近几年来，石化、化工等项目越来越多的应用了在线资产管理系统（AMS），最大限度地优化了生产过程。在线设备资产管理系统范围包括所有与维护和提升设备价值的活动和程序。作为
控制阀的主要附件——
调节阀定位器，随着其诊断技术不断发展、完善对控制阀进行工作性能诊断，从而优化装置运行，定位器诊断技术在过程控制中发挥着越来越大的作用，同时也引起了业内人士的高度重视。
控制阀被安装在各种过程装置上长期稳定、可靠地高负荷运转地位十分重要。带智能定位器的控制阀其功能适合于在线设备资产管理系统的概念，因为这种控制阀能够实时监测自己，为设备操作员和维修工程师采集重要的信息，实现
阀门故障诊断智能化。新设备的操作员正在尽可能地发挥这种控制阀的功能，但对这种“智能”特性的应用一直是犹豫不定，在某种情况下，可以说根本就没有使用。通常，各厂家都认为这种“智能化”只适合讨论，而实际应用起来很受限制。笔者就此在控制阀的故障诊断和早期错误识别方面给予探讨，旨在鼓励用户能更多地应用目前的新技术。另外，也着重论述了未来在提高控制阀的可靠性和增强关于控制阀状态的信息集成方面的发展潜力。
一、应用智能定位器对当前故障和状态进行监测
当控制阀出厂或投入使用前，通过智能定位器，对控制阀进行初始化后，定位器存储全部阀门原始状态信息。定位器根据当前设定点应用数字信号和运算法则来控制阀门的开度，另外，定位器实时对阀门的工作状态进行检测、分析，以至提供参考诊断信息、维修故障信息或报警信号。
依据定位器所用的不同的通讯协议（HART，Profibus-PA，FoundationFieldbus），表1概括了当前可用的信号。
前4种信号对实际阀位非常重要，它们已经包含了能够进行状态识别的大部分信息，对于FoundationFieldbus通讯功能，通过过程变量的PID控制回路还可以获得其他信息用来诊断。目前各种诊断型定位器产品分为两类：一种是定位器内配置过程压力传感器，通过输出信号压力、执行器内的压力变化来诊断阀门的性能；另一种技术可靠性更高些，通过逻辑、算法分析的方法，通过实时检测阀杆反馈参数，并把此参数与初始数据比较分析，进行相关联的逻辑推理，最终提供诊断信息。传感器对定位阀门并不是绝对重要，这完全取决于厂家是否愿意将传感器作为可选项集成更广泛而详细的方法来检测故障。作为用户，应该更依赖可靠性高并有先进诊断分析技术的定位器产品。
当定位器被安装在阀上后，开始自动初始化工作，包括确定定位器的机械行程范围（零到最大行程）和自动调整其工作时的最佳指标参数等。一些定位器的诊断分析工作是在上位机中通过工具软件包来完成的，从现场定位器只是上传过程参数，例如AMS（Emerson）；而另一类定位器全部的诊断性能，完全是在现场定位器内部实现的，例如SAMSON3730，把分析结果可以输出到SAMSON TROVIS2VIEW上位机界面上，或以国际通用标准FDT技术通过DTM界面在DCS操作站或工程师站上显示。
二、在线、离线诊断分析
什么是在线还是离线分析？在线分析是指当阀门在正常工作状态下，定位器对阀门进行实时分析。离线分析模式是指装置没有运行或者阀门安装在旁路上而不处于工作状态时的诊断分析模式[1]。
当阀门初始化时，整台阀的性能得到测试，参数得到优化。如果产生故障，就会发出报警信息。即使在设备运转期间，这种检测也不会中断，并把检测结果存储在定位器的存储器中。表2显示的这些检测信息供维修人员和操作工参考。
报警信息：预防性报警——控制阀状态轻度磨损，将来还会继续磨损，但目前阀门还能正常工作；维修报警——阀门状态已严重磨损，目前尚能正常工作，但随时可能发生故障；故障报警——提醒设备操作员，阀门已经发生故障。反应检测信息出现在控制阀哪些部件上；分析造成故障的原因——如何解决上述故障。
