隨著現(xiàn)代鋼鐵、石油、化工等行業(yè)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大以及生產(chǎn)自動(dòng)化程度的不斷提高，傳統(tǒng)的電氣閥門(mén)定位器越來(lái)越難以滿(mǎn)足我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的要求。近幾年智能閥門(mén)定位器的不斷改進(jìn)與完善，已經(jīng)逐步成為自動(dòng)化控制系統(tǒng)中重要的組成部分，其采用了先進(jìn)的集成電路控制技術(shù)，憑借控制精度高、響應(yīng)速度快、工作穩(wěn)定性好、適用種類(lèi)廣等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的過(guò)程控制領(lǐng)域，不斷地提升著自動(dòng)控制的整體水平。
一、西門(mén)子閥門(mén)定位器在連鑄冷卻水系統(tǒng)中的意義
在連鑄生產(chǎn)過(guò)程中，液態(tài)金屬凝固所釋放出的熱量絕大部分是由冷卻水帶走，因此，冷卻水對(duì)于連鑄正常生產(chǎn)具有重要的意義，其對(duì)生產(chǎn)效率、鑄坯質(zhì)量都會(huì)產(chǎn)生直接的影響。
冷卻水系統(tǒng)分為四個(gè)系統(tǒng)：（1）結(jié)晶器冷卻水系統(tǒng)，水質(zhì)為軟水，進(jìn)水壓力約為1.0Mpa，溫度為33℃～55℃。（2）設(shè)備間接冷卻水系統(tǒng)，水質(zhì)為凈環(huán)水，進(jìn)水壓力為0.6MPa～0.8MPa，溫度為40℃～55℃。（3）二次冷卻水系統(tǒng)，水質(zhì)未濁環(huán)水，進(jìn)水壓力恒壓為1.0MPa，溫度約為40℃。（4）設(shè)備直接冷卻水系統(tǒng)，水質(zhì)為濁環(huán)水，進(jìn)水壓力不小于0.4MPa，溫度約為40℃。
連鑄循環(huán)水冷卻系統(tǒng)分為凈循環(huán)水系統(tǒng)和濁循環(huán)水系統(tǒng)，其中凈循環(huán)水系統(tǒng)為半閉路系統(tǒng)，其主要用于冷卻結(jié)晶器；而濁循環(huán)水系統(tǒng)主要用于鑄機(jī)的二冷區(qū)用水，設(shè)備冷卻、沖鐵皮等。之前我廠(chǎng)使用的傳統(tǒng)的機(jī)械閥門(mén)定位器，其采用機(jī)械力平衡式原理，受外部振動(dòng)、溫度、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境粉塵等多種因素的影響較大，零點(diǎn)和行程的調(diào)整分別用手動(dòng)調(diào)整，需反復(fù)進(jìn)行，很費(fèi)時(shí)間。現(xiàn)在我廠(chǎng)在控制連鑄冷卻水流量大小方面主要采用德國(guó)的西門(mén)子閥門(mén)定位器，型號(hào)為SIPARTPS26DR6010-0NN00-0AA0，與PLC、氣動(dòng)閥、電磁流量計(jì)相互配合來(lái)完成的，由操作人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)境對(duì)冷卻水流量大小在電腦操作畫(huà)面上進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)操作界面給定的閥門(mén)開(kāi)度百分比，由PLC轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的4mA～20mA電流信號(hào)，通過(guò)模擬量輸出模塊傳送給閥門(mén)定位器，來(lái)控制閥門(mén)的實(shí)際開(kāi)度（圖1）。系統(tǒng)主機(jī)采用WindowsXP操作系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)工具采用當(dāng)代流行的S7和Wincc語(yǔ)言編程，根據(jù)生產(chǎn)的要求，將所有的參數(shù)表設(shè)為主畫(huà)面，每一流的手、自動(dòng)配水各占一個(gè)畫(huà)面，并以柱狀圖表示，觀(guān)察起來(lái)清晰、醒目、直觀(guān)。
圖1 西門(mén)子閥門(mén)定位器在水系統(tǒng)中控制圖
二、西門(mén)子閥門(mén)定位器的特點(diǎn)
