智能開關(guān)閥

在本文中Jonas Berge介紹了智能開關(guān)閥如何與設(shè)備管理軟件協(xié)同工作，從而減少非必要的閥門檢查、加快閥門檢修，并幫助工廠在更短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)計劃內(nèi)大修。

為了提高產(chǎn)量和可靠性，新建工廠都將采用具有微處理器和數(shù)字通訊功能的智能開關(guān)閥， 而已建成的工廠將通過采用無線技術(shù)和自動化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)手動閥的現(xiàn)代化。

現(xiàn)在，一些工廠正在通過為其傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)增加智能化技術(shù)而大受裨益。今后，隨著M2M(機(jī)械-至-機(jī)械)與IoT(物聯(lián)網(wǎng))功能用于遠(yuǎn)程閥門監(jiān)控，智能化技術(shù)的價值也將日益增加。

開關(guān)閥通常用于一般工況，例如罐的排空和灌裝、過濾器的回流和逆吹、裝載和卸載，以及在批量處理應(yīng)用中對設(shè)備和產(chǎn)品進(jìn)行排序。

開關(guān)閥

氣動開關(guān)閥通常會通過添加一個獨(dú)立的電磁閥和兩個帶反饋功能的限位開關(guān)來實(shí)現(xiàn)自動化，限位開關(guān)用于控制閥門的打開和關(guān)閉位置；但是帶反饋的限位開關(guān)在指示正確的閥門位置方面卻不盡人意。

圖1: 采用WirelessHART 協(xié)議的開關(guān)閥門控制器和EL-O-Matic F系列執(zhí)行機(jī)構(gòu)

另一種改良方案是在開關(guān)閥上集成安裝一臺開關(guān)閥門控制器。低頻、壓電式導(dǎo)向閥及滑閥和限位開關(guān)都內(nèi)置于開關(guān)閥門控制器的自帶保護(hù)蓋中。這種單一集成式裝置簡化了工程設(shè)計、采購和項目施工，使其易于安裝在閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)上并易于接線。開關(guān)閥門控制器可以用于旋轉(zhuǎn)閥或直通閥，但是通常較多地用于齒輪和齒條式、拔叉式或葉片式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以及可以進(jìn)行正向和反向操作的直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)。有線開關(guān)閥門控制器使用從開關(guān)閥至接線盒的一對電線并且采用雙線回路供電；因此無需提供單獨(dú)的電源。開關(guān)閥門控制器可以滿足本安、非易燃、隔爆認(rèn)證，適用于危險區(qū)域。指令和閥位反饋信號（即用于指示閥門處于打開、關(guān)閉、正在打開、正在關(guān)閉或停止?fàn)顟B(tài)）共享兩條線路；因此接線非常簡單。此外，開關(guān)閥發(fā)出的反饋信號可以立即或稍后合并用于項目的過程控制。

無線執(zhí)行機(jī)構(gòu)

在已建成的工廠中，許多開關(guān)閥都是手動操作型。這些開關(guān)閥可能由于高昂的傳統(tǒng)硬接線成本而未能實(shí)現(xiàn)自動化。因?yàn)閭鹘y(tǒng)接線需要為每一個開關(guān)閥提供三對單線并在控制系統(tǒng)中為其提供三個I/O通道。另外，值得一提的是當(dāng)在接線盒中接線或在線路板中布置更多纜線時，在已建成的工廠中，為其手動閥添加自動化技術(shù)通常會破壞工廠內(nèi)的現(xiàn)有接線。

手動閥需要操作人員去現(xiàn)場手動打開并關(guān)閉閥門或進(jìn)行簡單檢查以確定閥門是否打開或關(guān)閉。這樣的操作既耗時又低效，尤其是對于大型工廠來說，復(fù)雜性不言而喻。

現(xiàn)在，已建成的工廠可以通過采用無線開關(guān)閥來實(shí)現(xiàn)手動開關(guān)閥自動化。WirelessHART 數(shù)字化通訊技術(shù)可以使開關(guān)閥實(shí)現(xiàn)自動化，無需額外接線或占用控制系統(tǒng)中的I/O卡件通道。唯一需要您做的就是提供壓縮空氣（即氣源）。因?yàn)闊o需打開接線板和接線盒，因此安裝風(fēng)險較低。WirelessHART 網(wǎng)關(guān)可以安裝在工廠外圍的設(shè)備上并與現(xiàn)有控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫集成。控制系統(tǒng)可以通過無線網(wǎng)關(guān)采用Modbus/RTU、Modbus/TCP、或OPC 通訊協(xié)議將“打開”和“關(guān)閉”指令發(fā)送至閥門并讀取反饋信號，同時其他軟件可以通過HART-IP 通訊協(xié)議寫入組態(tài)設(shè)置并讀取診斷信息。您還可以通過同一個無線網(wǎng)關(guān)了解工廠內(nèi)用于設(shè)備監(jiān)控的各種無線變送器的工作狀況，從而提高可靠性并改進(jìn)維護(hù)、提高能效并廣泛監(jiān)控工廠設(shè)備，降低HS&E風(fēng)險。

