氣動執(zhí)行機構(gòu)F40型定位器改TZID-C型

摘要 ：本文論述了F40、TZID_C型定位器的工作原理，調(diào)試方法，包括菜單切換，模式選擇、參數(shù)設(shè)置，并進行了運行情況分析及問題改進。
關(guān)鍵詞： F40，TZID_C，定位器
中圖分類號：TP273       文獻標識碼：B

概述

    定位器的作用使風(fēng)門、檔板按照運行人員的意愿動作，使被調(diào)對象達到要求的范圍，使設(shè)備達到**運行。
菏澤電廠原設(shè)計使用F40、F20的風(fēng)門檔板都是風(fēng)、煙系統(tǒng)上的重要設(shè)備，如送風(fēng)機入口冷風(fēng)、暖風(fēng)調(diào)節(jié)檔板，六個二次風(fēng)調(diào)節(jié)檔板，爐底注入風(fēng)調(diào)節(jié)檔板、磨煤機熱風(fēng)、冷風(fēng)調(diào)節(jié)檔板、磨煤機旁路風(fēng)調(diào)節(jié)檔板，這些設(shè)備運行狀況的好壞，涉及到重大輔機的保護、跳閘問題，使機組降出力，嚴重時使鍋爐燃燒不穩(wěn)定，導(dǎo)致鍋爐滅火，甚至毀壞設(shè)備。英巴公司對此問題也進行了表態(tài)，承認F40、F20定位器質(zhì)量不可靠。通過了解聊城電廠F40、F20定位器使用情況，和我廠情況一樣，故障率特別高，曾經(jīng)給機組的**穩(wěn)定運行構(gòu)成不同程度的威脅，聊城電廠已將F40、F20定位器全部更換成ABB定位器，效果有明顯改善，風(fēng)門、檔板控制的工況更加穩(wěn)定，保證了機組的**運行。因此為保證我廠機組的**穩(wěn)定高效運行，將F40、F20定位器改造成質(zhì)量較可靠的雙端控制輸出氣源ABB定位器。ABB定位器在我廠的其它設(shè)備上已經(jīng)長時間使用，工作穩(wěn)定，故障率底，調(diào)節(jié)特性靈敏，深受電廠單位的青睞。
目前#4爐所用的F40和F20兩種類型的I/P電氣轉(zhuǎn)換器經(jīng)常出現(xiàn)堵塞、漏氣、反饋信號不可靠、線性不好等缺陷，使風(fēng)門、檔板無法按照運行人員的意愿動作，使風(fēng)門、檔板失控，導(dǎo)致風(fēng)門、檔板要么拒動，要么全開全關(guān)，使被調(diào)工況超出允許范圍，直接威脅機組的**運行，英巴公司對此問題表態(tài)，承認F40、F20定位器質(zhì)量不可靠，為保證機組的**穩(wěn)定運行，將F40定位器改造成質(zhì)量較可靠的雙端輸出氣源ABB定位器。
將F40定位器改造成質(zhì)量較可靠的ABB定位器，使風(fēng)門、檔板按照運行人員的意愿動作，使被調(diào)對象達到要求的范圍，使設(shè)備達到**運行。F40改造成ABB定位器，只需加工ABB定位器與現(xiàn)氣缸連接轉(zhuǎn)換接頭，再將ABB定位器通過轉(zhuǎn)換接頭安裝在現(xiàn)氣缸上，將氣源管路配接牢固，和機務(wù)重新定位調(diào)試。

1 F40型I/P電氣轉(zhuǎn)換器

F40型定位器是通過將微處理器技術(shù)與氣動控制裝置電氣接口有機結(jié)合起來，基本的型號為2線式儀器，一個工業(yè)標準的20mA信號既用作控制信號，又用作電子線路的電源，通過插接接頭可進行連接，微處理器的采用使設(shè)置操作變得非常簡單、迅速。自動初始化程序自動設(shè)置基本功能（如零位、范圍、速度、靈敏度），所有操作只需要按按鈕就可完成，如圖1所示。

