DVC6200系列阀门定位器的工作原理和应用

FIELDVUE™DVC6200系列阀门定位器的工作原理和应用李宝华摘要：FIELDVUE™DVC6200系列阀门定位器是FISHER新一代高性能的阀门控制器，以响应市场需求和替代DVC6000系列，其综合现有系列的技术特长，采用经5万台DVC2000系列验证的非接触式阀位反馈测量和DVC6000系列隔爆/本安壳体以及气动架构，采用延续现有在板微处理器、应用软件和功能模块的电子部件，并且能适应所有安装连接模式，支持主流现场总线通信及使用嵌入式AMSValveLink预测性维护，便于系统集成，有着高适用性和高可靠性，可为用户提供更多的利益。关键词：DVC6200系列；阀门定位器；工作原理；应用。引言艾默生过程管理费希尔阀门部（EMERSON-Fisher）是研发数字式智能阀门定位器的领军厂家，于20年前的1992年推出第一款FIELDVUE™DVC（DigitalValveControllers数字阀门控制器，简写DVC），重点在定位控制及其扩展控制和诊断功能，先后有DVC5000系列、DVC6000系列、DVC2000系列，目前市场占有量超过100万台。在2009年，FISHER又推出新一代高性能FIELDVUE™DVC6200系列，用以响应市场需求和替代DVC6000系列，其综合已有系列的技术特长，采用经5万台DVC2000系列验证的非接触式阀位反馈测量和DVC6000系列隔爆/本安壳体以及气动架构，解决了DVC6000系列阀位反馈机械连接结构复杂且故障率高和DVC2000系列仅有本安型致使GX型控制阀无一体化隔爆型阀门定位器的问题，同时延续DVC6000系列现有在板微处理器、应用软件和功能模块的电子部件和I/P电气转换器、气动放大器的气动部件，并且能适应所有控制阀安装连接模式和直行程范围0-6.35-606mm、角行程范围0-45-90°；支持HART®（包括使用无线技术WirelessHART®）、FOUNDATION™现场总线（FF）、Profibus-PA现场总线通信和FDT/DTM及使用嵌入式AMSValveLink进行预测性维护，便于系统集成，有着高适用性和高可靠性，可为用户提供更多的利益。结构组成DVC6200系列为模块化结构，部件数量少并可快速更换组合，其组成见图2：有独立隔离的接线盒、坚固的壳体（带阀位测量槽和霍尔传感器）、塑封的电子模块（在板微处理器的印刷电路板部件）、模块基座组件、传统的I/P电气转换器、单双输出的气动放大器、有3个压力传感器和气动放大器位置反馈，压力表（昀多3只）和外盖。DVC6200系列将原DVC6000系列中DVC6010、DVC6020、DVC6030优化合成为GX型控制阀专用外壳和其它通用外壳两种，与阀杆连接的阀位反馈磁铁组件（有9个规格可选）在测量槽内滑动，非接触式测量，昀大直行程可达606mm（24英寸）。图1DVC6200系列阀门定位器安装在FISHER控制阀工作原理DVC6200系列支持HART、Ff、Profibus-PA主流现场总线通信。DVC6200型为4-20mADC+HART二线制回路供电并提供控制信号（等效阻抗550欧姆，昀大端电压11VDC）；DVC6200f型用于FF基金会现场总线和DVC6200p型用于Profibus-PA现场总线，均为9-32VDC总线供电和受控数字信号。DVC6205型及DVC6205f型和DVC6205p型为分体式结构，配用独立安装的DVC6215型阀位传感器。DV6200系列壳内选装压力表，还可选集成空气过滤减压阀、集成限位开关、集成阀位变送器。另有DVC6200SIS专门认证用于安全仪表系统。DVC6200系列的定位控制指标为±0.5%的独立线性度。参见图3，以DVC6200系列4-20mADC+HART®型双作用输出的阀门定位器为例说明其工作原理。从控制器或控制系统来的输入控制信号（4-20mADC+HART）经过传输信号电缆接到接线盒，二线制回路供电并控制。控制阀阀杆或转轴上连接的阀位反馈磁铁组件在壳体测量槽中滑动由霍尔传感器检测出阀位信号。电子模块的在板微处理器读取输入控制和阀位反馈信号，经数字运算处理并转换成模拟量的控制驱动信号给I/P电气转换器的电磁线圈。当输入控制信号增加，出现定位量值偏差，运算后使驱动信号增加、I/P电气转换器的气动输出增大，并由气动放大器功率放大，提供两路气动输出，输出A的气压增加而图2DVC6200系列阀门定位器结构图图3DVC6200系列阀门定位器工作原理图阀位反馈的磁铁组件外形图后视图磁铁组件输出B的气压减小。输出A为正向输出，被用于双作用和单作用的正作用场合。阀门定位器的气压输出加到气动执行机构上推动控制阀动作，阀杆位置变化（例如向下移动），阀位反馈磁铁组件随之在壳体测量槽向下滑动，霍尔传感器检测出阀位变化，信号送给电子模块。直到阀位到达与输入控制信号相一致的正确阀位上，偏差趋零，I/P电气转换器上驱动信号随之稳定，气动放大器输出气压随之稳定，一个定位控制过程结束。若用于正向单作用时，只使用输出A，而输出B堵住。参照图4进一步说明I/P电气转换器的工作原理。干净无油的仪表空气经恒节流孔（恒定气阻）到喷嘴，衔铁连接的挡板与喷嘴间的缝隙为可变气阻。当增加驱动信号流经电磁线圈时，吸引衔铁动作，衔铁带动挡板使其靠近喷嘴，引起喷嘴背压增加即送到气动放大器的气压信号增加，昀终阀门定位器输出气压增加（双作用时输出A增加和输出B减小）；反之亦然，当减少驱动信号时，通过电磁线圈使衔铁/挡板远离喷嘴，使其背压减少，气动放大器输出减少。