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Siemens 定位器Q&A

1.QDCS 送至閥門的信號與閥門的開度回授信號總是有約0.5%的誤差,是否正常?

     A:基本上算OK。能否進一步改善?則須視狀況而定。

2.Q:為何說「基本上算OK」?

     A:傳統定位器無法看到精確的讀值,使用者反而不會有這個問題。以SMC I/P 定位器型錄規範為例,其遲滯帶就達1%。對傳統定位器而言這種規範已經是很優秀的產品了,但是沒有人會感覺到這種誤差。

Siemens 智慧型定位器其本生遲滯帶甚且小於0.1%。然、由於可以從螢幕上讀到小數點一位,很多客戶卻會有類似疑問。

綜觀氣動控制閥各大製造商的型錄及實務經驗來看,由各部機械誤差所引發的「總和背隙」最佳狀況可能低至0.3%;一般約在1%左右;有些製作上較不精細的閥門或用久有磨耗的閥門,其機械間隙可能高達3%
甚或5%者。

我看過某些閥門工廠對定位器與閥門間的連桿設計及安裝相當隨意。當連桿鬆鬆垮垮的時候,其誤差就有可能遠大於0.5%。所以說0.5%的誤差不算太差,「基本上算OK」。

3.Q:為何說「能否進一步改善?則須視狀況而定。」?

     A:由於題意不是很明確,尚不足以判斷引發誤差的原因,所以說「能否改善?則須視狀況而定」。

假設誤差值是指「控制信號」(開度的設定值)與「實際開度」(開度顯示值或回授值)間的差值。那麼可由0.5%是指「±0.5%範圍內的變動值呢?」、還是「恆為+0.5%-0.5%的固定誤差呢?」;是「僅在DCS 端可以讀到誤差值呢?」、還是「同時可在DCS 端及定位器端讀到差值呢?」。使用者可藉由這些觀察來判斷誤差成因,並據以研判能否改善之。

4.Q:能否進一步說明?

     A:引發0.5%的誤差的可能原因分析:

1. 機械性誤差 --- 前述「機械背隙」:現像:機械性誤差通常在DCS 及定位器上均可讀出,差值時大時小,落於某一範圍,且正負機率各半。機械背隙產生了機械上的調整極限,使得「控制信號」與「實際開度」間的差值在控制上已無法進一步的調整到更接近的地步。因此會以「控制信號」為中心反覆調整。這種現象又稱為遲滯帶(Hysteresis Band)。由於不停的反覆作動,很容易造成機械過度磨損,反而繼續增加閥門的機械背隙。

定位器以設定Dead Band 來對應這種遲滯現象。也就是當誤差小於某一範圍內時,控制動作就會停止;這個範圍稱為Dead Band。實務上,Dead Band 本生就容許並顯現出誤差。

Siemens 定位器可自動偵測遲滯帶並自動設定Dead Band。定位器每隔5 分鐘會有一個小幅度的開關動作,並依據回授訊號的變化自動偵測出遲滯帶,藉此自行設定該開度下之Dead Band。以避免過度的機械動作所造成的磨損。

當然也可以手動設定Dead Band,手動設定的優先權大於自動設定。對於因Dead Band 的設定所引起之值而言,無論在DCS Siemens 所顯示出來的之讀值都會有相同誤差。一般而言,差值誤差正負機率各半。也就是說有時控制信號大於實際開度,有時實際開度大於控制信號;且差值有大有小,落於某一範圍內,例如±0.5%範圍內的變動值。鮮有差值琠w者,例如琠w的+0.5%-0.5%

解決方式:因由改善機械精度方面著手。機械精度若無法改善、卻又不影響控制時,就只能接受之。對閥門而言0.5%誤差畢竟還算OKPID 控制器會自動抵補這項誤差。


 2. 電氣性誤差:
   
