1、簡介 在化工生產(chǎn)中，自動控制的應(yīng)用非常廣泛。自動控制可以減輕工人的勞動強度，提高控制精度，降低產(chǎn)品成本，典型的自動控制原理如圖1所示。檢測單元把工藝系統(tǒng)中檢測到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬或數(shù)字信號后傳送到集成運算單元，集成運算單元將接收到的信號和控
1、簡介
在化工生產(chǎn)中，自動控制的應(yīng)用非常廣泛。自動控制可以減輕工人的勞動強度，提高控制精度，降低產(chǎn)品成本，典型的自動控制原理如圖1所示。檢測單元把工藝系統(tǒng)中檢測到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬或數(shù)字信號后傳送到集成運算單元，集成運算單元將接收到的信號和控制指令（給定信號）進(jìn)行對比運算，再把運算結(jié)果送到執(zhí)行單元，執(zhí)行單元根據(jù)信號自動對工藝系統(tǒng)進(jìn)行控制/調(diào)節(jié)。在目前的實際應(yīng)用中，大部分的執(zhí)行單元都是以調(diào)節(jié)閥作為終端元件，所以幾乎所有回路中的故障最終都將反映到調(diào)節(jié)閥上，而在眾多的故障現(xiàn)象中，調(diào)節(jié)閥波動比較常見，但最不好處理。鑒于調(diào)節(jié)閥是終端執(zhí)行元件，因此，對調(diào)節(jié)閥波動必須結(jié)合整個控制回路進(jìn)行分析，查找出導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥波動的真正原因，才能從根本上消除調(diào)節(jié)閥波動故障。表1是2003年系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥波動的統(tǒng)計。
2、原因分析及處理
圖2是一個典型的自動控制系統(tǒng)回路。從圖2可以看出，一個完整的自動控制系統(tǒng)涉及很多個獨立的單元?？偟膩碚f，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥波動的原因有很多，有的是調(diào)節(jié)閥自身的波動，另外就是傳送到調(diào)節(jié)閥的信號波動引起調(diào)節(jié)閥波動，信號波動的原因從每一個單元來說，幾乎都有可能產(chǎn)生。
2、1檢測單元出現(xiàn)輸出數(shù)據(jù)信號波動
檢測單元是從工藝系統(tǒng)取得檢測數(shù)據(jù)的儀表單元，檢測儀表分兩種：直接式測量，比如溫度探頭、浮力液位計等；另一種是間接式測量，比如光學(xué)測溫儀、雷達(dá)料位計等。從我們使用和處理的情況看，檢測單元檢測數(shù)據(jù)出現(xiàn)波動的大多是直接式測量儀表。出現(xiàn)數(shù)據(jù)波動的原因主要有兩個：一是系統(tǒng)本身的波動導(dǎo)致的，比如合成氨系統(tǒng)的合成氣壓縮機100C2密封油高位槽100V35的液位變送器LT507，因為高位槽的液位在設(shè)定后，潤滑油泵送來的潤滑油進(jìn)入高位槽后，通過管線進(jìn)入壓縮機缸體后再回到油箱，因為回油量基本固定，高位槽的液位主要由LV507控制，當(dāng)液位過高時，LV507關(guān)小，液位低時，LV507打開，所以，在LV507的不斷調(diào)節(jié)中，高位槽的液位是不斷變化的，LT507檢測到的數(shù)據(jù)自然就是波動的，LT507的數(shù)據(jù)波動反過來給LV507一個波動信號，LV507就在不停的波動。但是這種波動并非故障，而是一種正常的調(diào)節(jié)狀態(tài)，今年我們更換了靈敏度更高的液位變送器，調(diào)節(jié)就比較平穩(wěn)，波動明顯減小。另一種情況是檢測儀表自身的故障，比如浮力式浮筒液位計，其原理是一個在外套筒內(nèi)的浮筒沒于介質(zhì)中，根據(jù)介質(zhì)的液位高低不同，浮筒所受的浮力也不同，輸出變化的扭矩產(chǎn)生不同的輸出信號。當(dāng)介質(zhì)中含有微粒雜質(zhì)比較多的時候，因為浮筒與外套筒間的間隙很小，如果介質(zhì)中的雜質(zhì)進(jìn)入到里面，就有可能將浮筒卡住，在浮筒的浮力尚可克服卡澀摩擦力時，浮筒液位計的輸出信號就容易出現(xiàn)波動，傳送到調(diào)節(jié)閥的信號也是波動的，造成調(diào)節(jié)閥波動。這種情況的處理是避免介質(zhì)中的雜質(zhì)進(jìn)入到浮筒與套筒中間的間隙，比如加濾網(wǎng)等。
