SIEMENSSIPARTPS2智能阀门定位器的特点与应用(2)

4．SIPART PS2智能定位器的特点

由于新型控制元件，如导电塑料和压电阀的使用，可以使阀门定位达到很高的精度，同时由于微处理的使用，可以使定位器的调校以及适用范围有较大地改善。其具有以下主要特点：

1)安装简易，可以进行自动调校。并且组态简便、灵活，可以非常方便地设定阀门正反作用，流量特性，行程限定或分程操作等功能。

2)定位器的耗气量极小。传统定位器的喷嘴、挡板系统是连续耗气型元件，由于智能定位采用脉冲压电阀替代了传统定位器的喷嘴、挡板系统，而且五步脉冲压电阀控制方式可实现阀门快速、精确定位，智能定位器只有在减小输出压力时，才向外排气，因此在大部分时间内处于非耗气状态，其总耗气量为20L/h，相对于传统定位器来说可以忽略不计。

3)具有智能通讯或方便的现场显示功能，便于维修人员对定位器工作情况进行检查维修。

4)定位器与阀门可以采用分离式安装方式。因为智能定位器的位置反馈元件是电位器，即阀位信息是用电信号传递的，并且可以在CPU中对阀门的特征进行现场整定。因此采用行程位置利测装置外置的方法，将阀位反馈组件与定位器本身分离安装。将行程位置检测装置在执行机构上，定位器安装在离执行器一定距离的地方，如图5所示。这样就大大地扩展了定位器的使用范围，例如可以适用于大型风门，闸门等非标准结构的执行机构以及超大行程结构的执行机构中（已经有大量此类应用）。正是与智能电气阀门定位器的结合，大大地提高了此类装置的控制定位精度。

5)行程检测装置还可以采用非接触式位置传感器，用于恶劣现场，如应用在强振动，高低温及核辐射区环境中的阀门上，避免了不良环境对定位器的影响，保证定位器的可靠使用和寿命。此类应用可参见有关文献。

6)有丰富的自诊断功能。不仅可以对定位器本身的工作情况进行故障自诊断，还可以对调节阀和执行机构的性能进行定量测量和诊断，如阀门行程的变化检测，对阀门极限位置变化的测量，可诊断阀门的磨损情况；对阀门定位时间的测量可以诊断定位周期是否合适，是否会引起震荡：还可以对气动执行机构的密封情况等进行诊断，从而为阀门的维修提供科学依据。

7)可以非常方便地进行安全检测测试与试动作，尤其在对阀门的可靠动作要求非常高的安全仪表系统中，可以在线验证SIS安全仪表系统的阀门执行的安全有效性，见文献2。

三、SIPART PS2在实际使用中应注意的问题

虽然智能定位器使用简单，功能强大，但在工程应用中还是应注意一些问题，以使其可靠工作发挥出更好的控制作用，延长其使用寿命。

1．智能定位器2线/4线接线方式的选择

由于智能阀门定位器的输入阻抗较高，而且随输入电流的增加而增大，例如西门子SPRARTPS2系列定位器作为2线制仪表使用时，其输入阻抗为415 Q，如带HART协议型则输入阻抗更大，为440 Q左右，因此对调节信号的带负载能力有较高的要求。而通常情况下，数字调节仪表的输出带负荷能力<300Q，因此在选用智能电气阀门定位器时一定要核对调节器输出控制信号的带负载能力，应>500 Q，才能保证大开度时定位器的正常工作。笔者曾在某DCS系统的输出回路中，直接驱动SPRART PS2型智能电气阀门定位器，最大只能驱动18mA的电流，即只能满足87.5%以内的行程开度。并且在通讯情况下，其最大电流会进一步降低，严重影响大开度时的定位要求。有鉴于此，对于调节器输出控制信号带负载能力不够的情况，应考虑以下解决方案：

1)在输入信号回路中设置信号隔离器件，增加控制信号的带负载能力。即选用带负载能力高的中间隔离驱动器件，器件带载能力应>500 Q。如果现场是防爆场所则可选用带负载能力高的隔离式安全栅，如MTL3000系列隔离安全栅，如图3所示。

