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产品描述

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西安西门子S7-300代理商


控制阀的选型、维修与校验(一)

控制阀是电厂自动控制系统中一个重要环节,无论多么复杂的自动控制系统,后都归结到对控制阀的控制,也就是说,控制阀是执行自控指令任务的一道总机关。因此,控制阀的性能,不仅直接关系机组运行的经济性,甚至影响自控系统乃至整台机组的安全运行。但令人遗憾的是,在实际使用中控制阀经常出现关不死、打不开、动作不灵敏、泄漏大、非线性严重、寿命短、贵等问题。据调查发现,这些问题中95%以上是属于选型不当造成的,而因计算错误造成的问题不到5%。实践证明,计算与选型相比,选型的难度更大,出现的问题更多,对此应该特别重视。下面结合笔者近年来掌握的情况和工作中碰到的问题,就控制阀的选型、维护及现场调校谈一些看法。

一、控制阀的选型

1、选型应考虑的主要因素

(1)基本的条件是要满足生产过程的温度、压力、液位及流量的要求;

(2)阀的泄漏及密封性要求;

(3)阀的工作压差应小于许用压差;

(4)对阀使用寿命和可靠性的考虑;

(5)对阀动作速度、流量特性的考虑;

(6)对阀作用方式和流向的考虑;

(7)对执行机构形式、输出力矩、刚度以及弹簧范围的考虑;

(8)对材质及阀经济性的考虑(选型不当会相差3~4倍)。

2、选型的一般原则

在满足过程控制要求的前提下,所选的阀应尽量简单、可靠、价廉、寿命长、维修方便,并备件来源及时可靠。要尽量避免为单纯追求好结构、好材质、多附件而忽略了对可靠性、经济性的考虑。从可靠性观点来看,结构越简单、多余的附件越少,其可靠性就越高;材质选择过高,将造成不必要的浪费。

3、选型应提供的工艺参数及系统要求

(1)工艺参数:温度、压力、正常流量时的压差及切断时的压差;

(2)流体特性:腐蚀性、粘度、温度变化对流体特性的影响;

(3)系统要求:泄漏量、可调比、动作速度与频率、线性及噪音。

4. 控制阀的分类及选择

控制阀按结构特征大致可分为如下9大类产品。

(1)直通单座控制阀:该阀应用广,具有泄漏小、许用压差小、流路复杂、结构简单的特点,故适用于泄漏要求严、工作压差小的干净介质场合,但小规格的阀(DN<20)也可用于压差较大的场合。应用中应注意校对许用压差,防止阀关不死。

(2)直通双座控制阀:与直通单座控制阀相反,具有泄漏大、许用压差大的特点,故适用于泄漏要求不严、工作压差大的干净介质场合,选型时应注意该阀泄漏量大是否能满足过程控制要求。

(3)套筒阀:套筒阀分为单密封和双密封两种结构,前者类似于单座阀,适用于单座阀场合。后者类似于双座阀,适用于双座阀场合。套筒阀还具有稳定性好、装卸方便的特点,但比单、双座阀贵50~200%,还需要的缠绕密封垫,是仅次于单、双座阀应用较为的阀。

(4)角型阀:节流型式相当于单座阀,但阀体流路简单,适用于泄漏要求小、压差不大的干净介质场合及要求直角配管的场合。

(5)三通阀:它具有3个通道,可代替两个直通单座阀、用于分流和合流及两相流、温度差不大于150℃的场合。当DN≤80时,合流阀可用于分流场合。

(6)隔膜阀:流路简单,隔膜具有一定的耐蚀性能,适用于不干净介质、弱腐蚀介质的两位切断场合。

(7)蝶阀:它相当于取一直管段来做阀体,且阀体又相当于阀座,故“自洁”性能好、体积小、重量轻。适用于不干净介质和大口径、大流量、大压差的场合。当DN>300时,通常都由蝶阀来完成。