現(xiàn)在，就從為您傳統(tǒng)的工廠中使用最頻繁的手動開關(guān)閥安裝無線開關(guān)閥門控制器開始，來實(shí)現(xiàn)工廠自動化吧！您不但可以減少操作人員親臨現(xiàn)場進(jìn)行檢查閥門開關(guān)狀態(tài)的次數(shù)，提高工廠產(chǎn)量，同時可以將您的操作人員解放出來去做更有價值的事情！此外，還可以提高安全性，因?yàn)椴僮魅藛T在現(xiàn)場的時間減少了，此外，由于您可以獲得實(shí)際的閥位反饋信息，因此您對過程的控制情況更加了如指掌了。

智能化技術(shù)觸手可及

開關(guān)閥與過程直接接觸并且需要抵御嚴(yán)酷的工況環(huán)境，有時處于嚴(yán)酷的外部環(huán)境（如極熱、極冷）中，或者有時需要接觸嚴(yán)酷的過程介質(zhì)（如腐蝕性）。特定應(yīng)用中的開關(guān)閥操作頻繁并且需要頻繁循環(huán)開關(guān)，例如變壓吸附（PSA）或過濾器的回流/逆吹；這將會導(dǎo)致閥門和執(zhí)行機(jī)構(gòu)部件嚴(yán)重磨損或斷裂。

傳統(tǒng)的開關(guān)閥沒有智能化技術(shù)，因此缺少能夠在發(fā)生故障停機(jī)前，用于提醒維護(hù)人員哪些開關(guān)閥處于正常狀況，哪些需要維修的診斷信息。

圖2. 安裝了開關(guān)閥門控制器的開關(guān)閥和執(zhí)行機(jī)構(gòu)

開關(guān)閥門控制器是智能型控制器，它可以進(jìn)行數(shù)字化通訊并具有一個可以進(jìn)行在線診斷的微處理器。根據(jù)開關(guān)閥門控制器的不同情況，診斷信息也有所不同，包括用于蹤檢測閥門性能是否惡化的打開和關(guān)閉行程時間，以及可以用來預(yù)測部件磨損和斷裂情況的反向計數(shù)器。診斷信息還包括高溫和低溫監(jiān)測，監(jiān)測溫度是否超過了閥門的工作溫度限制。如果閥門不動作，診斷信息也可用來區(qū)分到底是集成式開關(guān)型閥門控制的問題還是閥門問題。開關(guān)閥的診斷信息基于閥門的實(shí)際工作狀況及性能，可用于精確地預(yù)測維護(hù)、計劃性維護(hù)和大修活動。開關(guān)閥門控制器可以配置成類似控制閥定位器的裝置。一些開關(guān)閥門控制器擁有一個自動設(shè)置按鈕，用于測試閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的功能并可以自動校準(zhǔn)打開和關(guān)閉位置。今后，開關(guān)閥門控制器將擁有更多診斷功能。因?yàn)殚_關(guān)閥門控制器可以將開關(guān)閥智能化，這些智能型開關(guān)閥可以無縫集成至控制系統(tǒng)，還可以與控制閥、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)/電動閥、分析儀以及變送器所用的設(shè)備管理軟件協(xié)同工作。因此，開關(guān)閥門控制器可以通過辦公室內(nèi)的一臺計算器進(jìn)行集中控制、組態(tài)和診斷，而無需親臨現(xiàn)場。設(shè)備管理軟件還能夠提供實(shí)時的自動化設(shè)備診斷監(jiān)測信息，為操作人員提供故障報警。高級開關(guān)閥門控制器還支持 NAMUR NE107 狀態(tài)信號，用于報告儀表診斷報警。開關(guān)閥可以和工廠內(nèi)的變送器和控制閥共享同一個狀態(tài)追蹤記錄，如狀態(tài)變化和故障事件記錄；因此可以在一個地方查看所有信息。即將頒布的針對智能設(shè)備管理的ISA108 標(biāo)準(zhǔn)的采用，將可以確保所有的儀表診斷報警都可以根據(jù)重要性發(fā)送至正確的人員。操作人員可以在現(xiàn)場將其他現(xiàn)場設(shè)備（如變送器和控制閥）所用的手操器用于開關(guān)閥門控制器。

圖3. “儀表板”提供一目了然的開關(guān)閥狀態(tài)信息

在設(shè)備管理軟件中，智能開關(guān)閥猶如一個“儀表板”。開關(guān)閥的生產(chǎn)廠家通過采用電子設(shè)備描述語言（EDDL）以及易讀的千分表和指示器，以便顯示所有的狀況及操作信息，例如實(shí)際位置。

工廠的技術(shù)人員可以讀取開關(guān)閥控制器廠家的技術(shù)專家的幫助文本和插圖。

圖4. 診斷信息將顯示故障信息的描述、圖示及推薦矯正措施

智能開關(guān)閥如何與設(shè)備管理軟件協(xié)同工作，從而減少非必要的閥門檢查、加快閥門檢修，并幫助工廠在更短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)計劃內(nèi)大修。

閥門自動化

開關(guān)閥門控制器是一體化裝置，包括閥位反饋。它內(nèi)置了微處理器和數(shù)字通訊功能，因此可以通過一個中心位置對閥門進(jìn)行診斷，從而提高了維護(hù)效率。有線開關(guān)閥門控制器可以用于新建工廠，無線開關(guān)閥門控制器可以輕松地部署在已建成的工廠中，從而實(shí)現(xiàn)手動閥的自動化。

作者簡介：Jonas Berge是艾默生過程管理應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)