三、定位器扩展的诊断性能 定位器标准诊断功能能够识别主要的阀门状态错误，从表2中可以看出，查明故障的直接原因是一件很困难的事情，例如“内部控制回路错误”是定位器经常出现的一个主要故障，但故障原因不一定能够被检查出来，因此维修人员不知道是对定位器进行重新校对，还是直接更换定位器？所以对于用户来说，还至少希望以下两方面的信息：详细的在线诊断和状态信息；与工况相关的维修信息。如果可能，希望能够指出在哪个点上？什么时间？出现什么问题？将要出现什么问题？以及应该采取的措施？
目前定位器厂家除了提供标准诊断功能外，正在以下2个方面进行对定位器诊断性能进行扩展，满足用户的需求。在定位器内安装辅助传感器，检测执行器所需关断力时气动输入、输出信号的状态变化，从而判断阀芯克服摩擦力、阀内件及执行器的工作情况。不使用辅助传感器，通过分析表1所列的前4个信号工作状态，尤其分析它们的动态特性和统计特性，最终实现对阀门的各项诊断工作。
对于第1种方法，生产气动控制阀的厂家大多使用压力传感器来测量加载到执行器膜片上的压力，这种压力与阀位相关。气动执行器带有弹簧的反向力。这种方法包含了表3中第2列所列的大部分参数。在在线操作模式下，只有把阀运行时的信号（图1所示）记录下来，才能够提供摩擦力和压力分析报告（例如阀位迟滞性）。
对于第2种方法，在参考变量W相对初始阀位有小幅改变（±2%）后，无论是在线还是离线，响应信号（阀位X）的动态属性的变化就会被记录在定位器中并加以分析是延迟时间和传送时间在两种作用方向上（增加和减少）的一个清晰的变化图形，通过图形和数学仿真模块分析的方法对阀门工作状态参数进行预测、诊断（如摩擦力）分析。此外，表3第4列的统计分析中还可以得到其他信息。
目前，各个厂家还都是在自己的软件中来实现上述这2种方法，需要特殊测试程序，还需要大量的数据进行分析和运算，例如Emerson的VALVELINK，Metso的ValveManager，SAMSON的Trovis-expert。目前可以通过例如FDT和DTM技术把这2种诊断方法集成到现存的工程工具或DCS界面工具中，但不能忽视一个问题，各定位器生产厂家都想销售自己的定位器，对自己的产品有着强烈的保护主义态度，同时，即使是一些DCS制造商，也是倾向性地与一些定位器厂家合作，这种合作带有明显的商业目的，相应的软件版本往往不及时，用户的愿望往往与实际到货的DCS与定位器匹配功能存在较大的差距。
大多数厂家专注于测量和显示直接参数（当前的参数或它们的变化倾向）如摩擦力、作用在执行器上的压力、设定点、实际值、死区等。基于这些参数的控制阀和它的部件的状态分析不会自动发生，不同的定位器，不仅诊断过程和参数有很大差别，而且对信号变化或者预测分析差别也很大。
通常，很多生产厂家尤其是美国的厂家对上面提到的扩展诊断功能都会优先考虑摩擦力因素，表3中的摩擦力实质上是由可调填料、压力平衡密封确定的，在某些情况下，阀芯和阀座之间、压力平衡缸体或者笼式阀里产生的污垢也会影响摩擦力。
对于旋转阀，在阀门开度很小时，由于压降大需要大的关断力矩，阀杆也会产生更大的摩擦力。而且，活塞式执行器应用很广，这种执行器本身在活塞密封上就会产生很大的摩擦力。相反，对于膜片执行器，弹簧平均排列在执行器里，摩擦力很小，有的可以忽略不计。如果定位器能够准确又迅速地控制所需阀位，实际上增大的摩擦力并不是很大的问题。但若情况不是这样的话，这种状况就会通过控制回路监测功能检测出来。
正是由于摩擦力的存在，使执行器力或供气压力不能很低，尤其要注意在信号变化很小或经常处于一个行程位置时，检测系统偏差，尤为重要。例如
安全阀，由于长时间地处在开或关的位置，当阀门处在标准位置的时候，利用微小信号变化来监测它的可能性是存在的。目前，各厂家就此已经纷纷开发出（部分行程或小行程测试）PST，保证阀门在紧急情况下必须能够可靠地关闭或打开。
对于在线设备资产管理来说，表2和表3列出的报警、各类信息和性能测试包含了控制阀的所有主要状态参数。
a）表2里的报警信息提供的是直接状态信息，毫无疑问是非常重要的。
