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Siemens 定位器Q&A

1.Q：DCS 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%或-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 或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。鮮有差值恒定者，例如恒定的+0.5%或-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OK。PID 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，而差值恒定且恒偏一邊。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 的AI/AO 信號有校正誤差：
       對於因DCS 的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 的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 或Signal Fail）。

　

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

2.         Air Fail：SIL（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 Open、Spring To Open或Air To Close。
單動閥門安全位置如果是全關，稱為Fail To Close、Spring To Close或Air 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 與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

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8.Siemens 智慧型定位器的內阻問題？

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