F40型I/P電氣轉(zhuǎn)換器功能鍵介紹
- 參數(shù)改變鍵
+ 參數(shù)改變鍵
R 重新設(shè)置（菜單切換）鍵 只有輸出大于5mA時才能啟動面板操作
E 確認鍵 當(dāng)操作完畢，按此鍵自動回到遠方操作。
INIT 初始化鍵 按下并保持7S后進入初始化狀態(tài)

圖1 F40操作面板及菜單切換
如果執(zhí)行機構(gòu)具有60或90或180的行程，則定位器將自動將其范圍設(shè)定為該行程。由于具有自動性能監(jiān)視功能，因此，即使在工藝條件變化很大時也能確保佳性能；對于單作用或雙作用執(zhí)行機構(gòu)，所用的常見功能均能夠?qū)崿F(xiàn)：分程操作、反作用操作等。有兩種基本類型，一種為角行程定位器，另一種為直行程定位器，兩者間的主要不同在于安裝方法及機械行程，兩種類型均可用于雙作用及彈簧復(fù)位執(zhí)行機構(gòu)；標準反饋系統(tǒng)使輸入信號與輸出的位移量之間呈線性關(guān)系，而且還內(nèi)置了可選的設(shè)置，用于快速打開及等百分數(shù)設(shè)置；“自定義曲線”選項可在基本控制特性曲線的基礎(chǔ)上實現(xiàn)1000種不同形式，利用內(nèi)置的5按鈕鍵盤及LCD顯示器，可方便進行復(fù)位及重新設(shè)置，基本功能及現(xiàn)場具體作出的設(shè)置均存儲在可擦寫編程只讀存儲器EPROM中，因此即使在信號失靈后，原設(shè)置仍保持不變。






圖2 F40型雙輸出執(zhí)行機構(gòu)
本定位器可將氣動執(zhí)行機構(gòu)定位于全開與全關(guān)之間的任何一點，執(zhí)行機構(gòu)的位移與4～20mA的輸入信號成正比，因此可對執(zhí)行機構(gòu)的位移進行的控制，執(zhí)行機構(gòu)的位移由反饋電位計監(jiān)視，這些模擬信號被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以使之能夠被定位器主板上的微處理器所利用，在正常運行過程中，控制電路的比較器邏輯部分對這兩個信號進行連續(xù)地比較，只要這兩個信號相等，就沒有輸出信號，執(zhí)行機構(gòu)保持在現(xiàn)有位置，即保持在“設(shè)定點”上；當(dāng)這兩個信號間出現(xiàn)差值時，定位器將向氣動控制閥中的一個或另外一個發(fā)送一命令，使其向新的設(shè)定點移動，當(dāng)達到新的設(shè)定點時，發(fā)送至氣動控制閥中的信號終止，而執(zhí)行機構(gòu)停留在該位置上，如果輸入的mA信號發(fā)生變化或執(zhí)行機構(gòu)的位置發(fā)生變化，則產(chǎn)生一個新命令，并保持該命令，直到達到新的設(shè)定點為止，氣動控制閥中裝有一些電氣控制元件，這些元件提供了高靈敏度的電/氣動接口，這些接口決定了系統(tǒng)的精度，定位器向設(shè)定點移動的速度決定于它必須移動的距離，如果位置變化較大，則初的移動速度較大，當(dāng)離設(shè)定點較近時，氣動裝置的工作方式被切換為脈動方式，脈動方式逐步使執(zhí)行機構(gòu)的移動速度減小，并終停止于設(shè)定位置上，這種方式既可保證的終位置，又不會引起過調(diào)。

2 初始化程序

初始化定位器時，只需接上mA信號，然后按初始化按鈕INIT，所有的其他操作將由F40自動進行，在初始化過程中，定位器進行一系列的操作周期，并對多種基本功能（如零位、范圍、速度、靈敏度）進行電氣設(shè)置。
將定位器安裝到執(zhí)行機構(gòu)上，并連接供氣管路，接上mA信號，將它設(shè)定為20mA，按“+”或“-”鍵，顯示mA輸入信號值，如果LCD控制板顯示20mA，則進入程序步，如果顯示的值不對，則檢查mA信號及其連接方式是否正確，按“INIT”鍵，定位器將執(zhí)行其初始化程序，首先按照下列方式確立其缺省設(shè)置值，然后，確立其診斷設(shè)置值，程序進行過程中，LCD將顯示其狀態(tài)。






