FlowserveLogiMD智能阀门定位器

Flowserve-Logix MD+智能阀门定位器李宝华摘要：福斯（Flowserve）旗下的Logix品牌专门生产数字式智能阀门定位器，在控制阀的数字控制方面技术领先，产品体现了创新、高质量和高性能，其Logix MD+型是响应市场需求，在原有MD型上的固件升级，支持HART通信，提供三个诊断功能层级，嵌入V alveSight™ FDT/DTM技术，LCD显示和LED状态灯，可选单作用或双作用，本文对Logix 500 MD+的工作原理和应用进行探讨关键词：Logix MD+；智能阀门定位器；工作原理；应用引言福斯（Flowserve）公司是全球流体设备和控制的领军厂商，为电力、石油、天然气、化工及其它行业提供泵、密封、流体控制（阀门）以及自动化控制和服务，拥有众多业内知名的传统品牌和广泛的流体控制产品。

在其流体控制（阀门）业务部门的24个品牌中，有9个品牌能够提供阀门定位器产品，其中Logix 品牌专门生产数字式智能阀门定位器，在控制阀的数字控制方面技术领先，产品体现了创新、高质量和高性能，见图1。

Logix智能阀门定位器从1997年起先后推出Logix 500系列、Logix 800系列、Logix 1000系列（1200HART型和1400Ff型）、Logix 2000系列、Logix 3000系列（3200HART型和3400Ff型），以及可集成组合的Logix 420型新品，品种丰富，可满足不同层面的应用。

Logix 500系列固件（硬件和软件）由基本型（500）、MD型（520MD、521MD、522MD）、si型（505si、510si、520si）发展到全新设计的MD+型；Logix 800系列即PMV D3；Logix 1000系列的产品已退市；Logix 2000系列是基于V altek的StarPac TM II智能控制系统和在板集成有PID控制器，有2个RS 485接口和支持Modbus通信；Logix 3000系列有3200IQ型和3400IQ型以及最新的3200MD型和3400MD型。

Logix 420型设计用于V altek GS型控制阀的集成组合，紧凑型，单作用，LCD显示，支持HART通信，符合IEC 61508 SIL 3认证的安全相关应用，执行部分行程校验PST。

Logix MD+型是响应市场需求，在原有MD型上的固件升级，三个诊断功能层级有标准版（Standard）和配置压力传感器的增强版（Advanced）以及具有强大的在线监测和离线测试能力的全功能专业版（Pro）。

同时，Logix MD+型支持HART通信协议、嵌入V alveSight™ FDT/DTM技术，可选本机显示LCD和现场操作，安装简便和易于调试，定位控制为串级调节的主副两级回路，气动部件为压电阀技术路线，气动放大器可选单作用或双作用，输出气量大，稳态耗气量低。

Logix MD+型固件是面向所有系列的通用设计，已推出的是Logix 500 MD+（520MD+、521MD+、522MD+）,本文对其工作原理和应用进行探讨。

图1 Flowserve-Logix智能阀门定位器Logix 500 MD+的结构和工作原理Logix 500 MD+采用模块化设计，紧凑结构，由铸铝机壳、微处理器和在板时钟及HART 接口的电子控制模块（MD+主板）、LCD 显示和红黄绿LED 状态灯、压电阀和气动放大器的气动部件模块（单作用或双作用）、阀位传感器模块，以及压力传感器组件、可选的阀位开关组件（机械、微动、接近类型）、通信控制辅助卡和多功能卡（MFC ，一路AO 、一路DO 、一路DI ）等组成，本安防爆Ex ia IIC Ga T4/T6，防护等级IP 66，符合IEC 61508 SIL 3认证的安全相关应用。

Logix 500 MD+的结构组成参见图2。

Logix 500 MD+的微处理器功能强大，带有实时时钟的快速CPU 和大内存，可存储阀门定位器校准初生值和具有时间标记的历史事件，执行计算诊断功能，实现精确的阀位控制。

内置有多个传感器，如气源压力传感器、输出压力传感器、温度和湿度传感器，有利于运行监测和故障诊断。

超过130个独立的校准评估和正常运行的诊断细目，可快速和准确地提供解决问题的办法。

本机界面友好便利，易于进行组态的基本操作、初始化校准和调整。

气动部件可选单作用或双作用输出。

多种安装件便于配置到直行程和角行程控制阀，阀位测量为通过反馈轴/杆和随动销的机械连接带动阀位传感器，适用行程转角45º（直行程）和15-90º（角行程）。

按ANSI/ISA 75.13.01测试的典型技术指标为：分辨率≤ 0.25%、线性± 1.25%、重复性≤ 0.25%、迟滞≤ 1.0%、死区≤ 0.3%、灵敏度≤ 0.25%、稳定性≤ 0.4%、长期漂移≤ 0.5%、气源压力影响≤ 0.2%。

Logix 500 MD+工作原理和基本操作参见图3。

该阀门定位器采用二线制回路供电方式，启动电流3.6mADC 、最小工作电流3.8mADC ，控制输入4-20mADC 模拟信号（20mA 时端电压10VDC ，阻抗500图2 Logix 500MD+的结构组成欧姆），叠加在电流信号上FSK HART 数字信号由MD+主板上的HART 接口发送和接收，实现外部设备与微处理器的双向远程通信。

定位控制环节设计为串级调节系统，主调节参数是阀位（行程或转角），副调节参数是与气动输出紧密相关的气动部件气动放大器的滑阀或提升阀的位置，是为了稳定主参数的辅助参数。

