智能开关阀

在本文中Jonas Berge介绍了智能开关阀如何与设备管理软件协同工作，从而减少非必要的阀门检查、加快阀门检修，并帮助工厂在更短时间内实现计划内大修。

为了提高产量和可靠性，新建工厂都将采用具有微处理器和数字通讯功能的智能开关阀， 而已建成的工厂将通过采用无线技术和自动化技术来实现手动阀的现代化。

现在，一些工厂正在通过为其传感器和执行机构增加智能化技术而大受裨益。今后，随着M2M(机械-至-机械)与IoT(物联网)功能用于远程阀门监控，智能化技术的价值也将日益增加。

开关阀通常用于一般工况，例如罐的排空和灌装、过滤器的回流和逆吹、装载和卸载，以及在批量处理应用中对设备和产品进行排序。

开关阀

气动开关阀通常会通过添加一个独立的电磁阀和两个带反馈功能的限位开关来实现自动化，限位开关用于控制阀门的打开和关闭位置；但是带反馈的限位开关在指示正确的阀门位置方面却不尽人意。

图1: 采用WirelessHART 协议的开关阀门控制器和EL-O-Matic F系列执行机构

另一种改良方案是在开关阀上集成安装一台开关阀门控制器。低频、压电式导向阀及滑阀和限位开关都内置于开关阀门控制器的自带保护盖中。这种单一集成式装置简化了工程设计、采购和项目施工，使其易于安装在阀门执行机构上并易于接线。开关阀门控制器可以用于旋转阀或直通阀，但是通常较多地用于齿轮和齿条式、拔叉式或叶片式执行机构，以及可以进行正向和反向操作的直行程执行机构。有线开关阀门控制器使用从开关阀至接线盒的一对电线并且采用双线回路供电；因此无需提供单独的电源。开关阀门控制器可以满足本安、非易燃、隔爆认证，适用于危险区域。指令和阀位反馈信号（即用于指示阀门处于打开、关闭、正在打开、正在关闭或停止状态）共享两条线路；因此接线非常简单。此外，开关阀发出的反馈信号可以立即或稍后合并用于项目的过程控制。

无线执行机构

在已建成的工厂中，许多开关阀都是手动操作型。这些开关阀可能由于高昂的传统硬接线成本而未能实现自动化。因为传统接线需要为每一个开关阀提供三对单线并在控制系统中为其提供三个I/O通道。另外，值得一提的是当在接线盒中接线或在线路板中布置更多缆线时，在已建成的工厂中，为其手动阀添加自动化技术通常会破坏工厂内的现有接线。

手动阀需要操作人员去现场手动打开并关闭阀门或进行简单检查以确定阀门是否打开或关闭。这样的操作既耗时又低效，尤其是对于大型工厂来说，复杂性不言而喻。

现在，已建成的工厂可以通过采用无线开关阀来实现手动开关阀自动化。WirelessHART 数字化通讯技术可以使开关阀实现自动化，无需额外接线或占用控制系统中的I/O卡件通道。唯一需要您做的就是提供压缩空气（即气源）。因为无需打开接线板和接线盒，因此安装风险较低。WirelessHART 网关可以安装在工厂外围的设备上并与现有控制系统实现无缝集成。控制系统可以通过无线网关采用Modbus/RTU、Modbus/TCP、或OPC 通讯协议将“打开”和“关闭”指令发送至阀门并读取反馈信号，同时其他软件可以通过HART-IP 通讯协议写入组态设置并读取诊断信息。您还可以通过同一个无线网关了解工厂内用于设备监控的各种无线变送器的工作状况，从而提高可靠性并改进维护、提高能效并广泛监控工厂设备，降低HS&E风险。