現像:電氣性誤差通常僅於DCS 端可以讀出,定位器端沒有誤差,而差值琠w且痚黎@邊。此時可以量測「控制信號」與「回授信號」的信號電流值來判斷問題在哪一端。

 I. DCS AI/AO 信號有校正誤差:
      
對於因DCS AI/AO 校正所引起的誤差而言,僅於DCS 上讀到此誤差值,直接量測電流時沒有誤差。
      
解決方式:校正DCS AI/AO 信號。沿一
 II. 定位器的AI/AO 信號有校正誤差:
       
對於因定位器的AI/AO 校正所引起的誤差而言,僅於DCS 上讀到此誤差值,定位器端沒有誤差,直接量測電流時會有與DCS 螢幕所顯示        相同的誤差值。

(注意:請仔細分辨「定位器信號校正」與「機械背隙」誤差的異同點。定位器螢幕若同時顯現此誤差值時,成因應為「機械背隙」,而非「定位器信號校正」。)
解決方式:更換主機板。

經驗談:依據對Siemens 定位器的使用經驗,其校正誤差低於顯示精度(0.1%)。不過是曾經遇到主機板故障,螢幕顯示沒有誤差,旦量測電流時出現了誤差。然、這種故障所引起的誤差值通常遠大於0.5%

5.Q:雙動定位器是否能使用於單動閥門?

    A:將定位器的Y2 以塞頭堵住,Y1 接到單動閥門致動器(Actuator)的空氣入口,正常操作時,看起來與單動定位器無異;但在壓縮空氣源失壓(Air Fail)時,因空氣會被雙動定位器鎖在致動器內無法排放,閥門因而無法經由致動器內裝之彈簧推回至故障時應有的安全位置(Safe Position)。這將影響閥門的安全性。

 結論:
 
「雙動定位器」若裝設於「單動閥門」將喪失Fail 功能,這種狀況是否洽當?以閥門廠商的立場,當然不建議。業主若就實際應用,自行評估採用,閥門廠商自無法置喙。

說明:
  
定位器外來故障原因主分為壓縮空氣源失壓(Air Fail)及信號源喪失(Power Fail Signal Fail)。

 

1.         Power Fail 時,閥門將開(關)至4mA 的位置。例外狀況、見3.

2.         Air FailSIL(國際 Fail Safe 機構)對閥門處於Air Fail 時的規範如下:
      i.
單動閥門:Air Fail 時,致動器的內建彈簧應將閥門驅動至全開或全關的安全位置,所以定位器應處於排氣狀態。單動閥門安全位置如果是全開,稱為Fail To OpenSpring To OpenAir To Close
單動閥門安全位置如果是全關,稱為Fail To CloseSpring To CloseAir To Open
     ii.
雙動閥門:Air Fail 時閥門位置應停留在原開度不動。為免因致動器內的空氣排放而導致扭力不足,使得閥門開度受流體的推動而變動,空氣應鎖住於致動器內不排放。
雙動閥門的安全位置稱為Air Lock
Siemens PS2
定位器 Air Fail 符合SIL 規範。此部分屬安全性機構,是定位器內最基層之機械動作,無法經由設定改變之。

3.         對於單動閥門、如果Power Fail Air Fail 的方向不同時之處理方式:
例如:Fail To Open 的閥門,定位器設成4~20 mA 􀃆 全關~全開。若需要於Power Fail 發生時(本例為「全關」),閥門也應開至與Air Fail 的相同安全位置(本例為「全開」),得於定位器壓縮空氣入口外接(或內建)某種裝置,此裝置能判斷信號小於某電流(如2.7 mA)時即以三口二路電磁閥將空氣源切除並自定位器排出,以達到Air Fail(本例為「全開」)的狀態。
Siemens
得以外接電磁閥方式處理之。

6.如何使用 PS2 警報模組的接點

     本文僅限適用「非防爆型的警報模組」 - 6DR4004-8A ,如檔

7.Siemens定位器說明

     如檔

8.Siemens 智慧型定位器的內阻問題?

     如檔