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關(guān)于SMC電磁閥信息反饋方式的分析

發(fā)布時(shí)間:2020-02-06

    關(guān)于SMC電磁閥信息反饋方式的分析
    SMC電磁閥亦稱反饋控制系統(tǒng)，這是一種基本的控制系統(tǒng)。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，被控信號以反饋方式送入調(diào)節(jié)器的輸入端，作為不斷引起控制作用的依據(jù)，而控制的目的是盡可能地減少被控量與其設(shè)定值之問的偏差。
    SMC電磁閥閥位測量在工業(yè)過程控制中起著非常大的作用，準(zhǔn)確、及時(shí)的測量閥門閥位，直接決定調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性、快速性、穩(wěn)定性等指標(biāo)。測量信號的可靠性和準(zhǔn)確性是決定自動控制系統(tǒng)品質(zhì)的基礎(chǔ)。
    此電站中有近百臺電動調(diào)節(jié)閥需要參與閉環(huán)控制。在閥門調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)部分閥門實(shí)際開度和閥位測量開度不對應(yīng)，閥門向關(guān)閉方向偏差呈偏大趨勢;實(shí)際操作閥門時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)閥門從開向關(guān)，或者從關(guān)向開的過程中，存在一定比例的閥門行程操作但閥位顯示無變化，即閥位測量回程存在死區(qū)的現(xiàn)象廠。
    SMC電磁閥的閥位是通過電動頭中的電位計(jì)反饋。電動頭的轉(zhuǎn)動通過聯(lián)軸器連接閥桿，將電動頭螺桿螺母的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為閥桿的直線運(yùn)動，電動頭的轉(zhuǎn)動同時(shí)改變電位計(jì)中電阻絲電阻值(類似滑動變阻器)，終電位計(jì)輸出4-20mA電流，建立電流和閥位的線性關(guān)系。
    SMC電磁閥根據(jù)事件描述和電位計(jì)的工作原理，對直接原因、問接原因和根本原因分析如卜:
    SMC電磁閥部分核島電動調(diào)節(jié)閥參與閉環(huán)控制，閉環(huán)控制對于閥位信號精度要求相對于一般閥門更*，導(dǎo)致電動頭反饋的閥位信息無法滿足要求。
    SMC電磁閥處于自動模式時(shí)，過程控制設(shè)定量與感應(yīng)器測得系統(tǒng)的實(shí)際量進(jìn)行對比，通過PID(比例積分微分控制系統(tǒng))計(jì)算出閥門需要調(diào)節(jié)的閥位值，包括開或關(guān)的量以及開關(guān)的速率。閥門的位置指示器反饋閥位，設(shè)定值(被調(diào)量和閥位信息不斷被反饋給控制系統(tǒng)，進(jìn)行調(diào)節(jié)。
    在電動調(diào)節(jié)閥正、反向控制過程中，因死區(qū)原因，閥門在死區(qū)的行程內(nèi)，閥門開度指令信號和閥位測量信號無變化，無法實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。
    實(shí)際調(diào)節(jié)過程中，當(dāng)被調(diào)量與設(shè)定值偏差較小，需要反方向小范圍調(diào)節(jié)閥門，經(jīng)過一個(gè)調(diào)節(jié)過程后，因死區(qū)的存在，必然使閥門實(shí)際動作行程大于死區(qū)范圍，從而使被調(diào)量偏差反方向進(jìn)一步加大，又進(jìn)入卜一個(gè)較大幅度的調(diào)節(jié)過程，終閥門頻繁動作，被調(diào)量在較大范圍內(nèi)波動而無法穩(wěn)定，這種現(xiàn)象尤其在低開度時(shí)更為明顯。一般情況卜，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其反饋通道的死區(qū)較小時(shí)，可通過設(shè)置PID的調(diào)節(jié)死區(qū)來解決被調(diào)量波動和執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁動作的問題，但因工藝系統(tǒng)自身要求，被調(diào)量與設(shè)定值問偏差不能過大(過大后調(diào)節(jié)滯后，調(diào)節(jié)幅度較大，不利于調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定)，要求這一死區(qū)不得大于2%。
    SMC電磁閥電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)經(jīng)多級變速、減速齒輪后，通過安裝在末級齒輪輸出軸上的電位器，將轉(zhuǎn)數(shù)信號輪換為對應(yīng)的電阻值，再通過DCS將電阻值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的閥門開度，從而實(shí)現(xiàn)閥門閥位的測量。當(dāng)閥門同方向開啟或關(guān)閉時(shí)，主動輪和從動輪問緊緊嚙合，沒有問隙，此時(shí)不會形成同方向開關(guān)死區(qū)，而當(dāng)反方向關(guān)閉或開啟閥門時(shí)，由于齒輪問存在咬合問隙，且經(jīng)多級齒輪問問隙疊加，導(dǎo)致安裝在末級齒輪輸出軸上的電位器不能和閥門同步旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生了死區(qū)。
    SMC電磁閥的處理措施
