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一種用智能型閥門定位器改變調(diào)節(jié)閥靜態(tài)特性的方法

發(fā)布于:2019/11/14 9:31:39 點(diǎn)擊量:54

1 引言

    過程控制儀表主要包括變送器、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器及多種輔助控制儀表和裝置,閥門定位器是調(diào)節(jié)閥(最常見的執(zhí)行器)的主要附件,用于提高和改善調(diào)節(jié)閥的性能。近年,來自調(diào)節(jié)閥市場(chǎng)的消息大多與調(diào)節(jié)閥本身無關(guān),而與定位器的先進(jìn)性有關(guān),西門子、費(fèi)希爾-羅斯蒙特等國(guó)外大公司,相繼研制成功了智能型兩線制,或配有HART總線、FF總線等現(xiàn)場(chǎng)總線接口的智能型閥門定位器[1]。本文詳細(xì)介紹了一種通過改變智能型閥門定位器的性能特性來改變調(diào)節(jié)閥靜態(tài)特性的方法。

    2 定位器的基本原理

    要理解閥門定位器在一個(gè)過程控制系統(tǒng)中所扮演的角色,參看圖1。圖中r為被調(diào)量的設(shè)定值;y為被調(diào)量;y為被調(diào)量的測(cè)量值;u為調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)(與執(zhí)行器即調(diào)節(jié)閥的開度成一定的關(guān)系);f為定位器的輸出信號(hào);c為閥門位置信號(hào)。定位器在此系統(tǒng)中的主要作用就是將從調(diào)節(jié)器來的調(diào)節(jié)信號(hào)(4~20mA或3~15psi)與從執(zhí)行器來的閥門位置信號(hào)相比較,判斷它們是否與預(yù)期的關(guān)系相匹配,如果相匹配,則定位器將使執(zhí)行器維持在此位置,否則將使執(zhí)行器動(dòng)作直至兩信號(hào)相匹配。此外定位器的主要作用還包括改變閥的作用方式、靜態(tài)特性、實(shí)現(xiàn)分程控制等。

    3 調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)特性

    調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)特性可以表示為[2]

     

    式(1)可改寫成下面形式:

     

    式中:

   

    dL/Lmax--閥桿相對(duì)位移;
    du/umax--控制信號(hào)的相對(duì)變化;
    dQ/Qmax--流量的相對(duì)變化。

[pages]

    K1表示閥行程與到閥控制信號(hào)之間的關(guān)系,K2表示通過調(diào)節(jié)閥的物料流量與閥行程之間的關(guān)系,即調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特性(又稱固有流量特性),一旦閥已選定它就不能再改變了。調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特性,即,如圖2所示主要有線性、對(duì)數(shù)、拋物線和快開等,用數(shù)學(xué)式表達(dá)為:

    (1)線性特性(曲線1)

           

    (2)等百分比(對(duì)數(shù))特性(曲線2)

              

    (3)快開特性(曲線3)

   

    (4)拋物線特性(曲線4)

   

    式中R為調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比,即

   

    4 改變調(diào)節(jié)閥靜態(tài)特性的方法

    在沒安裝定位器的情況下,K1為一常數(shù)即閥行程與到閥控制信號(hào)成線性關(guān)系,此時(shí)調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)特性即為其結(jié)構(gòu)特性,無法改變;如果安裝了定位器,則K1即為定位器的性能特性。對(duì)于機(jī)械力平衡式定位器來說可以通過更換反饋凸輪來加以改變,而對(duì)于智能型定位器由于預(yù)先進(jìn)行了程序設(shè)置,因此只需要通過功能鍵進(jìn)行選擇就可以任意改變K1,從而改變調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)特性。當(dāng)現(xiàn)有調(diào)節(jié)閥的流量特性符合需要時(shí),只需將定位器特性設(shè)置為線性。

    否則將根據(jù)需要和現(xiàn)有閥的流量特性進(jìn)行選擇。例如若現(xiàn)有閥的結(jié)構(gòu)特性為直線特性,所需的流量特性為對(duì)數(shù)特性,即:

       

    將式(3)左式代入上式,得:
    
    
   

    將式(3)右式代入,積分后代入邊界條件(u=umin;I=0,u=umax,I=L),得:

       

    其中,式(9)表示所需的定位器的性能特性,即閥門相對(duì)開度與相對(duì)控制信號(hào)的關(guān)系,如圖3中的曲線D。同理,若所需流量特性為直線、快開和拋物線,則分別將式(1-8)中等式右邊改為,并將式(3)右式代入,積分后代入邊界條件分別得到:

   

    其曲線分別如圖3中的曲線A、B和C所示。在代入邊界條件時(shí)必須注意在整個(gè)過程控制系統(tǒng)中所需的定位器與調(diào)節(jié)閥的總體增益的正負(fù)。當(dāng)所需的總體增益為負(fù)時(shí),相應(yīng)的邊界條件應(yīng)為u=umin;I=0,u=umax,I=L。

    其他各種情況也可以按照此步驟代入相應(yīng)條件得出相應(yīng)的關(guān)系式,在此就不再一一推導(dǎo)。

    5 結(jié)論

    通過安裝智能型定位器來改變調(diào)節(jié)閥的流量特性使得企業(yè)能充分利用現(xiàn)有資源來適應(yīng)多變的市場(chǎng)需求,且調(diào)整方便,易于維護(hù),具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

    參考文獻(xiàn)

    [1] 解懷仁.智能型電氣閥門定位器[J].化工自動(dòng)化及儀表,1995,2:51-55.
    [2] 翁維勤,等.過程控制系統(tǒng)及工程[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1996,8.



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