图3选用带负载能力高的中间隔离驱动器件

2)采用4线制连接方式，减小智能定位器输入信号回路的输入阻抗，如图4所示的接线方式。由于增加了电源供电回路，因此智能定位器信号回路的输入阻抗会大大减小，约250 Q左右，能符合大多数调节器输出回路的负载要求。

注：如是本安回路应使用安全栅

图4智能电气阀门定位器4线制连接方式

2．合理设置智能阀门定位器的动作死区

一般智能定位器的动作死区设置范围为0.1%N10.0%之间。死区设置越小，定位精度越高，但相应的压电阀及反馈连杆等运动部件的动作越频繁，有时甚至会引起阀门震荡，增大机械磨损，会影响定位器和阀门的寿命，故定位器的死区设置不宜过小，应结合具体工艺控制精度要求进行设置，一般不小于0.5%。

3．合理设置控制周期

应结合调节器和被调节对象的特性来合理设置控制系统的控制周期。一般的智能定位器本身的控制响应时间为1.5s，因此调节器输出改变周期设置在1.Os左右比较合适。

4．SIPART PS2智能定位器流量特性的选择

智能定位器均具有流量特性选择设定功能。但在实际使用中，要根据所配阀门的流量特性与工艺具体要求来合理确定。

一般定位器所配用阀门的流量特性是由阀芯的加工特性决定的。阀芯有直线、等百分比、快开等流量特性，如果工艺要求与此相符，则智能定位器的输出特性应选择为线性输出，这样就能保证整体阀门流量特性与原设计要求相符。

当实际阀门使用中，阀芯固有流量特性不能适合工艺要求时，则可以通过阀门定位器输出特性的改变来改变阀门的整体流量特性。如可以修改智能定位器为等百分比输出，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；或修改智能定位器为反向等百分比输出，可将等百分比阀芯的阀门调整为线性流量特性的阀门来使用。

5．SIPART PS2在防爆环境中的应用

在防爆环境中应选用本安或隔爆型智能定位器。而且应在接线时注意智能定位器输入阻抗与安全关联设备的带负载能力的匹配问题。

如构成本质安全回路，最好选用带附载能力>500Q以上的输出型隔离栅，如果采用齐纳安全栅则应采用4线制连接方式，降低定位器信号回路的输入阻抗。如选用隔爆型智能定位器，其现场安装方式则应符合隔爆电气设备的安装规范要求。

6．SIPART PS2在恶劣现场条件下的应用

在一些恶劣现场工况环境中，如过高、过低的环境温度，阀门或管道存在强烈的震动，以及现场环境存在强烈辐射、强电磁干扰等环境，智能阀门定位器安装在阀门上是不能很好工作的，寿命也会大大降低。此时可以将阀位传感器与智能定位器进行分离式安装。将阀位传感器（一般为线性电阻传感器等简单元件）安装在阀门上，智能定位器本身可单独安装在距阀门一定距离，工况环境较好的地方，如图5所示。

阀位传感器与智能定位器通过电缆进行连接，智能定位器的气动输出通过气动连接管与执行机构连接，即可实现阀门的可靠定位控制。电缆连接应采用屏蔽电缆，并在智能定位器中使用EMC滤波器来抑制恶劣环境产生的干扰因素。

图5智能电气阀门定位器的分离式安装

四、结论

西门子SIPART PS2系列定位器是非常具有代表性的新型智能电气阀门定位器，由于CPU和新型器件的采用，智能电气阀门定位器的性能与传统阀门定位器相比有了一个大的飞跃。智能电气阀门定位器的定位精度更高，适用范围更广，而且使用更加简便和可靠。但是在具体的应用中还要从符合安全要求，更好地控制效果，与调节回路的匹配，适应特殊环境要求，延长使用寿命等方面合理选择定位器的类型，并进行其功能参数设置和调校。

参考文献

1．《西门子SIPART PS2智能电气阀门定位器操作说明》2004

2．爱默生．使用最新的安全仪表系统来降低风险，爱默生过程管理．2004.12

作者简介：卞家宏，男，华北制药股份有限公司计控处

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