DVC6200系列的气动放大器有三种选项：A为双作用输出，C为单作用正向输出、B为单作用反向输出。气动输出能力和稳态耗气量都与气源压力有关，随其变化而变化。气动输出能力较大，气源压力140kPa时为10Nm3/h、550kPa时为29.5Nm3/h。稳态耗气量也较大，气源140kPa时为0.38Nm3/h、550kPa时为1.3Nm3/h，相比其它厂家的智能型阀门定位器的稳态耗气量大了许多。DVC6200系列内置有三个压力传感器，用于气源压力、输出A压力、输出B压力的测量，还有气动放大器的位置反馈，都用以及阀门定位器状态监测、故障诊断和预测性维护。DVC6200系列可自校准和现场快速校验、自定义特性、自动进行监测和诊断。通过提高正向增益（快速响应阀位变化，减少死区和延迟时间）和小回路反馈增益（以阀位响应速度反馈来调整超调量）来提高对执行机构/控制阀的动态响应以及控制精度，参见图5。在阀位传感器失效故障时，DVC6200系列可启动压力反馈继续进行控制。图4DVC6200系列I/P电气转换器工作原理图图5DVC6200系列阀门定位器方块图4-20mADC控制信号或总线供电/信号+---+正向增益I/P转换器及气动放大器执行机构控制阀气动放大器行程阀位小回路反馈增益（气动放大器位置）阀位变化速率反馈增益阀位传感器DVC6200系列支持使用HART®、WirelessHART®（无线技术，需配置智能无线THUM适配器）、FOUNDATION™现场总线（FF）或PROFIBUS®通信协议。嵌入式AMSValveLink软件可在过程控制系统中提供完整的诊断功能，ValveLinkDTM软件可用于任何FDT/DTM架构的系统。阀门定位器诊断软件版本有AC（自动校验）、HC（DVC6200的HART®通信）或FC（DVC6200f的FF现场总线通信）、AD（高级诊断）、PD（性能诊断）、ODV（昀优化数字阀门）。表1列出DVC6200各版本层级功能。表1诊断层级功能ACHCADPDODV自校准√√√√√自定义特性√√√√√触发通信√√√√报警√√√√阶跃响应、驱动信号测试和动态死区√√√高级诊断（控制阀初生值）√√√性能调整√√√行程控制-压力回馈√√√气源压力传感器√√√性能诊断√√电磁阀测试√超前/延迟设定点过滤器√部分行程测试（PST）√安装DVC6200系列可方便地集成安装在FisherGX型控制阀的执行机构上、直接安装或分体式安装到Fisher直行程和角行程执行机构上、也可以安装到符合IEC60534-6-1、IEC60534-6-2、VDI/VDE3845标准和NAMUR规范的其它品牌气动执行机构上。根据安装需要和不同行程范围，提供两种阀门定位器壳体（图6）和四个式样的9种阀位反馈磁铁组件，以及不同的安装底板和长行程用的转换机构。调试在控制阀及气动执行机构正确安装、阀门定位器正确安装和电/气连接之后，才能进行阀门定位器的调试。DVC6200系列的调试可使用点对点的现场通信手操器、通过AMSValveLink软件的点对点通信和系统集成方式的通信，用户界面可选择现场通信手操器375型/475型、ValveLinkMobile移动版、ValveLink标准版和AMSValveLinkSnap-ON以及其它系统集成。DVC6200系列出厂时已有缺省设置，要根据应用控制阀及气动执行机构情况在离线和解除写保护时具体进行参数设置。由于改进了阀位反馈连接，DVC6200系列校验时不需要调整机械交叉点，调试非常简单。用回路信号进行自动行程校验时，只要加电给4mADC以上电流信号即可，选择自动行程校验一步即可完成。图6DVC6200系列阀门定位器壳体和安装安装底板磁铁组件例如使用475型手操器进行调试，若在线的DVC6200HART类型（软件HC以上版本）与475已连接，在475触屏主菜单上按HART图标就会自动进入HARTApplication（HART应用）的Online（在线）菜单，若没连接好，则回到HART应用菜单。在线菜单里依次选择“Configure/Setup（校验/设置）”→“Calibrate（校验）”→“TravelCalibration（行程校验）”→“AutoTvlCalib（自动行程校验）”，确认后就立即开始自动进行阀门行程校验。如果在规定时间内没有完成自动校验，有可能优化设置的不太合适，按热键后选择“Stabilize/Optimize（稳定/优化）”,再选择“IncreaseResponse（增加响应）”或“DecreaseResponse（减少响应）”整定参数，然后再进行自动行程校验。也可选择手动行程校验“ManTvlCalib”，加相应电流信号逐点进行。475有中文版，界面更加友好。必要时可进行压力传感器校验。选用双作用输出类型时，要进行气动放大器的调整。结束语DVC6200系列有着比DVC6000系列/DVC2000系列更好的技术性能和高可靠性，阀位反馈非接触式测量避免了易磨损易松动易故障的硬性机械连接，适用行程加大，应用广度拓展，维护量降低，在定位控制和状态监测、故障诊断的预测性维护以及支持多种通信方面具有一定的优势。2012.12.15参考文献：1.FisherProductBulletinD103415X012《Fisher®FIELDVUETMDVC6200DigitalValveController》，2012.62.FisherInstructionManualD103409X012《Fisher®FIELDVUETMDVC6200DigitalValveController》,2012.8图7现场通信手操器