副环（亦称内环）的给定值是由主参数通过主环自动加以校正。

对于阀位调节对象滞后和时间常数较大以及负荷变化大，采用串级调节方式，将使定位控制响应更快和调节更精细，对于副环的干扰处理得更及时。

输入控制信号经特征化作为主调节回路的设定值与阀位传感器测量到的控制阀阀位值进行比较，二者偏差用微处理器中预置的控制算法（PID ）进行解析计算，发出定位指令（输出%）给副调节回路作为副环的设定值。

气动部件的阀位置由霍尔传感器测量，并与副环设定值比较，在副环偏置共同作用下向压电阀控制电路发出指令，通过压电阀的动作进而驱动气动放大器的滑阀（双作用）或提升阀（单作用）动作，改变进气量或排气量，输出与控制指令相对应的气压信号到气动执行机构。

当控制阀阀位稳定到设定值时，回路控制偏差为零，主副环输出都处于稳定值。

副环偏置是一个重要参量，用于使气动部件的阀位置保持平衡的压电数值，在阀门定位器初始化时自动设置和优化。

除了内置的特性选择外，用户还可对输入控制信号进行21点特性曲线的自定义，可设置软限位和紧密关闭。

用于双作用输出、气开动作的Logix 500 MD+示意图见图4。

图3 Logix 500MD+工作原理（右侧为双作用类型）图4 Logix 500MD+示意图（双作用、气开）Logix 500 MD+的气动部件为压电阀先导级和带霍尔位置传感器的气动功放级的二级结构，供气压力为150kPa （22psi ）至 620kPa （90psi ，单作用）或至1.03 MPa （150psi ，双作用）。

双作用的气动放大器为滑阀（Spool valve ），气源压力150kPa 时输出能力为14.3Nm 3/h 和稳态耗气量为0.297Nm 3/h ，气源压力为410kPa 时输出能力为30.6Nm 3/h 和稳态耗气量为0.637Nm 3/h ；单作用的气动放大器为提升阀（Poppet valve ），气源压力150kPa 时输出能力为9.06Nm 3/h 和稳态耗气量为0.069Nm 3/h ，气源压力为410kPa 时输出能力为20.8Nm 3/h 和稳态耗气量为0.082Nm 3/h 。

气动输出的A 孔和B 孔依据所配置的气动执行机构型式进行指定连接或单作用时的A 孔空闲封堵。

安装连接Logix 500 MD+主要适用于福斯传统品牌的直行程和角行程控制阀（如Mark I 、FlowTop 的直行程和Valtek 、MaxFlo 的角行程），以及NAMUR 安装方式的直行程（杆式支架）和角行程控制阀，参见图5。

可提供反馈轴转换、气动连接块和安装部件，具体连接参照福斯不同控制阀产品的操作手册。

用于直行程和角行程控制阀的气动连接参见图6。

电气连接参见图7，阀位开关板和副线路板的不同接线按产品手册。

图5 Logix 500MD+安装到控制阀 图6 Logix 500MD+的气动连接使用操作Logix 500 MD+本机操作界面向下兼容和延续原有型号，有进行基本配置（Configuration ）操作的8位设置DIP 开关、用于手动设置微调阀门定位器增益的增益选择开关、显示工作或报警状态的红黄绿LED 灯，并增加了可选的LCD 显示器和4个按键操作，本机操作界面参见图8。

支持HART 通信的标准型（Standard ，520 MD+，阀位相关的基本功能）、增强型（Advanced ，521 MD+，带压力传感器）、专业型（Pro ，522 MD+，全部V alveSight 诊断功能）有不同的固件配置，通过FDT/DTM 技术在V alveSight™上的监控和诊断有所不同，可执行包括斜坡/阶跃响应、HDRL 测试、部分行程测试等项目的离线测试和监控阀位、偏差、动作次数、气动部件位置、压电电压、气源和输出压力、漏气、摩擦力、健康状态评估等的在线诊断，以及数据记录器和15年长期趋势记录器（14个参数）。

V alveSight™ DTM 软件的监控画面参见图9，可看到基本数据库内容如设定值、阀位、压力/温度/湿度值，还有DIP 开关设置，等等。

LCD 显示器的主视图（图10）提供阀位、最后的设定值、滚动状态信息和现时报警信息等重要状态参数的实时显示，背光也可调节。

有英美法西葡俄土意8种语言供选择。

图7 Logix 500MD+的电气连接 图8 Logix 500MD+的本机操作界面图10 Logix 500MD+的LCD 显示主视图图9 ValveSight DTM 的监控画面Logix 500 MD+安装到控制阀/气动执行机构后的启动，使用之前可用8位设置DIP开关进行基本配置操作（表1），进行快速校准（按住QUICK-CAL/ ACCEPT快速校准/确认按键3秒）来激活设置，执行完成一次阀位行程校准，便可投入正常运行。

可使用LCD调用菜单操作完成设置组态，执行自动校准形成初生值以及执行特殊功能。

此外，还可通过FDT/DTM或手持式现场通信器进行设置。

表1 设置DIP开关DIP开关Configuration（设置）选项1 Air Action（动作）A TO（气开）A TC（气关）2 Valve Action（作用）Double（双作用）Single（单作用）3 Signal at Closed（阀关信号）4mA 20mA4 Characterization（特性）Linear（线性）Other（其它）5 Auto Tune（自动调整）On（开）Off（关）6 Quick Calibration（快速校准）Auto（自动模式）Jog（手动模式）7 Valve Stability（稳定性）Lo Friction（低摩擦力）Hi Friction（高摩擦力）8 Spare（备用）A（A输出孔）B（B输出孔）对于Air Action（动作）的A TO（气开）和A TC（气关）：单作用时气动输出为B孔（Y1），A TO为输出气压增加开阀、A TC为输出气压增加关阀；双作用时按气动输出A孔（Y1），A TO为A孔输出气压增加开阀、A TC为A孔输出气压增加关阀。