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关于SMC电磁阀信息反馈方式的分析

发布时间：2020-02-06

    关于SMC电磁阀信息反馈方式的分析
    SMC电磁阀亦称反馈控制系统，这是一种基本的控制系统。在闭环控制系统中，被控信号以反馈方式送入调节器的输入端，作为不断引起控制作用的依据，而控制的目的是尽可能地减少被控量与其设定值之问的偏差。
    SMC电磁阀阀位测量在工业过程控制中起着非常大的作用，准确、及时的测量阀门阀位，直接决定调节系统调节的准确性、快速性、稳定性等指标。测量信号的可靠性和准确性是决定自动控制系统品质的基础。
    此电站中有近百台电动调节阀需要参与闭环控制。在阀门调试过程中，发现部分阀门实际开度和阀位测量开度不对应，阀门向关闭方向偏差呈偏大趋势;实际操作阀门时，发现当阀门从开向关，或者从关向开的过程中，存在一定比例的阀门行程操作但阀位显示无变化，即阀位测量回程存在死区的现象厂。
    SMC电磁阀的阀位是通过电动头中的电位计反馈。电动头的转动通过联轴器连接阀杆，将电动头螺杆螺母的转动转换为阀杆的直线运动，电动头的转动同时改变电位计中电阻丝电阻值(类似滑动变阻器)，终电位计输出4-20mA电流，建立电流和阀位的线性关系。
    SMC电磁阀根据事件描述和电位计的工作原理，对直接原因、问接原因和根本原因分析如卜:
    SMC电磁阀部分核岛电动调节阀参与闭环控制，闭环控制对于阀位信号精度要求相对于一般阀门更*，导致电动头反馈的阀位信息无法满足要求。
    SMC电磁阀处于自动模式时，过程控制设定量与感应器测得系统的实际量进行对比，通过PID(比例积分微分控制系统)计算出阀门需要调节的阀位值，包括开或关的量以及开关的速率。阀门的位置指示器反馈阀位，设定值(被调量和阀位信息不断被反馈给控制系统，进行调节。
    在电动调节阀正、反向控制过程中，因死区原因，阀门在死区的行程内，阀门开度指令信号和阀位测量信号无变化，无法实现调节。
    实际调节过程中，当被调量与设定值偏差较小，需要反方向小范围调节阀门，经过一个调节过程后，因死区的存在，必然使阀门实际动作行程大于死区范围，从而使被调量偏差反方向进一步加大，又进入卜一个较大幅度的调节过程，终阀门频繁动作，被调量在较大范围内波动而无法稳定，这种现象尤其在低开度时更为明显。一般情况卜，自动调节系统执行机构及其反馈通道的死区较小时，可通过设置PID的调节死区来解决被调量波动和执行机构频繁动作的问题，但因工艺系统自身要求，被调量与设定值问偏差不能过大(过大后调节滞后，调节幅度较大，不利于调节系统稳定)，要求这一死区不得大于2%。
    SMC电磁阀电机转数经多级变速、减速齿轮后，通过安装在末级齿轮输出轴上的电位器，将转数信号轮换为对应的电阻值，再通过DCS将电阻值转换为相应的阀门开度，从而实现阀门阀位的测量。当阀门同方向开启或关闭时，主动轮和从动轮问紧紧啮合，没有问隙，此时不会形成同方向开关死区，而当反方向关闭或开启阀门时，由于齿轮问存在咬合问隙，且经多级齿轮问问隙叠加，导致安装在末级齿轮输出轴上的电位器不能和阀门同步旋转，从而产生了死区。
    SMC电磁阀的处理措施
    通过外置传感器提供阀位信息，在阀杆上增加位置指示器，直接测量阀位信息后反馈给控制系统。目前此方式已在此电站的其他阀门上应用，经调试可以准确反馈调节阀阀位。
    （一）流通能力
    SMC电磁阀的流通能力反映的是阀门的通过能力，其定义是阀两端的压差为1bar时通过阀门的流量，常用Kv表示，Kv=Q/ΔP，式中Q指流经调节阀的流量，单位为m3/h；ΔP指调节阀前后的压差，单位为bar。当阀门全开时，流通能力强，Kv值大，称为Kvs；当阀门关闭时，流通能力为0。
    （二）流量特性曲线
    SMC电磁阀的流量特性曲线反映的是当额定行程从0变化到100%时，流经阀门的流量与百分比额定行程间的关系，也反映出了调节阀的相对流量与相对开度的关系。阀门的压降恒定时，经过阀门的流量特性称为理想流量特性；阀门的压降变化时，经过阀门的流量特性称为工作流量特性。
    （三）阀权度
    SMC电磁阀的阀权度指调节阀全开时两端的压降与调节阀全关时调节系统两端的压降之比。电动调节阀的阀权度大小，关系到系统的调节能力。阀权度越小，系统的调节能力越差；反之则越*。
    （四）可调比和关闭压差
    SMC电磁阀的可调比，即调节所能控制的大流量与小流量之比。在运行时，流量变化应在调节阀的可控范围内。关闭压差为调节阀全关时阀门两端的大压差，如果调节阀的关闭压差超过允许范围，应立即采取措施（如串联压差控制阀）使其恢复正常范围。
    二、SMC电磁阀的设计选型
    （一）SMC电磁阀在设计选型时需要考虑的参数有流量、阀前压力、压差、阀后压力和温度等。首先，热力站供热范围内的供热面积、建筑的保温**、散热器种类、房间的供暖温度等因素决定了热力站的供热负荷；其次，通过一次网的供回水温度可以确定热力站的一次侧流量，进而确定调节阀的流量；后，调节阀的阀前压力、压差或阀后压力可由供热系统一次网的水压图和热力站的阻力损失求得，要根据供热系统的实际情况确定。
    （二）SMC电磁阀的*原则，是调节阀的开度变化与换热器的换热量变化成线性关系。热力站水-水换热器的换热特征是一条上抛型曲线，所以应选择等百分比的流量特性调节阀。此外，为了能在实际工作中**调节**，调节阀的阀权度不应小于0.25~0.3。电动调节阀的阀体口径应按照流通能力的Kvs选择，执行机构的选型需满足大关闭压差的要求。
    （三）SMC电磁阀一次侧的供回水温度计算出电动调节阀的流量；根据一次网的水压图、热力站的阻力和阀权度确定电动调节阀的压降；计算所需Kv值；查找电动调节阀的选型样本，选取大于Kv值且处于同一档的Kvs值，选择调节阀的口径；计算调节阀实际全开时的压降，再计算实际阀权度，且不宜小于0.25~0.3；查看选型样本中的允许压差、允许温度并选择阀型；根据选型样本选择与阀体匹配的执行机构，并满足关闭压差要求，确定控制信号类型。
    三、资用压头过大的解决措施
    （一）SMC电磁阀的作用是克服供热系统提供的多余资用压头，使电动调节阀能在合适的压差下工作，**调节阀的阀端压降与工作压差比大于0.25~0.3，改善调节**。从严格意义上讲，串联手动调节阀并没有改变调节阀的阀权度，只是改变了电动调节阀在调节过程的相对开度，使其能在合适的开度范围内工作。当热力站一次侧流量变小时，就需要调节手动调节阀，以降低电动调节阀在工作时的阀端压降，使其阀门开度维持在允许范围内。

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