2、2集成運算單元故障引起輸出信號波動
對于集成運算單元，在大型的自動化控制系統(tǒng)中，主要采用DCS集散控制，所有的信號采集、集成運算、信號輸出都是在DCS系統(tǒng)中完成的，最終的系統(tǒng)運算如果細(xì)化來看，信號采集、信號輸出主要是DCS的卡件在起作用。實際的儀表回路如圖2所示。變送器把檢測到的數(shù)據(jù)通過DCS系統(tǒng)對的卡件進(jìn)行集成送給CPU運算，然后將結(jié)果通過卡件輸出給執(zhí)行單元，執(zhí)行單元根據(jù)接收到的信號對工藝系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)/控制。那么，在這個回路中，如果卡件出現(xiàn)故障，就會引起對應(yīng)的調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)問題。例如2006年6月27日，合成氨系統(tǒng)主控操作員發(fā)現(xiàn)脫碳系統(tǒng)再生塔溶液進(jìn)口壓力控制閥100PV113A/B出現(xiàn)波動，同時，儀表DCS操作員也發(fā)現(xiàn)對應(yīng)的FBM040308卡件報警，初步判斷為卡件故障，更換卡件后故障現(xiàn)象消失。這種現(xiàn)象是系統(tǒng)硬件故障造成的，在有條件的情況下，更換相應(yīng)的硬件就可以解決問題了。
而另一種情況就不是硬件的原因了，比如我廠快速蒸汽鍋爐的一臺蒸汽減溫水調(diào)節(jié)閥208TV201，投到自動控制時波動很大，單獨調(diào)校該調(diào)節(jié)閥，各項性能都是合乎要求的，后來在控制室對該PID參數(shù)重新進(jìn)行整定，把原來的溫度波動范圍由±5oC提高到±10oC，調(diào)節(jié)閥波動明顯減小。這種情況是因為參數(shù)設(shè)定不合理造成的，在一些小型容器的液位或壓力控制中，都有可能出現(xiàn)這種故障。因此，對于系統(tǒng)PID參數(shù)設(shè)置不合理而引起的調(diào)節(jié)閥波動，一般只需要修改相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)就可以了。
2、3執(zhí)行單元引起的調(diào)節(jié)閥波動
執(zhí)行單元主要是接收集成運算系統(tǒng)輸出的信號，然后轉(zhuǎn)換為氣壓信號，或直接以電流信號來推動調(diào)節(jié)閥動作，達(dá)到控制/調(diào)節(jié)的目的。在執(zhí)行單元，一般分三個環(huán)節(jié)：電氣轉(zhuǎn)換器、定位器、執(zhí)行器。在電氣轉(zhuǎn)換器環(huán)節(jié)中，容易引起波動的原因主要有噴嘴/擋板太臟和接線不牢兩種。在儀表空氣不干凈，如儀表空氣含油、含微塵等，在噴嘴/擋板處會逐漸積聚，時間長了，積聚的污物太多時，就會影響噴嘴的排氣，導(dǎo)致電氣轉(zhuǎn)換器輸出波動。出現(xiàn)這種情況，只需要及時清潔噴嘴/擋板就可以解決。第二種是接線不牢，從主控送出的數(shù)字/模擬信號，通過電氣轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為可以被定位器或執(zhí)行器接受的20－100Kpa標(biāo)準(zhǔn)信號，當(dāng)電氣轉(zhuǎn)換器接線端子接觸不好或沒有接牢靠時，即使有輕微的振動，都有可能造成電氣轉(zhuǎn)換器輸出波動，從而引起調(diào)節(jié)閥波動。比如我廠尿素系統(tǒng)一臺冷凝液控制閥AV09701，工藝反映波動較大，經(jīng)檢查是信號波動，懷疑是電氣轉(zhuǎn)換器故障，打開電氣轉(zhuǎn)換器，各部件都正常，后發(fā)現(xiàn)接線端子壓線螺釘松動，導(dǎo)致輸出信號波動，緊固壓線螺釘后故障消除。所以，對于接線不牢引起的故障，解決的辦法就是緊固接線，保證各接點牢固。
