隨著現(xiàn)代鋼鐵、石油、化工等行業(yè)規(guī)模的逐漸擴大以及生產(chǎn)自動化程度的不斷提高，傳統(tǒng)的電氣閥門定位器越來越難以滿足我國工業(yè)化進程的要求。近幾年智能閥門定位器的不斷改進與完善，已經(jīng)逐步成為自動化控制系統(tǒng)中重要的組成部分，其采用了先進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、適用種類廣等特點，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的過程控制領(lǐng)域，不斷地提升著自動控制的整體水平。
一、西門子閥門定位器在連鑄冷卻水系統(tǒng)中的意義
在連鑄生產(chǎn)過程中，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，冷卻水對于連鑄正常生產(chǎn)具有重要的意義，其對生產(chǎn)效率、鑄坯質(zhì)量都會產(chǎn)生直接的影響。
冷卻水系統(tǒng)分為四個系統(tǒng)：（1）結(jié)晶器冷卻水系統(tǒng)，水質(zhì)為軟水，進水壓力約為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)主要用于鑄機的二冷區(qū)用水，設(shè)備冷卻、沖鐵皮等。之前我廠使用的傳統(tǒng)的機械閥門定位器，其采用機械力平衡式原理，受外部振動、溫度、現(xiàn)場環(huán)境粉塵等多種因素的影響較大，零點和行程的調(diào)整分別用手動調(diào)整，需反復(fù)進行，很費時間。現(xiàn)在我廠在控制連鑄冷卻水流量大小方面主要采用德國的西門子閥門定位器，型號為SIPARTPS26DR6010-0NN00-0AA0，與PLC、氣動閥、電磁流量計相互配合來完成的，由操作人員根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境對冷卻水流量大小在電腦操作畫面上進行調(diào)整，通過操作界面給定的閥門開度百分比，由PLC轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的4mA～20mA電流信號，通過模擬量輸出模塊傳送給閥門定位器，來控制閥門的實際開度（圖1）。系統(tǒng)主機采用WindowsXP操作系統(tǒng)，開發(fā)工具采用當(dāng)代流行的S7和Wincc語言編程，根據(jù)生產(chǎn)的要求，將所有的參數(shù)表設(shè)為主畫面，每一流的手、自動配水各占一個畫面，并以柱狀圖表示，觀察起來清晰、醒目、直觀。
圖1 西門子閥門定位器在水系統(tǒng)中控制圖
二、西門子閥門定位器的特點
西門子SIPARTPS2智能閥門定位器在閥門定位器領(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，用于改善調(diào)節(jié)閥的流量特性和性能。閥門定位器作為調(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，通過與總線設(shè)備或DCS通訊，提高企業(yè)過程控制品質(zhì)，為安全生產(chǎn)提供保障。
1.西門子閥門定位器的工作原理。閥門定位器是氣動調(diào)節(jié)閥的關(guān)鍵附件之一，其作用是把調(diào)節(jié)裝置輸出的電信號變成驅(qū)動調(diào)節(jié)閥動作的氣信號（圖2）。
圖2 智能閥門定位器結(jié)構(gòu)
其具體工作原理如下：通過DCS系統(tǒng)（自動或手動）發(fā)出設(shè)定模擬量4mA～20mA信號，通過A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字編碼信號，與閥位傳感器提取閥門開度信號的數(shù)字編碼在CPU中進行對比，通過對二者的偏差值的計算來控制電磁閥的開度。如偏差值超出定位精度，則CPU輸出指令使相應(yīng)的開/關(guān)壓電閥動作，即：當(dāng)設(shè)定信號大于閥位反饋時，升壓壓電閥V-l打開，輸出氣源壓力P增大，執(zhí)行機構(gòu)氣室壓力增加使閥門開度增加，減小二者偏差；如設(shè)定信號小于閥位反饋則排氣壓電閥V-2打開，通過消音器排氣減小輸出氣源壓力P，執(zhí)行機構(gòu)氣室壓力減小使閥門開度減小，二者偏差減小，正是通過CPU控制壓電閥來調(diào)節(jié)輸出氣源壓力的大小使輸入信號與閥位達到新的平衡，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)較大的問題。
