氣動執行機構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，調試方法，包括菜單切換，模式選擇、參數設置，并進行了運行情況分析及問題改進。
關鍵詞： F40，TZID_C，定位器
中圖分類號：TP273       文獻標識碼：B

概述

    定位器的作用使風門、檔板按照運行人員的意愿動作，使被調對象達到要求的范圍，使設備達到**運行。
菏澤電廠原設計使用F40、F20的風門檔板都是風、煙系統上的重要設備，如送風機入口冷風、暖風調節檔板，六個二次風調節檔板，爐底注入風調節檔板、磨煤機熱風、冷風調節檔板、磨煤機旁路風調節檔板，這些設備運行狀況的好壞，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定，導致鍋爐滅火，甚至毀壞設備。英巴公司對此問題也進行了表態，承認F40、F20定位器質量不可靠。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，曾經給機組的**穩定運行構成不同程度的威脅，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，風門、檔板控制的工況更加穩定，保證了機組的**運行。因此為保證我廠機組的**穩定高效運行，將F40、F20定位器改造成質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備上已經長時間使用，工作穩定，故障率底，調節特性靈敏，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電氣轉換器經常出現堵塞、漏氣、反饋信號不可靠、線性不好等缺陷，使風門、檔板無法按照運行人員的意愿動作，使風門、檔板失控，導致風門、檔板要么拒動，要么全開全關，使被調工況超出允許范圍，直接威脅機組的**運行，英巴公司對此問題表態，承認F40、F20定位器質量不可靠，為保證機組的**穩定運行，將F40定位器改造成質量較可靠的雙端輸出氣源ABB定位器。
將F40定位器改造成質量較可靠的ABB定位器，使風門、檔板按照運行人員的意愿動作，使被調對象達到要求的范圍，使設備達到**運行。F40改造成ABB定位器，只需加工ABB定位器與現氣缸連接轉換接頭，再將ABB定位器通過轉換接頭安裝在現氣缸上，將氣源管路配接牢固，和機務重新定位調試。

1 F40型I/P電氣轉換器

F40型定位器是通過將微處理器技術與氣動控制裝置電氣接口有機結合起來，基本的型號為2線式儀器，一個工業標準的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置操作變得非常簡單、迅速。自動初始化程序自動設置基本功能（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電氣轉換器功能鍵介紹
- 參數改變鍵
+ 參數改變鍵
R 重新設置（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

圖1 F40操作面板及菜單切換
如果執行機構具有60或90或180的行程，則定位器將自動將其范圍設定為該行程。由于具有自動性能監視功能，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行機構，所用的常見功能均能夠實現：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位執行機構；標準反饋系統使輸入信號與輸出的位移量之間呈線性關系，而且還內置了可選的設置，用于快速打開及等百分數設置；“自定義曲線”選項可在基本控制特性曲線的基礎上實現1000種不同形式，利用內置的5按鈕鍵盤及LCD顯示器，可方便進行復位及重新設置，基本功能及現場具體作出的設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，原設置仍保持不變。






圖2 F40型雙輸出執行機構
本定位器可將氣動執行機構定位于全開與全關之間的任何一點，執行機構的位移與4～20mA的輸入信號成正比，因此可對執行機構的位移進行**的控制，執行機構的位移由反饋電位計監視，這些模擬信號被轉換為數字信號，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地比較，只要這兩個信號相等，就沒有輸出信號，執行機構保持在現有位置，即保持在“設定點”上；當這兩個信號間出現差值時，定位器將向氣動控制閥中的一個或另外一個發送一命令，使其向新的設定點移動，當達到新的設定點時，發送至氣動控制閥中的信號終止，而執行機構停留在該位置上，如果輸入的mA信號發生變化或執行機構的位置發生變化，則產生一個新命令，并保持該命令，直到達到新的設定點為止，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的精度，定位器向設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，當離設定點較近時，氣動裝置的工作方式被切換為脈動方式，脈動方式逐步使執行機構的移動速度減小，并終停止于設定位置上，這種方式既可保證**的終位置，又不會引起過調。

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）進行電氣設置。
將定位器安裝到執行機構上，并連接供氣管路，接上mA信號，將它設定為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，定位器將執行其初始化程序，首先按照下列方式確立其缺省設置值，然后，確立其診斷設置值，程序進行過程中，LCD將顯示其狀態。






圖3 初始化自整定
執行機構開關數次，這樣就以機械方式設定了電位計的指示位置，執行機構開關一次，這樣就確定零位及范圍的設置值，執行機構開關一次，并停止于多個位置，這樣就檢查了一個行程所用的時間，并相應地設定了調節速度的門檻值，將執行機構調節至中間位置，并前后移動，進行幾個較短的行程，這樣就使當前應用條件下的死區值得以優化。





                                 圖4 F40參數
**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，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，內部橡膠密封圈老化，控制輸出線性較差，氣室內部普遍存在漏氣、串氣現象，且控制輸出氣孔較小，極易堵塞，造成控制輸出氣源不穩定，執行機構動作不靈活，經常造成風門擋板失控，使被調工況超出允許范圍，影響機組的**運行。