(8)球阀:“O”形球阀全开时为无阻阀,“自洁”性能,适用于特别不干净、含纤维介质的两位切断场合。“V”形球阀具有近似等比的调节特性,适用于不干净、含纤维介质、可调比较大的控制场合。球阀的较贵。

(9)偏心旋转阀:该阀介于蝶阀和球阀之间,“自洁”性能好、调节性能好、亦可切断,故适用于不干净介质、泄漏要求小的调节场合,但该阀较贵。 

这9类产品中前6种为直行程控制阀,后3种为角行程控制阀。作为控制阀的应用者,必须弄清楚它们的特点、注意事项。各类变型产品、改进型产品都是在这9类产品上演变而来的,弄清这9大类产品就容易掌握其他产品的应用了。

5、正确选择的若干问题

(1)阀体材料选择

阀体耐压等级、使用温度、性能等方面应不低于工艺连接管道要求,并优先选用定型产品。

水蒸气及含水较多的湿气体介质、环境温度低于-20℃时,不宜选用铸铁阀。

(2)阀内件材质选择

非腐蚀性介质一般选用1Cr18 Ni9Ti或其他不锈钢。

对汽蚀、冲蚀较为严重,且在介质温度与压差构成的直角坐标中其温度为300℃、压差为1.5MPa两点连线以外的区域时,应选用材料,如钴基合金或表面堆焊史太莱合金等。

对硬密封切断阀,为提高密封面可靠性,应选用合金。当密封要求十分严密时,应选用软密封,如四氟橡胶。

(2)高低温材料选择

当介质温度小于-60℃时选用铜或1Cr18Ni9Ti;温度在450~600℃时,选用钛、钼不锈钢;当介质温度大于600℃时,应选用高温高强度合金(如因可耐尔)。

6、填料及阀盖型式选择

(1)通常情况下,介质温度小于200℃时,选用“V”形四氟填料,普通型上阀盖;介质温度小于450℃时,选用“V”型四氟填料,但必须是散热阀盖。

(2)对直行程类阀,若带有附件时,对介质温度不大于450℃的高温阀,仍可选用普通型阀盖,但必须选用石墨填料。 

(3)介质温度大于400℃时,需选用散热型阀盖和石墨填料。

(4)为增加阀杆密封的可靠性,可选用双层填料结构。

7、的选择

并不是选了就一定好,不必要时,可以不选用。如下情况应选用:

(1)电动仪表控制气动阀,且为慢速响应系统时。

(2)需要提高薄膜执行机构输出力的场合。

(3)缓慢过程需要提高控制阀响应速度的场合,如控制温度、液位等参数。

(4)需要克服摩擦力,减小过大的回差造成控制品质差的场合,如低温或采用柔性石墨填料的控制阀。

(5)控制器比例带很宽,但又要求阀小信号有响应时,采用无弹簧执行机构控制的系统。 带适用的阀,通常选用20~100kPa的弹簧。但为了提高输出力,可选用气源压力PS=250kPa。对气开阀,可选用60~180kPa的弹簧范围,以增加起点执行机构的输出力。对气闭阀可选用20~100kPa的弹簧,以增加关闭时执行机构输出力


