大优势。见表1。

表1  阀门定位器性能比较 

    AMS: ASSET  MANAGEMENT  SOLUTIONS

    2.2 软件功能

    与常规的定位器比较，智能阀门定位器可具有丰富的软件功能。如：定位器启动后，自动调整零点和满量程、自动检测执行器或气动系统中的误差信号、选择操作方向、组态需要的阀门特性、在运行中修改调节参数、监察和自诊断、故障报警、软限位开关和位置指示、阀门的全行程自校。高级的软件功能还可查看阀门的执行机构特性、动态偏差、阶跃响应等信息。另外，阀门的工况也可在其上反映出来。借助这些信息，可以快速准确地判断和处理故障，通过应用软件建立阀门操作状况的图表，从阀门状况的变化趋势进一步建立例行保养制度，确定维修的内容和周期。如FISHER的智能阀门定位器配上专用软件VAVELINK后，具有了高级动态诊断功能：将阀门的机械性能指标与控制系统的指标结合起来，判断阀门的损坏情况，见图1： 

                                
图1  软件的高级诊断功能示例

    常规电/气阀门定位器一般功能差不多，而由于智能阀门定位器主要由软件实现各种功能，不同制造商的、或同一制造商的不同型号的智能阀门定位器的软件功能差别会很大。故在设计选型中必须根据需要、控制系统的适应性、价格及技术力量综合考虑。如：

    ISHER的智能阀门定位器DVC系列，针对不同用途，有不同型号可选择：
    DVC—AC：可用FISHER—ROSEMOUNT 的275手操器进行组态、调试，但非双向通讯。也可与其它品牌的调节阀兼容。
    DVC—HC：标准型
    DVC—SD：带标准诊断
    DVC—AD：具有高级诊断功能
    DVC—F：用于现场总线，不叠加模拟信号

    2.3 输入阻抗

    常规电/气阀门定位器的输入阻抗一般为250Ω，而智能阀门定位器的输入阻抗均大于250Ω。只是各个品牌的阻抗不一样，且表达方式也不同。阻抗增大，系统运行受影响，这是智能阀门定位器的一个新的应用问题。如处理不好，就会与系统不匹配，故该问题应向制造商了解情况。在南通醋酸纤维有限公司三期工程的调试中，曾出现过控制系统的卡件带不动智能阀门定位器的情况，使FISHER—ROSEMOUNT 的设备管理系统AMS 无法与智能阀门定位器相互通讯。解决的办法是：在控制系统的卡件与智能阀门定位器之间加装一个智能中继（SMART REPEATER），以增加控制系统的带负载能力。这样，终于成功地将所有调节阀的信息引入了AMS系统。其连接见图2。

图2   智能中继连接图

    下面表2列出一些知名品牌的智能阀门定位器的输入阻抗（按原样本的方法标注）。 

表2  智能阀门定位器的输入阻抗

    2.4 价格

    智能阀门定位器由于软件功能差异很大，硬件配置也有不同，不仅不同品牌的产品价格不同，而且同一品牌的不同型号的产品价格也不一样。目前，一般功能少的智能阀门定位器的价格与常规的相当或高20%，而具有高级诊断及阀位反馈功能的智能阀门定位器的价格比常规的高一倍左右。通常功能少的价格低，功能多的价格高，因此不能简单比价，而要结合具体功能。

    3、智能阀门定位器的模拟量和数字量信号分别如何接入二个接收系统

    智能阀门定位器的输入信号同线传送模拟信号4~20Mat 数字信号，如HART。二种信号如何分别取出，一个接入接收模拟信号的系统，另一个接入接收数字信号的系统，这是智能阀门定位器在工程设计中一个需确切解决的新问题。在南通醋酸纤维有限公司醋片装置三期工程中，智能阀门定位器的信号同时送给SIEMENS 公司的过程控制系统工程PCS 和FISHER—ROSEMOUNT 公司的设备管理系统工程AMS 。采用的接线方法如图3。 

    图中PCS对智能阀门定位器接收而且只接收其4~20mA模拟信号，而AMS 接收而且只接收其HART 数字信号，虽然二路分别接PCS 和AMS 的信号仍都是4~20mADC叠加高频数字信号HART，但两者相互独立，HART 信号不影响PCS 对模拟信号的接收，模拟信号同样也不影响AMS 取 HART 信号。

    4、能阀门定位器可具阀位检测装置，进行阀位反馈

    确切的阀位信号尤其是硬反馈的阀位信号是控制系统的一个重要参数。智能阀门定位器很多具有阀位检测装置以进行阀位反馈，但各品牌、各型号的产品又不一样：有的反馈4~20mA的模拟信号，有的反馈HART 信号，见表3。故设计时要根据需要进行选择。

表3 阀位检测及传送

    5、阀门定位器智能化是发展趋势

    由于智能阀门定位器是基于微处理器的具有通讯能力的电/气阀门定位器，除了输入的电流信号转换成输出压力信号的基本功能外，还能按照各种通讯协议（如HART），用通讯器（如FISHER—ROSEMOUNT的275手操器）在现场或控制室内灵活进行操作，直接设定或修改组态参数，省却了调校中的登高作业；或通过专用软件，除了可在控制室内进行组态，还可在PC机上读取过程控制的大量信息，帮助诊断故障原因。目前，智能阀门定位器的通讯还处于一个过渡阶段，即4~20mA模拟信号叠加数字信号（如HART）和现场总线数字信号（如FF、PROFIBUS等）并存。由于前者能适应多种工况，而其多种价格的不同功能的产品适应了广大用户的需要，故会在相当长一段时间内，有其存在的必要。笔者相信，随着智能阀门定位器的广泛应用，其方便性和对系统的适应性将会不断得到改进，而使用智能阀门定位器也将成为一种发展趋势。

    附注：

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