西門(mén)子SIPARTPS2智能閥門(mén)定位器在閥門(mén)定位器領(lǐng)域技術(shù)水平成熟度較高，廣泛地用于直行程和角行程的閥門(mén)，用于改善調(diào)節(jié)閥的流量特性和性能。閥門(mén)定位器作為調(diào)節(jié)閥的大腦和靈魂，其采用數(shù)字式高集成度的微處理器和新型元件，綜合性能有了很大的提高，通過(guò)與總線(xiàn)設(shè)備或DCS通訊，提高企業(yè)過(guò)程控制品質(zhì)，為安全生產(chǎn)提供保障。
1.西門(mén)子閥門(mén)定位器的工作原理。閥門(mén)定位器是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的關(guān)鍵附件之一，其作用是把調(diào)節(jié)裝置輸出的電信號(hào)變成驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作的氣信號(hào)（圖2）。
圖2 智能閥門(mén)定位器結(jié)構(gòu)
其具體工作原理如下：通過(guò)DCS系統(tǒng)（自動(dòng)或手動(dòng)）發(fā)出設(shè)定模擬量4mA～20mA信號(hào)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字編碼信號(hào)，與閥位傳感器提取閥門(mén)開(kāi)度信號(hào)的數(shù)字編碼在CPU中進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)對(duì)二者的偏差值的計(jì)算來(lái)控制電磁閥的開(kāi)度。如偏差值超出定位精度，則CPU輸出指令使相應(yīng)的開(kāi)/關(guān)壓電閥動(dòng)作，即：當(dāng)設(shè)定信號(hào)大于閥位反饋時(shí)，升壓壓電閥V-l打開(kāi)，輸出氣源壓力P增大，執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室壓力增加使閥門(mén)開(kāi)度增加，減小二者偏差；如設(shè)定信號(hào)小于閥位反饋則排氣壓電閥V-2打開(kāi)，通過(guò)消音器排氣減小輸出氣源壓力P，執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室壓力減小使閥門(mén)開(kāi)度減小，二者偏差減小，正是通過(guò)CPU控制壓電閥來(lái)調(diào)節(jié)輸出氣源壓力的大小使輸入信號(hào)與閥位達(dá)到新的平衡，逐步消除了傳統(tǒng)的定位器在冷卻水控制精度低和控制盲區(qū)較大的問(wèn)題。
2.西門(mén)子閥門(mén)定位器在應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)。隨著智能儀表技術(shù)的發(fā)展，微電子技術(shù)廣泛應(yīng)用在傳統(tǒng)儀表中，大大提高了儀表的功能與性能。與常規(guī)定位器比較，智能閥門(mén)定位器具有模塊化、控制精度高、免維護(hù)設(shè)計(jì)、耗氣耗能少、使用成本低等優(yōu)點(diǎn)。
（1）精度高。西門(mén)子智能閥門(mén)定位器是基于微處理器的具有高精度的閥門(mén)位置信號(hào)傳感器，能夠檢測(cè)到更加細(xì)微的偏差，控制精度可以達(dá)到0.5%～1%；而傳統(tǒng)的電氣類(lèi)閥門(mén)定位器的精度僅為2%～5%，且具有遠(yuǎn)距離組態(tài)、調(diào)試、診斷、數(shù)據(jù)管理等操作。西門(mén)子閥門(mén)定位器采用微處理器對(duì)給定值和位置反饋?zhàn)鞅容^運(yùn)算，如果微處理器檢測(cè)到偏差，就會(huì)進(jìn)行智能PID方式調(diào)節(jié)進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的氣體流量，進(jìn)一步提高了控制精度。