圖3 初始化自整定
執(zhí)行機構(gòu)開關(guān)數(shù)次，這樣就以機械方式設(shè)定了電位計的指示位置，執(zhí)行機構(gòu)開關(guān)一次，這樣就確定零位及范圍的設(shè)置值，執(zhí)行機構(gòu)開關(guān)一次，并停止于多個位置，這樣就檢查了一個行程所用的時間，并相應(yīng)地設(shè)定了調(diào)節(jié)速度的門檻值，將執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)至中間位置，并前后移動，進行幾個較短的行程，這樣就使當(dāng)前應(yīng)用條件下的死區(qū)值得以優(yōu)化。





                                 圖4 F40參數(shù)
成功地完成上述步驟后，定位器切換至“運行模式”并處于準備就緒狀態(tài)，此時，可以斷開mA信號，重新接上mA信號后，無須再初始化就可直接使用。

3 存在問題原因

原F40型定位器性能差，壽命短，內(nèi)部橡膠密封圈老化，控制輸出線性較差，氣室內(nèi)部普遍存在漏氣、串氣現(xiàn)象，且控制輸出氣孔較小，極易堵塞，造成控制輸出氣源不穩(wěn)定，執(zhí)行機構(gòu)動作不靈活，經(jīng)常造成風(fēng)門擋板失控，使被調(diào)工況超出允許范圍，影響機組的**運行。

4 定位器更換技術(shù)

拆除原來的F40定位器，加工ABB定位器與現(xiàn)氣缸連接轉(zhuǎn)換接頭，ABB定位器與轉(zhuǎn)換接頭裝配，ABB定位器安裝到氣缸上，重新進行管路配接、接線，ABB定位器送電，機務(wù)定位風(fēng)門擋板開度位置，單體調(diào)試，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，終調(diào)試達到工作要求。
1）定位器配件齊全，安裝固定牢固，無松動現(xiàn)象，定位器和氣缸連接無空行程。2）定位器接線要，氣源管路連接正確，定位器控制氣源管路各接口要纏繞生料帶。3）擋板或閥門的全開和全關(guān)定位要和機務(wù)、運行人員一塊進行，確保定位。4）檢查電氣轉(zhuǎn)換器各功能菜單顯示正常。檢查電氣轉(zhuǎn)換器各參數(shù)設(shè)置。切換至組態(tài)模式，修改組態(tài)參數(shù)。5）儀用氣源閥門打開，調(diào)整減壓閥壓力，使氣源壓力符合要求，對失氣后保位手柄進行復(fù)位。6）ABB定位器進行自動整定。滿足擋板全開全關(guān)旋轉(zhuǎn)角度的條件。滿足4～20MA輸入信號和擋板開關(guān)方向的對應(yīng)關(guān)系在定位器更換前后一致，零點、量程和閥門實際開度一致。7）通過就地操作面板或手掄操作執(zhí)行機構(gòu)，檢查執(zhí)行機構(gòu)和擋板或閥門動作情況，執(zhí)行器動作靈活無卡澀。8）通過CRT遠方操作執(zhí)行機構(gòu)，核實開關(guān)方向、閥位反饋和擋板或閥門動作情況應(yīng)一致。9）系統(tǒng)靜態(tài)閉環(huán)試驗，保證控制軟件的正確性。
                                                  表1
序號 產(chǎn)生費用科目（設(shè)備、材料、人工等） 單位 單價（萬元） 數(shù)量
1 管纜￠8 米 100  0.005
2 ABB定位器TZID-C 臺 24 1.7
3 轉(zhuǎn)換接頭TZID-C配套 個 24 0.07

