Probleme bei der Einstellung von Regelventilen mit intelligenten Ventilpositionierern und deren Lösung

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Probleme bei der Einstellung von Regelventilen mit intelligenten Ventilpositionierern und deren Lösungsmöglichkeiten. Die Intelligentisierung ist einer der Entwicklungsrichtungen in der industriellen Steuerung und Automatisierung – sowohl heute als auch in Zukunft. Sie stellt bereits einen Trend sowie ein deutliches Merkmal für die Entwicklung neuer Technologien, Methoden und Produkte im Bereich der Industrie und Automatisierung dar. Da intelligente Ventilpositionierer in Bezug auf Präzision der Steuerung, Anpassungsfähigkeit an die Umweltbedingungen sowie Kosten für Inbetriebnahme, Wartung und Bedienung den herkömmlichen Ventilpositionierern überlegen sind, wird ihre praktische Anwendung immer häufiger genutzt. Gleichzeitig nehmen auch die Probleme bei der Einrichtung vor Ort zu. Wie man diese Probleme bewältigt, um die intelligenten Ventilpositionierer besser einsetzen zu können, ist eine Frage, der sich unsere Techniker vor Ort bei der Installation und Inbetriebnahme stellen müssen. 1 Funktionsprinzip des intelligenten Ventilpositioniers
Intelligente Ventilpositionierer sind in der Regel modulare Geräte. Im Inneren befindet sich eine separate Modulbasis, wodurch die Einzelmodule vor Ort ganz einfach ausgetauscht werden können – ohne dass dabei die Kabel oder Leitungen entfernt werden müssen. In dieser Modulbasis können verschiedene Untermodule installiert werden: I/P-Wandler, Elektronik- und Mikroprozessorbaugruppen, pneumatische Aktuatoren, Ventilsensoren, Druckanzeiger usw. Einige dieser Untermodule, wie beispielsweise der Druckanzeiger, sind optional. Die interne Struktur ist in Abbildung 1 dargestellt: Abbildung 1: Interne Struktur des intelligenten Ventilpositioniers. Im intelligenten Ventilpositionier befindet sich ein hochintegrierter Mikrocontroller. Anstelle des herkömmlichen Prinzips der Kraftausgleichung wird hier das Prinzip der elektrischen Ausgleichung (digitaler Ausgleich) verwendet. Die Eingangssignale des Steuerungssystems werden über den Mikroprozessor sowie den I/P-Wandler in pneumatische Signale umgewandelt, die wiederum zur Steuerung der Ventilposition dienen. Die Signale für das Ein- und Ausschalten des Ventils werden verwendet, um den pneumatischen Aktuator zu steuern. Die Rückmeldesignale der Ventilposition werden direkt durch präzise Positionssensoren in digitale Signale umgewandelt und anschließend an den Mikroprozessor weitergeleitet, wo sie mit den Eingangssignalen verglichen werden. Dadurch wird sowohl die Umwandlung von elektrischen in pneumatische Signale als auch eine präzise Positionierung des Ventils ermöglicht. Der in den intelligenten Ventilpositionierern integrierte Drucksensor dient dazu, die Drucksignale der Antriebsquelle aufzunehmen, die vom Ventilpositionierer an den Ventilaktuator gesendet werden. Dadurch kann die Präzision der Ventilpositionierung verbessert werden, und es entsteht außerdem eine Grundlage für die Selbstdiagnose des intelligenten Positionierers. Das Prinzip der elektrischen Ausgleichung bei intelligenten Ventilpositionierern ist in Abbildung 2 dargestellt: Abbildung 2: Prinzip der elektrischen Ausgleichung. 2 Hauptvorteile intelligenter Ventilpositionierer: (1) Hohe Ausgangskraft und schnelle Reaktionszeit ； (2) Hohe Präzision der Regulierung (Mindestauflösung des Bewegungsbereichs: 0,05 %), was eine genaue Positionierung ermöglicht ； (3) Einfache Installation, hochautomatisierte Justierung ； (4) Nahezu wartungsfreier Betrieb – das bedeutet Zeitersparnis und einfache Anwendung ； (5) Manuelle und automatische Kalibrierfunktionen mit Nullpunkt sowie Reichweitenanpassung ； (6) Mit optionalen oder programmierbaren Ausgangseigenschaften ； (7) Verfügt über eine sehr starke Selbstdiagnosefunktion ； (8) Der Gasverbrauch ist im Vergleich zu herkömmlichen Ventilpositionierern deutlich geringer ； (9) Die Sollwerte sowie die Grenzwerte der Steuerungsvariablen können frei gewählt werden ； (10) Es ist möglich, den Totzonenwert der Regelventile einzustellen ； (11) Online-Anpassungsprogramme bedeuten, dass eine hochwertige Steuerung auch unter schwierigen Umweltbedingungen möglich ist ； (12) Die im intelligenten Ventilpositionierer fest integrierten impliziten Parameter ermöglichen zahlreiche Funktionen ； (13) Der Positionierer lässt sich flexibel und einfach konfigurieren – beispielsweise hinsichtlich der Eigenschaften der Ventile, der Begrenzung der Bewegungsbreite oder der Mehrstufensteuerung ； (14) Die Veränderungen der Temperatur sowie des Drucks des komprimierten Luftstroms haben nur einen äußerst geringen Einfluss auf die Positionierung von intelligenten Ventilen – man kann sie praktisch ignorieren. 