0 引言

    火力發電廠的集散控制系統，往往由成百上千個控制回路組成，每一個控制回路都會接受或從內部產生干擾，對過程變量產生決定性的影響。不同回路之間的相互作用也會產生影響過程變量的擾動。各種傳感器和變送器收集過程變量的信息，控制器接受這些信息并進行處理，使得過程變量在負載擾動發生后恢復到它的正常范圍。所有的測量、比較、計算工作完成后，必須由終端控制元件來執行控制器所選擇的控制策略。控制回路中特別常用的終端控制元件就是氣動執行器。

    氣動執行器與新型智能閥門定位器配合使用，可以提供很高的定位精度以及對過程干擾更加迅速地響應。基于微處理器的智能定位器，為氣動執行器提供了比常規機械式定位器更優越的動態性能，并且具有零位、行程的自調整功能和自診斷功能等，有助于確保最初的優良性能不會隨著定位器長期使用而下降。

    1 常規機械式定位器存在的主要問題

    我公司1號機組除氧器上水氣動調節閥、凝結水再循環氣動調節閥等汽機側重要調節閥使用的均為機械式定位器，這種定位器由反饋凸輪、連桿、電氣轉換器等部件組成，純粹利用機械傳動和彈性元件變形來工作。定位器內部的波紋管、反饋彈簧、噴嘴檔板等核心部件在長期使用中，由于受壓縮空氣中水分、油分和固態雜質、腐蝕性氣體以及振動、高溫等工作環境的影響容易老化變形，導致定位器失效，調節閥無法遠控操作，直接影響自動調節的品質，同時造成整體系統不安全因素的上升。因此有必要選擇一種可靠性高、安裝方便，能廣泛適應壓縮空氣品質的智能定位器來替換現有的機械式定位器。根據我公司實際需要，我們選定了SIEMENSSIPARTPS2智能定位器來替換常規機械式定位器。

    2 智能定位器的工作原理、性能特點及結構組成

    2.1 智能定位器的工作原理及性能特點

    SIPARTPS2系列智能電氣閥門定位器用于氣動直行程或角行程執行機構的控制。其定位器采用微處理器對給定值和位置反饋進行比較。如果微處理器檢測到偏差，就通過一個五步開關程序來控制壓電閥，壓電閥將控制指令轉換為進入執行機構氣室的壓縮空氣流量，進而調節氣動執行機構的位移變化量以消除位置偏差。而執行機構的位置反饋則是通過固定在直行程或角行程執行機構上的位置反饋組件中的導電塑料電位器的轉換實現的。定位器的附加功能輸入可用于鎖定閥位或驅動閥門達到安全的位置。與常規產品相比，SIPARTPS2系列智能電氣閥門定位器有許多獨特而實用的性能特點：

    1）三個按鍵和雙行LCD顯示可實現簡捷的操作和編程。

    2）具有零位和行程范圍自動調整的功能。

    3）手動操作時無需另外的設備。

    4）具有可選的或可編程的輸出特性。

    5）具有自診斷功能。

    6）耗氣量極小。

    7）設定值和控制變量極限值可進行選擇。

    8）可編程設置閥門“緊密關閉”功能。

    2.2 智能定位器的結構組成

    SIPARTPS2系列閥門定位器是一種采用高集成度微處理器的數字式現場設備。定位器主要由以下部件組成：

    1）PCB印刷電路板組件。電路板安裝架留有數個插槽，按編號分別插入Iy模塊、報警模塊和限位開關觸發器模塊（SIA），這些模塊與基本單元之間在電氣上都是隔離的，以防止相互干擾。

    2）由壓電閥組構成的氣路控制及放大部分，能控制進入執行器的壓縮空氣量。

    （1）帶微處理器和輸入電路的主板。

    （2）帶LCD和按鍵的控制面板。

    （3）壓電閥單元，單作用定位器。

    （4）壓電閥單元雙作用定位器。

    （5）Iy模塊用于SIPARTPS2控制器。

    （6）報警模塊用于3個報警輸出和1個二進制輸入注。

    （7）SIA模塊（限位開關報警模塊）。

    （8）彈簧復位氣動執行機構（單作用）。

    （9）無彈簧復位氣動執行機構（雙作用）。

    注意：報警模塊（6）和SIA模塊（7）僅在二者中選擇一插入。

    3 智能定位器的調試及安裝

    3.1 安裝

    將定位器各部件包括反饋桿、氣動模塊、報警模塊、反饋模塊等預裝完畢。用合適的連接件將定位器固定在執行機構的支架上。對于直行程執行機構要保持定位器的垂直，并調整定位器的高度，使反饋桿的水平位置與閥門桿行程的中心位置相對應；對于角行程執行機構注意使定位器與地面水平。

