（中国石化中原油田天然气处理厂， 河南 濮阳 457162）吉红军，崔文鹏，许桂琴，罗海滨，付岗
                            
    吉红军（1978-）男，河南南乐人，大学本科，工程师，主要从事天然气处理项目开发与技术改造中自动化仪表的应用工作。

    摘要：本文就1200型智能定位器使用中出现的一些问题进行分析，利用现有条件总结出一套完整的修校方法并进行应用，收到了良好的效果，降低了成本，缩短了设备的修复时间。
    关键词：智能定位器；修校；LED指示器

    Abstract: This article analyzes the problems of using 1200 intelligent positioner,and summarizes a complete set of methods for repairing and calibration by making use of the existing conditions.It has achieved satisfied result, reduced the costs and shortened the time to repair the equipment.

    Key words: Intelligent positioner; repair and calibration; LED indicator

    1 前言

    调节阀是控制系统的终端，一旦其发生故障，将直接影响装置的安全运行，对生产过程影响非常大。作为调节阀的大脑，阀门定位器对整个控制阀的控制性能和现场功能起着决定性的作用。与常规阀门定位器相比，运用智能阀门定位器，能够改善调节阀的流量特性和性能，可以通过与DCS或总线设备进行数字信息通讯，提升企业生产控制能力，为装置的安全稳定生产提供保障。

    2 智能定位器出现的问题

    中原油田天然气处理厂拥有中压、深冷天然气处理装置，为了提高装置的生产控制水平，工艺管段上共采用了数十台Flowserve公司生产的Valtek调节阀，其阀门定位器统一使用Logix1000系列1200型智能定位器。

    几年来，由于使用环境和使用年限的影响，调节阀因定位器工作不正常造成了数十次阀门行程故障，给安全生产带来了隐患，影响了该装置的连续平稳运行。

    通过反复地检查、分析，并与Flowserve公司技术人员的交流，发现出现这些问题的根本原因是由于1200型智能定位器长期使用造成器件的损坏、老化或者技术参数设置不合理，影响了Valtek调节阀的正常工作。这种智能定位器需从美国进口，价格昂贵、到货周期长，如果更换智能定位器，会从很大程度上影响企业装置的正常生产。因此，我们从现有条件出发来解决这些问题。

    3 问题的分析和解决

    3.1 1200型智能定位器的简介

    3.1.1 1200型智能定位器的组成

    1200型智能定位器是一种具有HART通信协议的智能阀门定位器，由三部分组成：微处理器电子控制的模件，包括HART通信模块和就地用户界面开关；电/气动转换器模件的压电阀；阀位传感器。

    3.1.2 1200型智能定位器的工作原理

    整个控制回路由两线、4～20mA信号控制。HART模件送出和接收叠加在4～20mA信号上的数字信息，实现与微处理器的双向数字通信。定位器电路见图1。
                
                                        图1  定位器电路
    模拟量的4～20mA信号传给微处理器，与阀位传感器的反馈进行比较，微处理器根据偏差的大小和方向进行控制计算（一级控制），向压电阀发出电控指令使其进行开、闭动作。压电阀依据控制指令脉冲的宽度对应于气动放大器输出压力的增量，同时气动放大器的输出又被反馈给内控制回路，再次与微处理器的运算结果进行比较运算（二级控制），通过两级控制输出信号到执行机构，执行机构内空气压力的变化控制着阀门行程。当控制偏差很大时，压电阀发出宽幅脉冲信号，使定位器输出一个连续信号，大幅度的改变至执行机构的信号压力驱动阀门快速动作；随着阀门接近要求的位置，命令要求的位置与测得位置的差值变小，压电阀输出一个较小脉宽的脉冲信号，断续、小幅度的改变至执行机构的信号压力，使执行机构接近新命令位置的动作平缓。当阀门到达要求的位置（进入死区）时，压电阀无脉冲输出，定位器输出保持为零，使阀门稳定在某一位置不动。