3 Probleme während des Debugging-Prozesses und Lösungsansätze Im Laufe der Jahre beim Justieren und Einsatz von Ventilpositionierern mit intelligenter Steuerung sind wir auf einige Probleme und Störungen gestoßen. Im Folgenden werden einige gängige Lösungsansätze für diese Probleme aufgeführt: 3.1 Der intelligente Ventilpositionierer kann keine automatische Kalibrierung durchführen. Normalerweise reicht es aus, bei der Kalibrierung des intelligenten Ventilpositionierers die automatische Kalibrierungsfunktion des Bediengeräts zu verwenden. Manchmal funktioniert die automatische Kalibrierung jedoch nicht. In solchen Fällen kann man die manuelle Kalibrierungsfunktion des Bediengeräts nutzen. Wenn die manuelle Kalibrierung erfolgreich ist, sollte die automatische Kalibrierung in der Regel problemlos funktionieren. 3.2 Intelligente Ventilpositionierer können weder eine automatische noch eine manuelle Kalibrierung durchführen. Wenn weder die automatische noch die manuelle Kalibrierung des intelligenten Positionierers funktioniert, sollten folgende Schritte unternommen werden: (1) Es muss überprüft werden, ob es Probleme mit den Gasleitungen gibt – ob diese nicht verstopft sind. (2) Überprüfen, ob aufgrund von Installationsschäden oder ähnlichen Problemen das Ventil beim Öffnen und Schließen klemmt ； (3) Überprüfen Sie, ob die in dem intelligenten Positionierer eingestellten Parameter der Ventile korrekt sind. Parameter wie das Modell und die Abmessungen des Ventils müssen mit den tatsächlichen Werten übereinstimmen. Besonders wichtig ist es, dass das Modell des Ventils mit demjenigen übereinstimmt, das tatsächlich verwendet wird. Im Modell des Ventils sind nämlich viele Parameter enthalten, die vom Hersteller vorgegeben wurden. Wenn beim Einstellen über den Bediengerät fälschlicherweise ein anderes Modell ausgewählt wird, können unvorhergesehene Fehler auftreten ； (4) Eine ungeeignete Befestigung der Rückkopplungsstange des Ventilpositioniers kann ebenfalls dazu führen, dass der intelligente Positionierer keine automatische oder manuelle Kalibrierung durchführen kann. Üblicherweise führen Transportbedingungen oder andere Gründe dazu, dass die Verschraubung am Federrod des intelligenten Positioniersystems locker wird. Dadurch weicht der Federrod des Ventilpositioniersystems von seiner ursprünglichen Befestigungsposition ab. In solchen Fällen muss die Befestigungsposition des Federrods neu justiert werden. Üblicherweise verfügen intelligente Regelventile über spezielle Bohrungen zur Positionierung des Rückführstabs. Wenn die Luftzufuhr zum Regelventil abgeschaltet wird, kann die Position des Rückführstabs direkt über diese Bohrungen bestimmt werden. Da intelligente Ventilpositionierer eine hohe Anpassungsfähigkeit aufweisen, führt ein gewisser Abweichung in der Montageposition des Rückführstabs in der Regel nicht zu Fehlern beim intelligenten Positionierer. Wenn die Abweichung jedoch zu groß ist, kann der Ventilpositionierer keine automatische oder manuelle Kalibrierung durchführen ； 3.3 Der Regelventil weist einen hohen Leckstrom auf – das Problem besteht auch nach der Justierung weiterhin. Die Regelventile durchlaufen vor der Auslieferung einen strengen Justier- und Prüfprozess durch den Hersteller. Nach der Installation vor Ort wird, sofern sichergestellt ist, dass die Prozessleitungen sauber sind und die Ventilteile nicht blockiert oder beschädigt sind, ein weiterer automatischer Kalibriervorgang mit einem intelligenten Positionierer durchgeführt. In diesem Fall sollte in der Regel kein hoher Leckstrom auftreten. Falls nach der automatischen Kalibrierung weiterhin Probleme mit der Ventilsteuerung bestehen, können folgende Methoden angewandt werden: (1) Bei Ventilen, die durch Gas gesteuert werden, kann zunächst ein Signal von 20 mA eingegeben werden, damit das Ventil vollständig geschlossen wird. Anschließend können die beiden Verriegelungsnüsse am Ventilstängel verwendet werden, um den Ventilstängel nach unten zu bewegen – bis es nicht mehr möglich ist, ihn weiter nach unten zu bewegen. Anschließend wird ein