4 定位器更換技術

拆除原來的F40定位器，加工ABB定位器與現氣缸連接轉換接頭，ABB定位器與轉換接頭裝配，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，機務定位風門擋板開度位置，單體調試，系統聯調，終調試達到工作要求。
1）定位器配件齊全，安裝固定牢固，無松動現象，定位器和氣缸連接無空行程。2）定位器接線要準確，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定位要和機務、運行人員一塊進行，確保定位準確。4）檢查電氣轉換器各功能菜單顯示正常。檢查電氣轉換器各參數設置準確。切換至組態模式，修改組態參數。5）儀用氣源閥門打開，調整減壓閥壓力，使氣源壓力符合要求，對失氣后保位手柄進行復位。6）ABB定位器進行自動整定。滿足擋板全開全關旋轉角度的條件。滿足4～20MA輸入信號和擋板開關方向的對應關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行機構，檢查執行機構和擋板或閥門動作情況，執行器動作靈活無卡澀。8）通過CRT遠方操作執行機構，核實開關方向、閥位反饋和擋板或閥門動作情況應一致。9）系統靜態閉環試驗，保證控制軟件的正確性。
                                                  表1
序號 產生費用科目（設備、材料、人工等） 單位 單價（萬元） 數量
1 管纜￠8 米 100  0.005
2 ABB定位器TZID-C 臺 24 1.7
3 轉換接頭TZID-C配套 個 24 0.07

5 TZID-C型I/P電氣轉換器

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過4000步12位，20ms采樣的A／D轉換器進行處理，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整參數的自整定過程，及自適應控制程序，用于**定位的優化控制操作，通過帶三位三通放大器的電氣轉換器驅動氣動執行機構，從CPU發出的定位電信號比例地轉換成氣信號，成比例地調節3／3氣動開關，氣體從定位器輸出至氣動執行器及氣體的排放均成比例地調節，當到達設定定位值時，3／3氣動開關鎖定在中間狀態；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電氣轉換器功能鍵介紹

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

參數改變鍵

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






圖6 TZID-C功能原理
5.1調試方法
接通氣源，檢查減壓閥后壓力是否符合執行器的銘牌參數要求(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)。
根據下列接線端子圖以及設計要求進行相應的配線(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(如定位器與執行器整體供貨，則已經由執行器供貨商安裝調試完畢，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)，直行程應用范圍在-280～+280之內，角行程應用范圍在-570～+570之內，全行程角度應不小于250。
切換至參數配置菜單：參數配置共分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用于直行程執行器，選擇ROTORY用于角行程執行器。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；有些項中只有數值以供調整，如分程調節中給定信號為4～12 mA，則P2.0中的數值應設為4 mA，而P2.1中的數值應設為12 mA。如給定信號為4～12mA，則P2.0中的數值應設為12 mA，而P2.1中的數值應設為20mA。






              圖7  配置菜單
同時按住   和   鍵，點擊ENTER鍵，等待3秒鐘，計數器從3計數到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動定位器的轉動軸，一般定位器的反饋桿角位移小于600，用于驅動直行程閥門氣動執行器。
注意：進行自動調整之前，請確認實際安裝形式是否與定位器菜單所選形式相符，因為自動調整過程中定位器對執行器行程終端的定義方法不同，且線性化校正數據庫不同，可能導致較大的非線性誤差。
啟動自動調整程序(執行器或閥門安裝于系統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秒直到計數器倒計數到0，松開ENTER鍵，自動調整程序開始運行(顯示器顯示正在進行的程序語句號)，自動調整程序順利結束后，顯示器顯示“COMPLETE”，在自動調整過程中如果遇到故障，程序將被迫終止并顯示出故障代碼，根據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整程序。
如有必要，進入“P1.2”調整控制偏差帶(或稱死區)，進入“P1.3”測試設定效果。
存儲設定結果：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秒直到計數器倒計數結束后松開，前面所進行的設定和自動調整中所測得的參數將存儲在EEPROM中，定位器轉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。只有在執行器實際行程非常小而執行器速度太快，控制發生振蕩時選擇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閉執行器，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 切換至現場按鍵操作(開或關)
1.3 MAN_SENS 用于檢測位移范圍是否合適

5.2.1自適應控制模式
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如“50.0%  POSITION
5.2.3在在執行器的全行程范圍內手動控制
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)，執行器將快速開啟；先按住  鍵，再按住  鍵(始終按住  鍵)，執行器將快速關閉
5.2..4在定位器的檢測范圍內手動控制
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，執行器將快速開啟，先按住   鍵，再按住  鍵，執行器將快速關閉。
5.3 參數設定




                            圖8 參數配置

5.3.1將閥門的正作用改為反作用
定位器初始設定適于正作用閥門，如實際驅動的閥門為反作用形式即閥桿上行關閉閥門，則需確認P2.3=Reverse，一般的閥門出廠之前已經修改此參數無需用戶再修改，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，計數器從3倒計數至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**組參數
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**組配置參數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鍵直到計數器倒計數結束后松開。
前面所進行的設定和自動調整中所測得的參數將存儲在EEPROM中，定位器轉換到先前所選擇的運行模式。

6 應用情況

改造后定位器故障率明顯減少，風門檔板不會頻繁失控，控制工況更加穩定。控制氣源輸出線性，消除了電氣轉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。