對于定位器，引起波動的主要是結(jié)構(gòu)的原因。定位器的主要作用就是提高定位精度、加快響應(yīng)速度，如果定位器出現(xiàn)故障，就可能引發(fā)很多問題。具體就波動而言，有以下幾種可能的原因。一是和電氣轉(zhuǎn)換器一樣，因為儀表空氣不干凈，噴嘴/擋板結(jié)構(gòu)的會因為噴嘴/擋板太臟引起定位器輸出波動，對于用滑閥控制的，滑閥的“O”形密封環(huán)老化、磨損，也會引起輸出波動從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥波動。因此，對于噴嘴/擋板太臟的，同樣只需要清潔噴嘴/擋板就可以了，而對于滑閥“O”形密封環(huán)老化、磨損的，就必須更換“O”形密封環(huán)。另外，定位器反饋松動也可能引起定位器輸出波動，比如我廠鍋爐給水閥100FV106，因為反饋凸輪緊固螺釘松動，造成反饋松動，引起調(diào)節(jié)閥大幅波動。當(dāng)定位器反饋松動后，調(diào)節(jié)閥閥位的變化不能對定位器形成負(fù)反饋，信號和輸出不對應(yīng)，調(diào)節(jié)閥動作滯后，而信號的要求與調(diào)節(jié)閥滯后沖突，引起調(diào)節(jié)閥波動。所以，對于反饋松動的，需要將松動的部位緊固。還有一種情況在查找故障原因時很容易被忽視，即定位器排氣通道被堵塞，當(dāng)定位器動作時，其放大器或滑閥可能需要排氣，如果定位器的排氣通道不暢通，就會出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)的時候產(chǎn)生波動。比如我廠的LV150，工藝反映波動，現(xiàn)場檢查各部件正常，且沒有波動現(xiàn)象，后主控動作該閥時出現(xiàn)波動，定位器排氣聲幾乎聽不到，檢查排氣通道，發(fā)現(xiàn)通道在防腐的時候被油漆堵住了，定位器排氣相當(dāng)?shù)穆?，清理排氣通道后故障消失?br>在執(zhí)行器部分，除了上面的信號波動原因，其本身波動的原因也是有兩種。常見的是執(zhí)行機構(gòu)氣室密封不良，出現(xiàn)漏氣、串氣引起波動。對于薄膜式執(zhí)行機構(gòu)，如果膜片損壞，當(dāng)氣室有氣壓的時候，薄膜就會漏氣，定位器則需要不停調(diào)整輸出以的向氣室內(nèi)補充儀表空氣，這時候就可能出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥波動。對于氣缸活塞式執(zhí)行機構(gòu)，如果活塞不能密封，氣室串氣，定位器也需要不停的調(diào)整輸出，同樣容易出現(xiàn)波動。所以，對漏氣、串氣的，需要更換相關(guān)部件消除漏氣、串氣。另外一種原因是執(zhí)行機構(gòu)的有效輸出力不夠，在一定的工況下，不能克服閥芯的不平衡力和填料的摩擦力，調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)波動，這種故障一般可以增加氣源壓力或彈簧預(yù)緊力、也可以通過適當(dāng)松動填料以減小摩擦力來消除。
2、4中間環(huán)節(jié)引起調(diào)節(jié)閥波動
從整個回路來看，除了各個主要環(huán)節(jié)引起調(diào)節(jié)閥波動外，中間有的環(huán)節(jié)也有引起調(diào)節(jié)閥波動的可能。各個單元之間的連接都是通過屏蔽信號電纜或接線來連接的，如果中間某一個地方接線不牢固，就有可能引起信號波動，比如前面所說的AV09701。而比較典型的一個例子就是在2003年6月3日，儀表合成班在正常維護的時候，需要將控制板卡拉出來清掃灰塵，正好在氨氣壓縮機防喘振閥100FV150板卡上的輸出線是焊接而且有虛焊，晚上100FV150波動，工藝無法投到自動控制，在調(diào)節(jié)閥用手動控制，重新焊接板卡輸出線后恢復(fù)自動控制。
因此，在各個主要環(huán)節(jié)中間的連接都不可以忽視，在整個儀表控制回路中，任何一點的連接出現(xiàn)問題都會引起調(diào)節(jié)閥不能正常運行。特別是各個接線端子，一定要保證連接牢固可靠。
3、結(jié)束語
在多年的檢修維護工作中，我們處理了大量的調(diào)節(jié)閥波動故障，積累的豐富的經(jīng)驗，也形成了一套比較完整的知識體系。但是在實際處理中，仍然有極少數(shù)的調(diào)節(jié)閥波動我們無法確定其真正的原因，無論從回路進(jìn)行分析，還是從工藝操作方面動無法證明。這些需要我們繼續(xù)學(xué)習(xí)研究，以求知其然亦知其所以然。