现在，就从为您传统的工厂中使用最频繁的手动开关阀安装无线开关阀门控制器开始，来实现工厂自动化吧！您不但可以减少操作人员亲临现场进行检查阀门开关状态的次数，提高工厂产量，同时可以将您的操作人员解放出来去做更有价值的事情！此外，还可以提高安全性，因为操作人员在现场的时间减少了，此外，由于您可以获得实际的阀位反馈信息，因此您对过程的控制情况更加了如指掌了。

智能化技术触手可及

开关阀与过程直接接触并且需要抵御严酷的工况环境，有时处于严酷的外部环境（如极热、极冷）中，或者有时需要接触严酷的过程介质（如腐蚀性）。特定应用中的开关阀操作频繁并且需要频繁循环开关，例如变压吸附（PSA）或过滤器的回流/逆吹；这将会导致阀门和执行机构部件严重磨损或断裂。

传统的开关阀没有智能化技术，因此缺少能够在发生故障停机前，用于提醒维护人员哪些开关阀处于正常状况，哪些需要维修的诊断信息。

图2. 安装了开关阀门控制器的开关阀和执行机构

开关阀门控制器是智能型控制器，它可以进行数字化通讯并具有一个可以进行在线诊断的微处理器。根据开关阀门控制器的不同情况，诊断信息也有所不同，包括用于踪检测阀门性能是否恶化的打开和关闭行程时间，以及可以用来预测部件磨损和断裂情况的反向计数器。诊断信息还包括高温和低温监测，监测温度是否超过了阀门的工作温度限制。如果阀门不动作，诊断信息也可用来区分到底是集成式开关型阀门控制的问题还是阀门问题。开关阀的诊断信息基于阀门的实际工作状况及性能，可用于精确地预测维护、计划性维护和大修活动。开关阀门控制器可以配置成类似控制阀定位器的装置。一些开关阀门控制器拥有一个自动设置按钮，用于测试阀门执行机构系统的功能并可以自动校准打开和关闭位置。今后，开关阀门控制器将拥有更多诊断功能。因为开关阀门控制器可以将开关阀智能化，这些智能型开关阀可以无缝集成至控制系统，还可以与控制阀、电动执行机构/电动阀、分析仪以及变送器所用的设备管理软件协同工作。因此，开关阀门控制器可以通过办公室内的一台计算器进行集中控制、组态和诊断，而无需亲临现场。设备管理软件还能够提供实时的自动化设备诊断监测信息，为操作人员提供故障报警。高级开关阀门控制器还支持 NAMUR NE107 状态信号，用于报告仪表诊断报警。开关阀可以和工厂内的变送器和控制阀共享同一个状态追踪记录，如状态变化和故障事件记录；因此可以在一个地方查看所有信息。即将颁布的针对智能设备管理的ISA108 标准的采用，将可以确保所有的仪表诊断报警都可以根据重要性发送至正确的人员。操作人员可以在现场将其他现场设备（如变送器和控制阀）所用的手操器用于开关阀门控制器。

图3. “仪表板”提供一目了然的开关阀状态信息

在设备管理软件中，智能开关阀犹如一个“仪表板”。开关阀的生产厂家通过采用电子设备描述语言（EDDL）以及易读的千分表和指示器，以便显示所有的状况及操作信息，例如实际位置。

工厂的技术人员可以读取开关阀控制器厂家的技术专家的帮助文本和插图。

图4. 诊断信息将显示故障信息的描述、图示及推荐矫正措施

智能开关阀如何与设备管理软件协同工作，从而减少非必要的阀门检查、加快阀门检修，并帮助工厂在更短时间内实现计划内大修。

阀门自动化

开关阀门控制器是一体化装置，包括阀位反馈。它内置了微处理器和数字通讯功能，因此可以通过一个中心位置对阀门进行诊断，从而提高了维护效率。有线开关阀门控制器可以用于新建工厂，无线开关阀门控制器可以轻松地部署在已建成的工厂中，从而实现手动阀的自动化。

作者简介：Jonas Berge是艾默生过程管理应用技术总监