5 TZID-C型I/P電氣轉(zhuǎn)換器

TZID-C型定位器核心是微控制處理器CPU，所有程序的處理運算皆在此。輸入信號及位置反饋經(jīng)過4000步12位，20ms采樣的A／D轉(zhuǎn)換器進行處理，從而保證了信號處理的精度及快速性，CPU的供電直接取自輸入信號，操作程序包括用于自動調(diào)整參數(shù)的自整定過程，及自適應(yīng)控制程序，用于定位的優(yōu)化控制操作，通過帶三位三通放大器的電氣轉(zhuǎn)換器驅(qū)動氣動執(zhí)行機構(gòu)，從CPU發(fā)出的定位電信號比例地轉(zhuǎn)換成氣信號，成比例地調(diào)節(jié)3／3氣動開關(guān)，氣體從定位器輸出至氣動執(zhí)行器及氣體的排放均成比例地調(diào)節(jié)，當(dāng)?shù)竭_設(shè)定定位值時，3／3氣動開關(guān)鎖定在中間狀態(tài)；TZID-C定位器配有的操作面板，包括兩排LCD顯示器和4個按鍵，如圖5。
TZID-C型I/P電氣轉(zhuǎn)換器功能鍵介紹

ENTER 確認鍵 各鍵相互配合，可實現(xiàn)不同功能（詳見調(diào)試步驟）
MODE 菜單確認鍵

參數(shù)改變鍵

參數(shù)改變鍵
                      圖5 TZID-C型I/P電氣轉(zhuǎn)換器功能鍵
操作鍵盤的優(yōu)化設(shè)計適用于就地組態(tài)，調(diào)校及監(jiān)測。同時．組態(tài)、操作及監(jiān)測功能可以通過HART通訊協(xié)議與PC機連接，并由TZID-C內(nèi)置通訊端口來完成：還可以通過FSK-Modem在4～20mA信號線的任意點接入進行通訊。采用模塊化的設(shè)計，任何附加功能
可以在基本模件的基礎(chǔ)上隨意擴展。只要插入相應(yīng)的模件，既可實現(xiàn)模擬及數(shù)字反饋功能。也可以選裝限位開關(guān)(微動開關(guān))及機械指示。






圖6 TZID-C功能原理
5.1調(diào)試方法
接通氣源，檢查減壓閥后壓力是否符合執(zhí)行器的銘牌參數(shù)要求(定位器的大供氣壓力為7BAR，但實際供氣壓力必須參考執(zhí)行器所容許的大氣源壓力)，接通4～20mA輸入信號。(定位器的工作電源取自輸入信口，由DCS二線制供電，不能將24VDC直接加至定位器，否則有可能損壞定位器電路)。
根據(jù)下列接線端子圖以及設(shè)計要求進行相應(yīng)的配線(一般只需+ll，-12，+3l，-32)
                                                 表2
+11 -12 控制信號輸入端子(4～20mA DC，負載電阻Max.4lOΩ)
+31 -32 位置反饋輸出端子(4～20mA DC，DCS+24V供電)
+41 -42 全關(guān)信號輸出端子(光電耦合器輸出)
+5l -52 全開信號輸出端子(光電耦合器輸出)
+81 -82 全關(guān)信號輸入端子(光電耦合器輸入)
+83 -84 報警信口輸出端子(光電耦合器輸出)
檢查位置反饋桿的安裝角度(如定位器與執(zhí)行器整體供貨，則已經(jīng)由執(zhí)行器供貨商安裝調(diào)試完畢，只需作檢查確認，該步并非必須)：按住MODE鍵，并同時點擊  或  鍵，直到操作模式代碼1.3顯示出來，松開MODE鍵，使用  或  鍵操作，使執(zhí)行器分別運行到兩個終端位置，記錄兩終端角度，兩個角度應(yīng)符合下列推薦角度范圍(小角位移20度，無需嚴格對稱)，直行程應(yīng)用范圍在-280～+280之內(nèi)，角行程應(yīng)用范圍在-570～+570之內(nèi)，全行程角度應(yīng)不小于250。
切換至參數(shù)配置菜單：參數(shù)配置共分11組，則P1._，P2._…P11._(P為PARAMETER首字母)表示，而每一組又分若干項，如P1._分P1.0，P1.1，…P1.4共5項，  P2._分P2.0，P2.1，…P2.7共8項。
    有些項中又可分若干分項以供選擇，如P1.0中可選擇LINEAR用于直行程執(zhí)行器，選擇ROTORY用于角行程執(zhí)行器。又如P1.4 EXIT中可選擇NV—SAVE（Non-Volatile save）存盤退出或CANCEL不存盤退出；有些項中只有數(shù)值以供調(diào)整，如分程調(diào)節(jié)中給定信號為4～12 mA，則P2.0中的數(shù)值應(yīng)設(shè)為4 mA，而P2.1中的數(shù)值應(yīng)設(shè)為12 mA。如給定信號為4～12mA，則P2.0中的數(shù)值應(yīng)設(shè)為12 mA，而P2.1中的數(shù)值應(yīng)設(shè)為20mA。