Signal von etwa 12 mA eingegeben, und mit den beiden Verriegelungsnüssen am Ventilstab wird dieser um ein Viertelkreis nach unten justiert. (2) Bei Ventilen, die durch Gas geöffnet werden, kann zunächst ein Signal von 4 mA eingegeben werden, damit das Ventil in einem vollständig geschlossenen Zustand ist. Anschließend können die beiden Verriegelungsnüsse am Ventilstiel verwendet werden, um den Ventilstiel so zu justieren, dass er nach unten bewegt wird – bis es nicht mehr möglich ist, ihn weiter nach unten zu bewegen. Anschließend wird ein Signal von etwa 12 mA eingegeben, und mit den beiden Verriegelungsnüssen am Ventilstab wird dieser um ein Viertelkreis nach unten justiert. Die oben beschriebenen Methoden wurden bereits in verschiedenen Fällen erfolgreich eingesetzt, um das Problem zu lösen, dass der Steuerkreis aufgrund von hohen Leckagen in den Regelventilen nicht funktionsfähig war. Zudem kann diese Einstellmethode auch bei Regelventilen verwendet werden, bei denen keine intelligenten Ventilpositionierer zum Einsatz kommen. 3.4 Schwingungen des Ventilpositioniers 3.4.1 Probleme bei der Installation der Regulierventile (1) Probleme bei der Installation des Ventils führen zu Verklemmungen des Ventilstabs. Der Regelventil ist nicht senkrecht installiert, wodurch der Ventilstab blockiert wird. Dadurch kann es zu Schwingungen des Regelventils kommen. (2) Die Verbindung der Gasleitungen ist falsch. In großen, intelligent steuerbaren Ventilen befindet sich vor der Luftversorgung des Ventilpositioniers ein Luftverstärker. Da es keine Installationsanleitungen gab, wurde bei der Montage fälschlicherweise die Eingangsschnittstelle für die Luftversorgung des intelligenten Positioniers mit dem Auslass des Luftverstärkers verbunden. Aufgrund der unzureichenden Luftmenge am Auslass des Luftverstärkers während der Bewegung des Ventils traten während der Regulierung Schwingungen auf. 3.4.2 Probleme mit den Prozessleitungen: Gibt es an den Prozessleitungen Geräte wie Kapazitätsverstärker, die dazu führen können, dass die Flüssigkeit in pulsierendem Fluss strömt? Falls solche Geräte vorhanden sind, sollten sie zunächst eingestellt werden, bevor die Regulierventile kalibriert werden. Andernfalls kann das zu Schwingungen der Regulierventile führen. 3.4.3 Anpassung der Empfindlichkeit des intelligenten Positioniersystems
Schließlich kann das Problem der Schwingungen beim Ventilpositionierer durch Anpassung der Einstellparameter für die Empfindlichkeit der Reaktion des Ventils, den Totzonenbereich sowie den Gewinn des Ventils mithilfe des Bediengeräts gelöst werden. Natürlich können wir in vielen Fällen, selbst wenn es Probleme mit der Installation sowie mit den Anschlussleitungen gibt, das Problem der Vibrationen der Ventile dadurch beheben, dass wir die Parameter wie die Empfindlichkeit des Ventils, der Totzonenbereich sowie der Verstärkungsfaktor des Ventils direkt anpassen. Dadurch kann das Ventil zwar weiterhin verwendet werden, doch auf lange Sicht wird dies sicherlich erhebliche Schäden am Ventil selbst verursachen und somit seine Lebensdauer beeinträchtigen. Außerdem kann ein Verstopfen der Luftleitung im Ventilpositionierer dazu führen, dass der Positionierer nicht kalibriert werden kann oder dass es zu Schwingungen des Ventilpositionierers kommt. Bevor mit der Fehlerbehebung begonnen wird, muss dies zunächst beseitigt werden. 4 Schlussbemerkung: Der intelligente Ventilpositionierer ist ein neuer Typ von Ventilpositionierer, der über einen Mikroprozessor verfügt und das Prinzip der elektrischen Ausgleichung nutzt. Mit der Zeit und dem Fortschritt der Technologie wird seine Anwendung immer weiter verbreitet werden. Da es über eine starke Selbstdiagnosefunktion verfügt, gibt es im Falle eines Problems in der Regel einen Hinweis darauf, welcher Bestandteil des intelligenten Lokalisators defekt ist. Manchmal können diese Hinweise jedoch auch irreführend sein. Bei der Behebung von Problemen im Zusammenhang mit intelligenten Ventilpositionierern sollte man zunächst berücksichtigen, dass die Fehlerrate dieser Geräte eigentlich sehr gering ist. In der Regel liegen die Probleme in anderen Komponenten – doch diese Probleme zeigen sich letztendlich am Ventilpositionierer selbst. Daher ist es notwendig, die Probleme aus der Perspektive des gesamten Systems zu betrachten. Oftmals gelten auch die üblichen Methoden zur Behebung von Fehlern bei herkömmlichen Ventilpositionierern.