    通過外置傳感器提供閥位信息，在閥桿上增加位置指示器，直接測量閥位信息后反饋給控制系統(tǒng)。目前此方式已在此電站的其他閥門上應(yīng)用，經(jīng)調(diào)試可以準(zhǔn)確反饋調(diào)節(jié)閥閥位。
    （一）流通能力
    SMC電磁閥的流通能力反映的是閥門的通過能力，其定義是閥兩端的壓差為1bar時(shí)通過閥門的流量，常用Kv表示，Kv=Q/ΔP，式中Q指流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量，單位為m3/h；ΔP指調(diào)節(jié)閥前后的壓差，單位為bar。當(dāng)閥門全開時(shí)，流通能力強(qiáng)，Kv值大，稱為Kvs；當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，流通能力為0。
    （二）流量特性曲線
    SMC電磁閥的流量特性曲線反映的是當(dāng)額定行程從0變化到100%時(shí)，流經(jīng)閥門的流量與百分比額定行程間的關(guān)系，也反映出了調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對開度的關(guān)系。閥門的壓降恒定時(shí)，經(jīng)過閥門的流量特性稱為理想流量特性；閥門的壓降變化時(shí)，經(jīng)過閥門的流量特性稱為工作流量特性。
    （三）閥權(quán)度
    SMC電磁閥的閥權(quán)度指調(diào)節(jié)閥全開時(shí)兩端的壓降與調(diào)節(jié)閥全關(guān)時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)兩端的壓降之比。電動調(diào)節(jié)閥的閥權(quán)度大小，關(guān)系到系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力。閥權(quán)度越小，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力越差；反之則越*。
    （四）可調(diào)比和關(guān)閉壓差
    SMC電磁閥的可調(diào)比，即調(diào)節(jié)所能控制的大流量與小流量之比。在運(yùn)行時(shí)，流量變化應(yīng)在調(diào)節(jié)閥的可控范圍內(nèi)。關(guān)閉壓差為調(diào)節(jié)閥全關(guān)時(shí)閥門兩端的大壓差，如果調(diào)節(jié)閥的關(guān)閉壓差超過允許范圍，應(yīng)立即采取措施（如串聯(lián)壓差控制閥）使其恢復(fù)正常范圍。
    二、SMC電磁閥的設(shè)計(jì)選型
    （一）SMC電磁閥在設(shè)計(jì)選型時(shí)需要考慮的參數(shù)有流量、閥前壓力、壓差、閥后壓力和溫度等。首先，熱力站供熱范圍內(nèi)的供熱面積、建筑的保溫**、散熱器種類、房間的供暖溫度等因素決定了熱力站的供熱負(fù)荷；其次，通過一次網(wǎng)的供回水溫度可以確定熱力站的一次側(cè)流量，進(jìn)而確定調(diào)節(jié)閥的流量；后，調(diào)節(jié)閥的閥前壓力、壓差或閥后壓力可由供熱系統(tǒng)一次網(wǎng)的水壓圖和熱力站的阻力損失求得，要根據(jù)供熱系統(tǒng)的實(shí)際情況確定。
    （二）SMC電磁閥的*原則，是調(diào)節(jié)閥的開度變化與換熱器的換熱量變化成線性關(guān)系。熱力站水-水換熱器的換熱特征是一條上拋型曲線，所以應(yīng)選擇等百分比的流量特性調(diào)節(jié)閥。此外，為了能在實(shí)際工作中**調(diào)節(jié)**，調(diào)節(jié)閥的閥權(quán)度不應(yīng)小于0.25~0.3。電動調(diào)節(jié)閥的閥體口徑應(yīng)按照流通能力的Kvs選擇，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型需滿足大關(guān)閉壓差的要求。
    （三）SMC電磁閥一次側(cè)的供回水溫度計(jì)算出電動調(diào)節(jié)閥的流量；根據(jù)一次網(wǎng)的水壓圖、熱力站的阻力和閥權(quán)度確定電動調(diào)節(jié)閥的壓降；計(jì)算所需Kv值；查找電動調(diào)節(jié)閥的選型樣本，選取大于Kv值且處于同一檔的Kvs值，選擇調(diào)節(jié)閥的口徑；計(jì)算調(diào)節(jié)閥實(shí)際全開時(shí)的壓降，再計(jì)算實(shí)際閥權(quán)度，且不宜小于0.25~0.3；查看選型樣本中的允許壓差、允許溫度并選擇閥型；根據(jù)選型樣本選擇與閥體匹配的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并滿足關(guān)閉壓差要求，確定控制信號類型。
    三、資用壓頭過大的解決措施
    （一）SMC電磁閥的作用是克服供熱系統(tǒng)提供的多余資用壓頭，使電動調(diào)節(jié)閥能在合適的壓差下工作，**調(diào)節(jié)閥的閥端壓降與工作壓差比大于0.25~0.3，改善調(diào)節(jié)**。從嚴(yán)格意義上講，串聯(lián)手動調(diào)節(jié)閥并沒有改變調(diào)節(jié)閥的閥權(quán)度，只是改變了電動調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)過程的相對開度，使其能在合適的開度范圍內(nèi)工作。當(dāng)熱力站一次側(cè)流量變小時(shí)，就需要調(diào)節(jié)手動調(diào)節(jié)閥，以降低電動調(diào)節(jié)閥在工作時(shí)的閥端壓降，使其閥門開度維持在允許范圍內(nèi)。

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