软件设计
由于编制的用户功能模块很多,限于篇幅,在这里不能一一作出介绍。以下介绍几个比较重要的用户功能模块。   
① 数据块组(Group of Data-Blocks)
数据块组由一系列数据块组成。这些数据块除了一部分是S7-300程序中FB(功能块的一种)所要求的之外,其他的数据块都是用户自定义的。这是因为生产中机组的一些系统和生产数据必须被预设或保存。由于S7-300内部保持型M区的保存数量相对不足,例如:CPU315-2DP中整个可使用的M区的容量仅1024Bytes。同时,程序运行中所大量使用中间参数也需要不可重复的地址空间,所以将大部分的数据(特别是在触摸屏上显示的参数)编制成保持型DB块。    
② 速度计算模块(FC for Speed)
虽然机组的高生产能力为400m/min,但是在许多并不需要一直运行在高速度下。该项目提供可从触摸屏上选择5档不同的车速系统,本模块就是将无序设定的参数按由大到小的方式降序排列,并在触摸屏上以这种次序显示出来。在程序内部,本模块会进行数据转换并将转换后的数据提供给伺服电机执行模块      ③ 伺服电机执行模块(FC for Servo-Motor)
在得到速度计算模块和一些其他模块(如开松辊参数模块等)的数据后,伺服电机执行模块会向对应的伺服控制块发出指令和接收伺服电机状态参数。指令包括伺服控制字、车速命令、快停命令、上升时间和下降时间等,状态参数包括电机当前运行速度等。这些指令和参数通过过程通道和参数通道两种方式控制“一主三从"共计4个伺服电机。   
④ 增塑剂执行模块(FC for Glyceride-Motor)
控制增塑剂的伺服电机是相对独立于其他伺服电机,控制结构类似于主电机。增塑剂执行模块通过内部计算得到增塑剂伺服电机的运行速度。同时,由于存在增塑剂软件补偿的问题,所以高速和低速运行的参数为不同的两组参数,程序按设置发送。这是这个模块区别于伺服电机执行模块的地方。  
⑤ 生产统计计算模块(FC for Statistics)
由于要在生产中向工作提供实时的生产状况,所以编制了这个功能块,这样就可以通过多次反复调用FC205来得到各班次的生产状况。这样节约了编程的时间和工作量,也同时减少了程序编写出错的隐患。


PROFIBUS现场总线技术是随全数字信号系统的发展而产生的,是由德国组织开发的工业现场总线协议标准——PROFIBUS现场总线标准(DIN19254)。

PROFIBUS是近年来上为流行的现场总线,也是目前数据传输率快的一种现场总线(传输率可达12M波特),因此在很多领域内广泛应用。它是不依赖于生产厂家的、开放式的现场总线,各种各样的自动化设备均可通过同样的接换信息。

PROFIBUS-DP(DistributedI/OS-分布系统)是一种经过优化的模块,有比较高的数据传输率,适用于系统和外部设备之间的通信,远程I/O系统尤为适合。它允许高速度周期性的小批量数据通信,适用于对时间要求比较高的自动化场合。

笔者将以S7-400HPLC为例,结合其在铁路信号中的应用,探讨实现PROFIBUS-DP/MPI网络系统原理和方法。

PROFIBUS-DP/MPI网的性质和特点

PROFIBUS-DP适用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。除周期性用户数据传输外,PROFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理等。

DP网的协议结构

PROFIBUS定义了各种数据设备连接的串行现场总线的技术和功能特性,这些数据设备可以从底层(如传感器、执行器层)到中间层(如车间层)广泛分布。

PROFIBUS连接的系统由主站和从站组成。主站一般要复杂些;从站为简单的外围设备,典型的从站为传感器、执行器及变送器,它们没有总线控制权,仅对接收到的信息给予回答,或者主站发出请求时回送给主站相应信息。因此,从站只需要协议的一小部分,实现起来非常方便。

PROFIBUS协议结构是根据ISO7498标准,以开放式系统互联网络(Open System Interconnection,OSI)作为参考模型,该模型共有7层,PROFIBUS-DP定义了其中的、二层和用户接口。第3到7层未加描述。

图1为ISO/OSI参考模型与PROFIBUS体系结构比较。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能,并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。物理层采用EIARS-485双绞线或光纤,连接器采用RS-485标准的9针D型插座。数据链路层提供了介质存取控制功能、数据的完整性检查以及传输执行的协议,在PROFIBUS中称第2层为现场总线数据链路(FDL)(包括介质访问存取控制()子层、现场总线链路控制(FLC)子层、现场总线管理(FMA1/2)子层),采用混合介质存取协议,对应于DIN(E)19245,支持单主或多主系统,主或从设备,大站数为126。它包括主站之间的数据传输的令牌环方式和从站之间的主-从方式。PROFIBUS第7层包括底层接口(LLI)、现场总线信息规范(FMS)和现场总线管理(FMA7)




http://www.absygs.com

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