智能阀门定位器的工作原理及故障处理

詹海锋　康小荣

摘 要 在工业自动化控制中，要用到各种类型的调节阀，而给调节阀配备稳定可靠的阀门定位器则显得尤其重要。西门子智能阀门定位器是工业自动化控制领域的领先产品，获得了广泛的应用。文章介绍了阀门定位器的工作原理、作用及其发展过程，详细说明了智能型电气阀门定位器的工作原理及其先进性。本文重点介绍了在工业自动化控制领域广泛使用的阀门定位器的工作原理及特点，并详细分析了在使用过程中出现的常见故障。

关键词 过程控制 调节阀 定位器 故障处理

中图分类号：TP207 文献标识码：A

工业生产自动控制（简称过程控制）主要针对所谓六大参数，即温度、压力、流量、液位（或物位）、成分和物性等参数的控制问题。它覆盖许多工业部门，诸如石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织等，在国民经济中占有极其重要的地位。在工业自动化控制中，要用到各种类型的调节阀，而给调节阀配备稳定可靠的阀门定位器则显得尤其重要。西门子智能阀门定位器，凭借其强大完善的功能、极高的控制精度、简单方便易用的性能及超长的使用寿命、低耗气耗能量深受广大用户好评，是该领域的领先产品，获得了广泛的应用。

1定位器的发展历史

电子技术和自动化技术的迅速发展，使得控制系统技术中的先进性已经超过了调节阀和定位器的发展，在今天的自动调节系统中，大多数变送器是带有数字或模拟输出的电子装置，并且调节器的输出也几乎都是电子信号，但大多数的最后控制单元包括调节阀都是气动的。

随着多种微处理器及微型计算机的应用，智能技术已广泛应用于各种测量控制仪表。目前，国外一些在工业自动化领域有着多年经验和雄厚技术优势的大公司，如西门子、费希尔一罗斯蒙特等，相继研制成功了智能型电气阀门定位器（即带有微处理器的定位器），国内这方面起步较晚。

2定位器的基本原理与主要作用

定位器是提高调节阀性能的重要手段之一。要理解阀门定位器在一个过程系统中所扮演的角色，见图1有定位器的自动调节系统。

图中r为被调量的设定值；Y为被调量；y为被调量的测量值；u为调节器的输出信号（与执行器即调节阀的开度成一定的关系）；f为定位器的输出信号；C为阀门位置信号。定位器利用闭环控制原理，将从调节器来的调节信号（4～20mA或3～15psi）与从执行器来的阀门反馈位置信号相比较，根据比较后的偏差使调节阀执行机构动作，从而使阀芯准确到位，达到定位的目的。

3西门子智能阀门定位器的工作原理

智能阀门定位器电路部分采用了CPU运算处理器，将控制阀门开度的输入信号和反应阀门位置的反馈信号经过比较，得到的偏差值通过CPU微处理器处理后输出给压电阀，压电阀作为转换元件，在有偏差值时经过转换去驱动执行机构动作，消耗一定的电能，这样阀门定位器的耗能就比较低。这是智能阀门定位器相对于其他类型定位器的优越性所在。当定位器初始化后，调节阀的慢步区、死区就确定下来，当偏差大于慢步区时，压电阀持续闭合，阀门动作快，在慢步区，压电阀接收信号小，阀门动作趋缓，在死区，压电阀没有得到信号，阀门不动作，这种工作特性符合工艺控制要求，避免了超调，提高了调节质量。

4西门子智能阀门定位器的特点

智能阀门定位器与常见的阀门定位器相比，有许多独特的优点，例如：（1）易于安装，能进行自动初始化；（2）操作简单方便，用三个按键就能实现定位器多种功能的设置；（3）经过简单的组态就能实现多种功能（比如更改开关方向和分程调节）；（4）直行程和角行程执行机构均采用同一型号的阀门定位器；（5）具有自诊断功能，便于对阀门和定位器进行维护；（6）工作时耗气、耗能量极小；（7）具有“紧密关闭”功能，确保调节阀的关闭，减少泄露；（8）可以很方便地集成PROFIBUS PA、HART及FF总线通讯功能；（9）在恶劣的环境中，可以选择外部非接触式位置传感器；（10）可动部件少，振动场合对调节阀影响小。

5西门子SIPART PS2阀门定位器的故障处理

定位器不定时地发出噗哧噗哧的声音，调节阀产生震动，这是由于定位器后的气路有泄漏，用肥皂水检测定位器出口气路及执行机构磨头位置，发现有泄漏的地方处理既可。

调节阀控制曲线不理想，阀门定位器参数12SFCT项中，内置了六种调节阀常用的流量特性和一种用户自定义的流量特性，每一台调节阀都有其固有的流量特性，通常定位器的此项参数只要设置成Lin就可以遵循调节阀固有的流量特性。若调节阀流量特性与工艺要求不符，则可以通过参数12SFCT项的设置来改变调节阀的整体流量特性。总之，根据实际情况灵活地设置参数12SFCT项就可以达到工艺要求。

6总结

智能阀门定位器可用于直行程和角行程的阀门。它的操作非常简单，可以在现场通过手动按键和LCD进行操作，也可以在控制室通过HART接口或PROHBUS PA协议选用SIMATIC PDM过程设备管理软件对其进行操作，大大方便了使用和维护。

参考文献

[1] 吴勤勤.控制仪表及装置[M].北京：化学工业出版社，2002.

[2] 翁维勤，等.过程控制系统及工程[M].化学工业出版社，1996（8）.