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            關于SMC電磁閥信息反饋方式的分析

            發布時間:2020-02-06
                關于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,這是一種基本的控制系統。在閉環控制系統中,被控信號以反饋方式送入調節器的輸入端,作為不斷引起控制作用的依據,而控制的目的是盡可能地減少被控量與其設定值之問的偏差。
                SMC電磁閥閥位測量在工業過程控制中起著非常大的作用,準確、及時的測量閥門閥位,直接決定調節系統調節的準確性、快速性、穩定性等指標。測量信號的可靠性和準確性是決定自動控制系統品質的基礎。
                此電站中有近百臺電動調節閥需要參與閉環控制。在閥門調試過程中,發現部分閥門實際開度和閥位測量開度不對應,閥門向關閉方向偏差呈偏大趨勢;實際操作閥門時,發現當閥門從開向關,或者從關向開的過程中,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的現象廠。
                SMC電磁閥的閥位是通過電動頭中的電位計反饋。電動頭的轉動通過聯軸器連接閥桿,將電動頭螺桿螺母的轉動轉換為閥桿的直線運動,電動頭的轉動同時改變電位計中電阻絲電阻值(類似滑動變阻器),終電位計輸出4-20mA電流,建立電流和閥位的線性關系。
                SMC電磁閥根據事件描述和電位計的工作原理,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節閥參與閉環控制,閉環控制對于閥位信號精度要求相對于一般閥門更高,導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,過程控制設定量與感應器測得系統的實際量進行對比,通過PID(比例積分微分控制系統)計算出閥門需要調節的閥位值,包括開或關的量以及開關的速率。閥門的位置指示器反饋閥位,設定值(被調量和閥位信息不斷被反饋給控制系統,進行調節。
                在電動調節閥正、反向控制過程中,因死區原因,閥門在死區的行程內,閥門開度指令信號和閥位測量信號無變化,無法實現調節。
                實際調節過程中,當被調量與設定值偏差較小,需要反方向小范圍調節閥門,經過一個調節過程后,因死區的存在,必然使閥門實際動作行程大于死區范圍,從而使被調量偏差反方向進一步加大,又進入卜一個較大幅度的調節過程,終閥門頻繁動作,被調量在較大范圍內波動而無法穩定,這種現象尤其在低開度時更為明顯。一般情況卜,自動調節系統執行機構及其反饋通道的死區較小時,可通過設置PID的調節死區來解決被調量波動和執行機構頻繁動作的問題,但因工藝系統自身要求,被調量與設定值問偏差不能過大(過大后調節滯后,調節幅度較大,不利于調節系統穩定),要求這一死區不得大于2%。
                SMC電磁閥電機轉數經多級變速、減速齒輪后,通過安裝在末級齒輪輸出軸上的電位器,將轉數信號輪換為對應的電阻值,再通過DCS將電阻值轉換為相應的閥門開度,從而實現閥門閥位的測量。當閥門同方向開啟或關閉時,主動輪和從動輪問緊緊嚙合,沒有問隙,此時不會形成同方向開關死區,而當反方向關閉或開啟閥門時,由于齒輪問存在咬合問隙,且經多級齒輪問問隙疊加,導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,從而產生了死區。
                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。目前此方式已在此電站的其他閥門上應用,經調試可以準確反饋調節閥閥位。
                (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時通過閥門的流量,常用Kv表示,Kv=Q/ΔP,式中Q指流經調節閥的流量,單位為m3/h;ΔP指調節閥前后的壓差,單位為bar。當閥門全開時,流通能力強,Kv值大,稱為Kvs;當閥門關閉時,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額定行程從0變化到100%時,流經閥門的流量與百分比額定行程間的關系,也反映出了調節閥的相對流量與相對開度的關系。閥門的壓降恒定時,經過閥門的流量特性稱為理想流量特性;閥門的壓降變化時,經過閥門的流量特性稱為工作流量特性。
                (三)閥權度
                SMC電磁閥的閥權度指調節閥全開時兩端的壓降與調節閥全關時調節系統兩端的壓降之比。電動調節閥的閥權度大小,關系到系統的調節能力。閥權度越小,系統的調節能力越差;反之則越好。
                (四)可調比和關閉壓差
                SMC電磁閥的可調比,即調節所能控制的大流量與小流量之比。在運行時,流量變化應在調節閥的可控范圍內。關閉壓差為調節閥全關時閥門兩端的大壓差,如果調節閥的關閉壓差超過允許范圍,應立即采取措施(如串聯壓差控制閥)使其恢復正常范圍。
                二、SMC電磁閥的設計選型
                (一)SMC電磁閥在設計選型時需要考慮的參數有流量、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荷;其次,通過一次網的供回水溫度可以確定熱力站的一次側流量,進而確定調節閥的流量;后,調節閥的閥前壓力、壓差或閥后壓力可由供熱系統一次網的水壓圖和熱力站的阻力損失求得,要根據供熱系統的實際情況確定。
                (二)SMC電磁閥的佳原則,是調節閥的開度變化與換熱器的換熱量變化成線性關系。熱力站水-水換熱器的換熱特征是一條上拋型曲線,所以應選擇等百分比的流量特性調節閥。此外,為了能在實際工作中保證調節**,調節閥的閥權度不應小于0.25~0.3。電動調節閥的閥體口徑應按照流通能力的Kvs選擇,執行機構的選型需滿足大關閉壓差的要求。
                (三)SMC電磁閥一次側的供回水溫度計算出電動調節閥的流量;根據一次網的水壓圖、熱力站的阻力和閥權度確定電動調節閥的壓降;計算所需Kv值;查找電動調節閥的選型樣本,選取大于Kv值且處于同一檔的Kvs值,選擇調節閥的口徑;計算調節閥實際全開時的壓降,再計算實際閥權度,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;根據選型樣本選擇與閥體匹配的執行機構,并滿足關閉壓差要求,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提供的多余資用壓頭,使電動調節閥能在合適的壓差下工作,保證調節閥的閥端壓降與工作壓差比大于0.25~0.3,改善調節**。從嚴格意義上講,串聯手動調節閥并沒有改變調節閥的閥權度,只是改變了電動調節閥在調節過程的相對開度,使其能在合適的開度范圍內工作。當熱力站一次側流量變小時,就需要調節手動調節閥,以降低電動調節閥在工作時的閥端壓降,使其閥門開度維持在允許范圍內。

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