（2）安全性能好。調(diào)節(jié)閥控制信號(hào)變化范圍是0～100%，而且在極限狀態(tài)下，一些微弱的干擾信號(hào)有可能導(dǎo)致閥門(mén)的誤動(dòng)作或關(guān)不死，直接產(chǎn)生泄露現(xiàn)象。西門(mén)子閥門(mén)定位器具有閥門(mén)緊閉功能，該功能可以使控制閥在控制信號(hào)范圍以外保持關(guān)閉或穩(wěn)定狀態(tài)，可以保證當(dāng)控制信號(hào)沒(méi)有超過(guò)設(shè)定的緊閉范圍時(shí)閥門(mén)保持關(guān)閉狀態(tài)不變。同時(shí)操作人員可以從現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn)盒、端子板或在控制室這樣的安全地區(qū)使用手操器、PC機(jī)或系統(tǒng)工作站選取信息，將面對(duì)危險(xiǎn)環(huán)境的機(jī)會(huì)減到最小，并且不必親臨現(xiàn)場(chǎng)。
（3）初始化簡(jiǎn)單。西門(mén)子閥門(mén)定位器的初始化過(guò)程基本上非常簡(jiǎn)單，通過(guò)調(diào)整執(zhí)行器，使桿達(dá)到平衡位置，顯示屏將顯示一個(gè)介于P48.0到P52.0之間的值，并手動(dòng)設(shè)置幾個(gè)簡(jiǎn)單參數(shù)，大多數(shù)參數(shù)默認(rèn)即可，就可以自動(dòng)完成初始化過(guò)程。定位器能自動(dòng)測(cè)定執(zhí)行器的零點(diǎn)量程、作用方向、執(zhí)行時(shí)間并且進(jìn)行優(yōu)化控制，從而大大地降低了人為因素和機(jī)械因素造成的較大誤差，提高了工作效率。
（4）豐富的自我診斷功能。西門(mén)子閥門(mén)定位器具有豐富的自診斷功能，并將故障代碼顯示在LCD屏上，根據(jù)故障代碼工作人員可以方便地查找故障原因，從而及時(shí)地排除故障。智能閥門(mén)定位器安裝在氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥上，因環(huán)境溫度變化、管道震動(dòng)等原因都會(huì)影響閥門(mén)定位器的工作狀態(tài)。綜合考慮各種環(huán)境因素，智能閥門(mén)定位器在自我診斷能力技術(shù)方面有了很大的提高，如果因環(huán)境因素造成的部件失靈，智能閥門(mén)定位器將立即檢測(cè)到非正常信號(hào)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，供工作人員做出判斷和處理。
三、西門(mén)子閥門(mén)定位器的維護(hù)工作
我廠(chǎng)于2008年在連鑄冷卻水系統(tǒng)中引進(jìn)西門(mén)子閥門(mén)定位器64臺(tái)，在日常維護(hù)工作中不斷對(duì)西門(mén)子閥門(mén)定位器進(jìn)行摸索，使其工作性能達(dá)到最優(yōu)化狀態(tài)。經(jīng)過(guò)幾年的使用，其零點(diǎn)和量程可以控制在精度要求的范圍之內(nèi)，控制十分穩(wěn)定且抗干擾能力特別強(qiáng)，完全滿(mǎn)足了工藝生產(chǎn)的要求。
西門(mén)子閥門(mén)定位器的特性和對(duì)工作環(huán)境較強(qiáng)的適應(yīng)能力使得其維護(hù)工作量很小，但是為了在連鑄冷卻水系統(tǒng)中長(zhǎng)期、穩(wěn)定地運(yùn)行，作為儀表維護(hù)人員在日常工作中還應(yīng)該認(rèn)真做好閥門(mén)定位器的保養(yǎng)工作。（1）應(yīng)定期檢查閥門(mén)定位器周?chē)墓ぷ鳝h(huán)境，防止意外損壞，做好防水工作，同時(shí)保證其工作氣源的潔凈和穩(wěn)定。（2）儀表維護(hù)人員在巡檢時(shí)應(yīng)檢查閥門(mén)以及定位器的泄露情況，若發(fā)現(xiàn)及時(shí)消除隱患。在檢修或停產(chǎn)期間對(duì)定位器的零點(diǎn)、量程、設(shè)定參數(shù)和線(xiàn)性度等進(jìn)行檢查，對(duì)其優(yōu)化和調(diào)整，保證在今后生產(chǎn)中的工作質(zhì)量。
四、結(jié)束語(yǔ)
西門(mén)子SIPARTPS2智能閥門(mén)定位器在煉鋼連鑄冷卻水成功地投入和使用，給連鑄過(guò)程控制帶來(lái)了一次大變革。西門(mén)子閥門(mén)定位器操作簡(jiǎn)單，容易上手，性能可靠，提高了閥門(mén)的特性，使用效果好，提高了控制的精度和速度，代表了當(dāng)今儀器儀表技術(shù)發(fā)展的一種方向，也為我們改造其他設(shè)備積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
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