    3.2 調試前的準備工作

    1）將定位器、執行器及其他氣路元件用氣源管連好，并給上氣源。

    2）將定位器的信號線和反饋線連接完畢。

    3）現在定位器處于手動模式，在定位器顯示窗口上方顯示的為電位計的電壓百分數。

    4）用定位器顯示窗口下方的“+”和“－”兩個按鍵，使執行機構運動，看整個機構能否自由走滿行程。

    5）讓執行器運動到行程的中間位置（直行程的反饋桿處于水平位置），就可以進行初始化了。

    3.3 參數設置

    按功能鍵（小手形）5s后就可以進行參數設置。SIEMENS定位器共有36組參數，可以根據現場的實際情況進行設置。用“+”和“－”鍵可以在一組參數中進行選擇，選擇完后可以按一下功能鍵進入第二組參數的設置，若上一個參數設置有誤，可以按功能鍵同時按“－”鍵，回到上一個參數再進行設置。

    在這些參數中有以下幾個是經常用到的：

    1）YFCT（執行器類型）：直行程選WAY，角行程選TURN。

    2）YAGL（額定反饋角度）：一般情況下，直行程設置成33°，角行程設置成90°。

    3）SDIR：給定方向上升RISE，給定方向下降FALL。

    4）YDIR（操作變量方向顯示）：上升RISE，下降FALL。

    同時改變SDIR和YDIR這兩組參數可改變執行器動作方向。

    3.4 初始化

    開始初始化時執行器必須處于行程的中間位置。參數設置完畢后用功能鍵切換到第四個參數，顯示為“4.INIT”，按住“+”鍵約5s定位器就自動進行初始化了。當初始化完成時屏幕上顯示“FINISH”，按一下功能鍵顯示“4.INIT”。按功能鍵5s后，當屏幕顯示有變化時松手，此時定位器處于手動模式，再按一下功能鍵定位器處于自動模式。初始化結束后定位器即進入正常工作狀態。根據執行器的情況整個初始化過程＜15min。在日常使用時按一下功能鍵可在自動和手動之間切換。手動時按“+”“－”鍵使執行器運動。

    4 智能定位器配套三斷自鎖裝置工作原理

    在實際應用中，集散控制系統顯然無法提供百分之百的保證。對于某些工藝過程，為了避免在發生斷氣、斷電或斷信號故障時出現事故，要求控制閥保持在故障前的最后一個位置上，如安裝在鍋爐減溫系統中的噴水減溫調節閥，它通過改變節流部位面積調節噴水量，控制蒸汽溫度，保證鍋爐正常運行。如果發生故障時，閥門運行到全開或全關位置，都會導致蒸汽溫度過低或過高，這就要求控制閥在設計上實現故障—安全的三斷（斷氣、斷電、斷信號）保護措施。其工作原理如下：

    4.1 斷氣源

    單作用定位器可選用單通道氣動保位閥，當氣源系統發生故障（失氣）時，氣動保位閥自動切斷定位器與氣動控制閥之間的通道，將定位器的輸出信號壓力鎖定在氣動控制閥的膜室內，輸出信號壓力與控制閥彈簧產生的反力相平衡或兩氣室的壓力平衡，氣動控制閥的閥位保持在故障前的最后一個控制信號位置上。該保位閥應設定在略低于氣源的最小值時啟動，因西門子定位器正常工作的壓力范圍是0.14～0.7MPa，切換點可設為0.14MPa。

    4.2 斷電源

    電磁閥可選用二位二通220VAC單電控常閉型。當控制系統電源故障（失電）時，電磁換向閥失電，電磁換向閥內的滑閥在復位彈簧的作用下滑動，電磁閥換向，將氣動保位閥的膜室壓力排空，氣動保位閥執行相當于“斷氣“時的動作，使氣動控制閥的閥位保持在故障前的最后一個控制信號位置上。

    4.3 斷信號

    電子開關可選用西門子定位器專用信號比較儀，當控制系統信號故障（失信號）時，電子開關檢測到后，斷掉電磁換向閥的電壓信號，電磁閥執行相當于“斷電”時的動作，使氣動控制閥的閥位保持在故障前的最后一個控制信號位置上。

    5 結語

    隨著計算機技術、數字通信技術、新型傳感器技術等的發展，以微處理器為核心的智能定位器在工業控制領域的應用將會越來越廣泛。