b）对扩展功能的报警、诊断信息应该说又向前迈开了正确的一步。但用户对厂家自己的诊断工具的应用不是很方便，在培训上花费很多时间，同时，用户要花费额外的时间和精力定期地进行必要的测试，还要考虑用户对先进技术的接受程度，认知需要业绩证明和时间。所以不少用户对定位器先进的扩展诊断功能持观望态度。
c）有些用户对诊断信息的可靠性存在置疑，尤其是有关填料的状况（外部泄漏）和阀芯、阀座（内部泄漏）的状况。原因是对于这些泄漏而言，诸如摩擦力、关断力或零点都是通过间接分析得到的结果。
d）用户认为另一个缺陷是报警和诊断信息间差别太大。他们更希望在这些明确的消息如“严重”、“尚不严重”、“不严重，可以通过”之间寻求一致性（类似于交通信号灯的编码）。而且，同时也希望能把这些信息之间的差别提供给设备操作员和维修技术人员。即用户希望获得的是这种一致性和差别性的统一。
e）对诊断信息进行分析，为维修技术人员自动给出指令，这是非常理想的。但实际的诊断和决定采取的行动应该有更多的人为因素（操作工）的参与或干预。
四、定位器诊断功能发展方向 a）过程控制软件或者工程软件工具必须严格执行控制阀及定位器标准、术语，大力发展诸如FDT，DTM技术，为各厂家的诊断产品提供公共平台及接口，使诊断、报警、维修信息标准化。如何产生这些报警的方法仍然是现场设备制造商的专门技术。对于控制阀厂家，提供的报警及诊断分析技术较其他普通现场传感器等一次仪表的自诊断技术要更为复杂。
b）诊断信息逐级分类，满足不同的用户。诊断过程和测试应该完全在定位器内部实现，并根据类似交通灯编码系统自动发出状态报警，同时这些报警会被过程控制系统显示在适当的授权等级上（标准的，专家级的，管理员等）。维修人员对报警感兴趣，操作员则未必感兴趣（应加强表2和表3中信息的预诊断分析功能及处理，提示维修人员将来要出现的维修情况）。
c）控制阀的2种主要故障源即来自填料的外部泄漏和来自阀芯和阀座的内部泄漏完全可以利用间接参数例如摩擦力、关断力或者零点（预防性维护信息）检测出来。如果用户需要关于泄漏的更可靠更直接的报告，目前的技术发展水平仍然需要使用附加的传感器。采用附加传感器技术，如果不增强其记录、分析功能，也只能识别出前面提到的间接参数的变化，并未达到实质的目的，此外，对传感器的可靠性及故障不作评论分析。第2种方法中没有使用额外压力传感器，通过数据记录、统计及数学模型推理分析的方式，提供出诊断结果，从数据量化、信息处理的角度看其可靠性、实效性比第1种带辅助传感器模式的效果要好得多。
d）对于外部泄漏，可以利用压力开关来监测金属波纹管和备用填料函之间或者填料函之间的压力（见图2）。这些附加二进制传感器（表1）可以和智能定位器的二进制输入结合起来，利用定位器可以把状态（表2）作为维护报警或预防性报警传给过程控制系统。
五、结束语 自从智能定位器问世以来，它一直为人们提供各种标准状况和故障信息。然而，这些信息仍然没有被用户正确地开发和利用出来。尤其对“控制回路错误”或“零点变化”这样的状态报警更是如此。这2种报警信息包含了阀门在运转过程中有关状态变化的很有价值的信息如摩擦力、磨损和泄漏等。如果用户需要对控制阀状态进行详细分析，可以借助扩展诊断工具，根据预测诊断信息提前对阀门进行维护。
由于目前各厂家的AMS和过程控制系统的接口方法不同，在更高级的AMS系统中集成这样的工具相当复杂，而且只有在某些条件下才能实现。然而，从长远观点来看定位器会更精确地分析内部信号并允许实时诊断，这种实时诊断信息可以通过总线系统传送到过程控制站，为设备操作员和维修技术人员提供各种报警、维修故障信息。对于苛刻工况控制阀建议采用辅助传感器技术直接监测阀门内部和外部泄漏情况。此外，定位器的诊断技术将会朝着应用Internet或电话线进行远程控制的方向发展。然而，这需要更加安全、完善的标准体系才能实现。
参考资料
[1] Kiesbauer J.Control Valves for CriticalApplications in Reineries，Industriearmaturen. VulkanVerlag，Essen，2001，（3）：243～250