2.西門子閥門定位器在應(yīng)用中的優(yōu)點。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，智能閥門定位器具有模塊化、控制精度高、免維護設(shè)計、耗氣耗能少、使用成本低等優(yōu)點。
（1）精度高。西門子智能閥門定位器是基于微處理器的具有高精度的閥門位置信號傳感器，能夠檢測到更加細微的偏差，控制精度可以達到0.5%～1%；而傳統(tǒng)的電氣類閥門定位器的精度僅為2%～5%，且具有遠距離組態(tài)、調(diào)試、診斷、數(shù)據(jù)管理等操作。西門子閥門定位器采用微處理器對給定值和位置反饋作比較運算，如果微處理器檢測到偏差，就會進行智能PID方式調(diào)節(jié)進入執(zhí)行機構(gòu)氣室的氣體流量，進一步提高了控制精度。
（2）安全性能好。調(diào)節(jié)閥控制信號變化范圍是0～100%，而且在極限狀態(tài)下，一些微弱的干擾信號有可能導(dǎo)致閥門的誤動作或關(guān)不死，直接產(chǎn)生泄露現(xiàn)象。西門子閥門定位器具有閥門緊閉功能，該功能可以使控制閥在控制信號范圍以外保持關(guān)閉或穩(wěn)定狀態(tài)，可以保證當(dāng)控制信號沒有超過設(shè)定的緊閉范圍時閥門保持關(guān)閉狀態(tài)不變。同時操作人員可以從現(xiàn)場接線盒、端子板或在控制室這樣的安全地區(qū)使用手操器、PC機或系統(tǒng)工作站選取信息，將面對危險環(huán)境的機會減到最小，并且不必親臨現(xiàn)場。
（3）初始化簡單。西門子閥門定位器的初始化過程基本上非常簡單，通過調(diào)整執(zhí)行器，使桿達到平衡位置，顯示屏將顯示一個介于P48.0到P52.0之間的值，并手動設(shè)置幾個簡單參數(shù)，大多數(shù)參數(shù)默認即可，就可以自動完成初始化過程。定位器能自動測定執(zhí)行器的零點量程、作用方向、執(zhí)行時間并且進行優(yōu)化控制，從而大大地降低了人為因素和機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。西門子閥門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，從而及時地排除故障。智能閥門定位器安裝在氣動調(diào)節(jié)閥上，因環(huán)境溫度變化、管道震動等原因都會影響閥門定位器的工作狀態(tài)。綜合考慮各種環(huán)境因素，智能閥門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，智能閥門定位器將立即檢測到非正常信號，并發(fā)出報警信號，供工作人員做出判斷和處理。
三、西門子閥門定位器的維護工作
我廠于2008年在連鑄冷卻水系統(tǒng)中引進西門子閥門定位器64臺，在日常維護工作中不斷對西門子閥門定位器進行摸索，使其工作性能達到最優(yōu)化狀態(tài)。經(jīng)過幾年的使用，其零點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，完全滿足了工藝生產(chǎn)的要求。
西門子閥門定位器的特性和對工作環(huán)境較強的適應(yīng)能力使得其維護工作量很小，但是為了在連鑄冷卻水系統(tǒng)中長期、穩(wěn)定地運行，作為儀表維護人員在日常工作中還應(yīng)該認真做好閥門定位器的保養(yǎng)工作。（1）應(yīng)定期檢查閥門定位器周圍的工作環(huán)境，防止意外損壞，做好防水工作，同時保證其工作氣源的潔凈和穩(wěn)定。（2）儀表維護人員在巡檢時應(yīng)檢查閥門以及定位器的泄露情況，若發(fā)現(xiàn)及時消除隱患。在檢修或停產(chǎn)期間對定位器的零點、量程、設(shè)定參數(shù)和線性度等進行檢查，對其優(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
西門子SIPARTPS2智能閥門定位器在煉鋼連鑄冷卻水成功地投入和使用，給連鑄過程控制帶來了一次大變革。西門子閥門定位器操作簡單，容易上手，性能可靠，提高了閥門的特性，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。
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