    3.1.3 1200型智能定位器的性能参数

    两线制：4～20 mA输入

    最小起动电流：≥3.5 mA

    最小工作电流：≥2.8 mA

    有效电阻20mA下为625Ω

    气源压力：75 bf/in2（psi）

    适用电压：12.0 VDC

    通信：HART协议

    耗气量（在60psi压力下）：0.5 Nm3/hr

    气源应符合I SA标准S7.3（露点至少比环境温度低18℉；固体颗粒应小于5微米；含油量不超过百万分之一）

    内部调压器：22.0 bf/in2（psi）

    驱动器模件最低压力：3.8～4.2 bf/in2（psi）

    3.2 1200型智能定位器的修校

    1200型智能定位器装有三个LED指示器。这三个指示器只有一个LED总在闪亮。每个LED都有各自的颜色，传递定位器状态的基本信息。绿色指出定位器运转正常。黄色指示达到“用户定义的限值”或“警告”。红色指出存在错误工况。HART 手持式通信器或ValTalk 微机软件可用来确定黄色或红色LED状态的具体原因。

    在行程中或执行机构校准时，LED都不闪亮。完成校准后，绿色LED闪亮，说明校准正确。如果校准后黄色或红色LED闪亮，说明已探测到警告或错误，必须使用HART手持通信器或
ValTalk软件找出具体的校准错误。

    在没有HART手持式通信器或ValTalk微机软件时，1200型智能定位器的“快速校准”功能可以进行行程校准和定位器的基本操作。“快速校准”常规使用气源整个压力范围，加到定位器的上、下机械限值，从而确定阀门行程。没有机械止挡装置的阀门系统必须使用有手持功能的ValTalk 软件，手动校准阀门。

    通过观察，中石化中原油田天然气处理厂中压、深冷天然气处理装置所用的1200型智能定位器出现的故障主要有以下几种：

    3.2.1 状态显示LED全不闪亮

    三个LED同时损坏的可能性很小，考虑可能是控制电流低于3.5毫安或者高于安全限定电流导致定位器电路保护（就是其零点或满量程信号不符合定位器工作规范），首先利用校验仪表现场发送信号来确定是否为定位器自身的问题，再确认是否为调节阀控制回路接线端子虚接或者短路，最后进入DCS调节阀信号组态模块中将Minimum current与Maximum current 百分比数进行调整。

    3.2.2 状态显示黄色LED亮

    这说明定位器的组态设置达到“用户定义的限值”或者是“一般状态警告”，依次检查定位器气源供给压力大于75psi，气源减压过滤器有无积液，内部调压器连接软管有无积液，柱形阀盖疏水层是否潮湿，如果有可以用普通的电吹风进行人工干燥；干燥后故障没有排除，则使用HART手持通信器依次渐变修改定位器的限值设置。

    3.2.3 状态显示红色LED亮

    主要是定位器重要的硬件故障造成的，分别主要表现为：

    （1）按下定位器“快速校准”按钮，调节阀虽然动作，但是行程与给定值差别大，应考虑可能是位置传感器/连杆机构出现了问题。

    首先要判断是否为连杆机构的问题，要确定阀杆夹和移出臂高度，然后调整系杆和随动臂的松紧和长短，稍松锁紧螺母，慢慢扭动系杆随动销，反复试验，直到行程正常，扭紧螺母固定随动销。

    如果是位置传感器出现故障，要首先断开单元的电源和气源，卸下主盖，断开旋转位置传感器到采集板的接线，卸下旋转位置传感器的两个螺钉，然后从壳上卸下传感器，缓慢转动位置传感器的轴，使开槽处的点与盒中的接线方向相同，仔细把位置传感器的中心置于反馈轴的孔中心，使接线指向定位器主电路板组件，然后半锁紧反馈传感器安装螺钉，顺时针方向和逆时针方向缓慢少量转动阀杆位置传感器，同时查看LED指示器，如果黄色LED开始闪动，说明反馈传感器已经正常工作，反馈传感器故障现象排除，这时就可以重新复原采集板的接线，按下定位器“快速校准”按钮，故障现象消失。如图2所示。
                           
                                         图2  阀杆位置传感器的调节
    （2）按下定位器“快速校准”按钮，调节阀虽然动作，但是只能完成单行程或者行程到位后并不能保持，且发现柱形阀部分柱形口变形；或柱形阀表面涂料脱落；或者柱形阀气室内有颗粒物，这种现象说明柱形阀在柱形阀托架内密封出现问题，导致气源气泄漏和气路1路2路互串，这种情况取下损坏的定位器气源驱动器组件，从其它已损坏不能修复的定位器取出气源驱动器组件进行更换，故障解决。如图3所示。
                            