              圖7  配置菜單
同時按住   和   鍵，點擊ENTER鍵，等待3秒鐘，計數(shù)器從3計數(shù)到0，松開  和   鍵，程序自動進入P1.O配置菜單。使用  和  鍵選擇定位器安裝形式為直行程或角行程。
角行程安裝形式：定位器沒有反饋桿，其反饋軸與執(zhí)行器角位移輸出軸同軸心，一般角位移為900；直行程安裝形式：定位器必須通過反饋桿驅(qū)動定位器的轉(zhuǎn)動軸，一般定位器的反饋桿角位移小于600，用于驅(qū)動直行程閥門氣動執(zhí)行器。
注意：進行自動調(diào)整之前，請確認實際安裝形式是否與定位器菜單所選形式相符，因為自動調(diào)整過程中定位器對執(zhí)行器行程終端的定義方法不同，且線性化校正數(shù)據(jù)庫不同，可能導(dǎo)致較大的非線性誤差。
啟動自動調(diào)整程序(執(zhí)行器或閥門安裝于系統(tǒng)后好通過此程序重新整定)：按住MODE鍵，點擊  鍵一次或多次，直到顯示出“P1.1”，松開MODE鍵，按住ENTER鍵3秒直到計數(shù)器倒計數(shù)到0，松開ENTER鍵，自動調(diào)整程序開始運行(顯示器顯示正在進行的程序語句號)，自動調(diào)整程序順利結(jié)束后，顯示器顯示“COMPLETE”，在自動調(diào)整過程中如果遇到故障，程序?qū)⒈黄冉K止并顯示出故障代碼，根據(jù)故障代碼即可榆查出故障原因。也可以人為地強制中斷自動調(diào)整程序。
如有必要，進入“P1.2”調(diào)整控制偏差帶(或稱死區(qū))，進入“P1.3”測試設(shè)定效果。
存儲設(shè)定結(jié)果：按住MODE鍵，點擊  鍵一次或多次，直到顯示出“P1.4” ，松開MODE鍵，用 或 鍵選擇NV_SAVE(若選擇‘CANCEL’，此前所作修改將不予存儲)，按住ENTER鍵3秒直到計數(shù)器倒計數(shù)結(jié)束后松開，前面所進行的設(shè)定和自動調(diào)整中所測得的參數(shù)將存儲在EEPROM中，定位器轉(zhuǎn)換到先前所選擇的運行級操作模式。
5.2 運行級操作模式的選擇
一般情況下選擇自1.0進行遠方自動控制。只有在執(zhí)行器實際行程非常小而執(zhí)行器速度太快，控制發(fā)生振蕩時選擇1.1控制模式，但其控制精度較低。
操作模式中的1.2和1.3均可運用鍵盤開啟或關(guān)閉執(zhí)行器，但1.2專用于手操，而1.3專用于檢測定位器反饋桿實際運行范圍是否超出傳感器的大檢測范圍，以便校正反饋桿的連接，取得佳的控制效果。
                         表3
三級功能分類及顯示器文字描述     功能描述

1.0 CTRL_ADP 選擇自適應(yīng)控制方式(遠操)
1.1 CTRL_FIX 選擇固定控制方式(遠操)
1.2 MANUL 切換至現(xiàn)場按鍵操作(開或關(guān))
1.3 MAN_SENS 用于檢測位移范圍是否合適

5.2.1自適應(yīng)控制模式
按住MODE鍵，點擊   鍵一次或多次，直到顯示出“1.0 CTRL_ADP”，松開MODE鍵，顯示器顯示閥位百分數(shù)如“50.0% POSITION”。
5.2.2固定控制模式
按住MODE鍵，點擊   鍵一次或多次，直到顯示出“1.1 CTRL_FIX”，松開 MODE鍵，顯示器顯示閥位百分數(shù)如“50.0%  POSITION
5.2.3在在執(zhí)行器的全行程范圍內(nèi)手動控制
按住MODE鍵，點擊  鍵一次或多次，直到顯示出“1.2 MANUAL，松開MODE鍵，顯示器顯示閥位百分數(shù)如“50.0％POSITION”，使用 或  鍵進行手動控制，先按住   鍵，再按住  鍵(始終按住   鍵)，執(zhí)行器將快速開啟；先按住  鍵，再按住  鍵(始終按住  鍵)，執(zhí)行器將快速關(guān)閉
5.2..4在定位器的檢測范圍內(nèi)手動控制
按住MODE鍵，點擊   鍵1次或多次，直到顯示出“1.3 MAN—SENS，松開MODE鍵，顯示器顯示反饋桿所處角度位置如“-15.0。SENS—POS”，使用   或   鍵進行手動控制，先按住  鍵，再按住  鍵，執(zhí)行器將快速開啟，先按住   鍵，再按住  鍵，執(zhí)行器將快速關(guān)閉。
5.3 參數(shù)設(shè)定




                            圖8 參數(shù)配置

5.3.1將閥門的正作用改為反作用
定位器初始設(shè)定適于正作用閥門，如實際驅(qū)動的閥門為反作用形式即閥桿上行關(guān)閉閥門，則需確認P2.3=Reverse，一般的閥門出廠之前已經(jīng)修改此參數(shù)無需用戶再修改，但可以通過下述方法檢查，定位器起始位置可以是運行模式中的任意方式。
5.3.2.切換至配置功能菜單
同時按住   和   鍵，點擊ENTER鍵，等待3秒鐘，計數(shù)器從3倒計數(shù)至0，松開  和  鍵，顯示器顯示“P1.0 ACTUATOR”。
5.3.3.從配置功能菜單中選擇*二組參數(shù)
同時按住MODE和ENTER兩鍵，點擊   鍵，顯示器顯示“P2_ SETPOINT”，松開MODE和ENTER兩鍵，顯示器顯示“P2.0 MlN—PGE”。
5.3.4從*二組配置參數(shù)中選擇閥門作用方式P2.3
按住MODE鍵，點擊  鍵3次，顯示器顯示“P2.3 ACTION'’，松開MODE鍵。
5.3.5更改閥門作用方式
點擊  鍵，選擇“REVERSE”。
5.3.6切換至“P2.7 EX1T”存儲并退出
按住MODE鍵，點擊   鍵多次直至顯示器顯示“P2.7 EXIT，松開 MODE鍵，用  或   鍵選擇NV-SAVE，按住ENTER鍵直到計數(shù)器倒計數(shù)結(jié)束后松開。
前面所進行的設(shè)定和自動調(diào)整中所測得的參數(shù)將存儲在EEPROM中，定位器轉(zhuǎn)換到先前所選擇的運行模式。

6 應(yīng)用情況

改造后定位器故障率明顯減少，風(fēng)門檔板不會頻繁失控，控制工況更加穩(wěn)定。控制氣源輸出線性，消除了電氣轉(zhuǎn)換器拒動或誤動的機會，保證了鍋爐的燃燒工況，保障了機組的**運行。降低了備品配件的更換幾率，降低了維護費用。