                                              图3  校准按钮和内部调压器
    （3）按“快速校准”按钮之后，执行机构不动作，可能是内部调压器压力或驱动器模件最低压力偏低。将定位器内部调压器压力设定孔通过软管连接到测量范围为0～30psi 的FLUKE压力模块上，FLUKE压力模块又与校验仪相连，通过FLUKE多功能校验仪不断读数来调整转动内部调压器设定旋纽，使其达到内部调压器所需要的22psi。在内部调压器满足条件的情况下，将测量范围0～30psi 的FLUKE压力模块接口连接至最低压力测试孔上，不断转动驱动器模件底上的最低压力设定螺钉，使FLUKE多功能校验仪所显示的数值达到3.8～4.2psi，然后恢复定位器内各连接接管，通电重新校准，故障排除。如图3所示。
                      
                                      图4  驱动器模件
    4 1200型智能定位器使用中应注意的问题

    4.1 对调节信号的带负载能力有较高的要求

    实际使用过程中，由于1200型智能定位器的输入阻抗较高，当输入信号为20mA时，供电电压的最小要求值为12VDC、带负荷能力不小于625Ω，否则定位器不能正常工作；最小输入电流不小于3.5mA时，才能确保其性能。

    4.2 应合理设置定位器的动作死区

    定位器死区设置越小，定位精度越高，这就给人们造成一个误区，以为死区越小越好，但这样会使压电阀及反馈杆等运动部件的动作越频繁，有时会引起阀门振荡，影响定位器和阀门的使用寿命，故定位器的死区设置不易过小；定位器设置更改后，必须重新调校后才能生效。

    4.3 1200型智能定位器的安装

    定位器的安装有一个重要原则就是，定位器、阀杆、反馈杆三部分要构成闭环负反馈。安装时可以这样检验：定位器安装后，阀杆和反馈杆不连接，用手转动反馈杆，若阀杆动作方向与反馈杆动作方向相反，则说明已构成闭环负反馈；此时要将调节阀阀位置于50％，并使反馈杆处于水平位置，然后将反馈杆和阀杆固定，这样可以保证定位器工作在最佳线性段。定位器安装不平正，也会增加其线性偏差。

    4.4 1200型智能定位器流量特性的选择

    调节阀的流量特性是由阀芯的加工特性所决定的，如果工艺要求与其相符，则定位器的输出特性应选择线性输出；在实际使用中，若阀芯特性与工艺要求不符，则可以通过定位器输出特性的设置来改变阀门的整体流量特性，如可以将阀芯为线性特性的调节阀，通过把定位器输出特性设置为等百分比特性，即可将具有线性阀芯的阀门变为等百分比流量特性的阀门来使用。

    5 总结

    通过对1200型智能定位器的修校，笔者发现这种方法不但能够降低成本，而且大大缩短了故障修复时间，为企业的连续正常生产奠定了基础。另外，这种方法的还有以下优点：

    （1）不需要新增故障检测软、硬件，完全利用现有的检测仪器（如FLUKE多功能校验仪、压力模块、HART手操器、手压泵等）就完成了故障的认定和修复。

    （2）通过对故障现象的分析、确认，将故障细化分类，只需进口少量的内部控制元件，大大降低了设备维护成本。

    （3）在经验累积的过程中，发现每一个调节阀控制变化和整个工况实时运行状况有其密不可分的联系。因此在不同工况下通过调整DCS阀门开关限值、PID控制参数和定位器的性能参数设定就可以降低定位器运行故障率，提高调节阀和定位器的使用年限。

    其他作者：崔文鹏（1982-），男，山东鄄城人，大学本科，助理工程师，主要从事天然气处理装置的自动化仪表应用工作；

    许桂琴（1982-），女，山东菏泽人，大学本科，助理工程师，主要从事天然气处理装置的自动化仪表应用工作；

    罗海滨（1983-），男，四川大邑人，大学本科，助理工程师，主要从事天然气处理装置的自动化仪表应用工作；

    付岗（1982-），女，辽宁凌海人，大学本科，助理工程师，主要从事天然气处理项目开发与技术改造中自动化仪表的应用工作。

    参考文献：

    [1] 美国FLOWSERVE公司. Logix1200阀门定位器操作手册[Z].

    [2] 吴国熙. 调节阀使用与维修[M]. 化学工业出版社, 2001.

    [3] 解怀仁. 智能型电气阀门定位器[D]. 北京: 中石化规划院. 

    摘自《自动化博览》2010年第十期