智能開關閥
在本文中Jonas Berge介紹了智能開關閥如何與設備管理軟件協同工作，從而減少非必要的閥門檢查、加快閥門檢修，并幫助工廠在更短時間內實現計劃內大修。
為了提高產量和可靠性，新建工廠都將采用具有微處理器和數字通訊功能的智能開關閥， 而已建成的工廠將通過采用無線技術和自動化技術來實現手動閥的現代化。
現在，一些工廠正在通過為其傳感器和執行機構增加智能化技術而大受裨益。今后，隨著M2M(機械-至-機械)與IoT(物聯網)功能用于遠程閥門監控，智能化技術的價值也將日益增加。
開關閥通常用于一般工況，例如罐的排空和灌裝、過濾器的回流和逆吹、裝載和卸載，以及在批量處理應用中對設備和產品進行排序。
開關閥
氣動開關閥通常會通過添加一個獨立的電磁閥和兩個帶反饋功能的限位開關來實現自動化，限位開關用于控制閥門的打開和關閉位置；但是帶反饋的限位開關在指示正確的閥門位置方面卻不盡人意。
圖1: 采用WirelessHART 協議的開關閥門控制器和EL-O-Matic F系列執行機構
另一種改良方案是在開關閥上集成安裝一臺開關閥門控制器。低頻、壓電式導向閥及滑閥和限位開關都內置于開關閥門控制器的自帶保護蓋中。這種單一集成式裝置簡化了工程設計、采購和項目施工，使其易于安裝在閥門執行機構上并易于接線。開關閥門控制器可以用于旋轉閥或直通閥，但是通常較多地用于齒輪和齒條式、拔叉式或葉片式執行機構，以及可以進行正向和反向操作的直行程執行機構。有線開關閥門控制器使用從開關閥至接線盒的一對電線并且采用雙線回路供電；因此無需提供單獨的電源。開關閥門控制器可以滿足本安、非易燃、隔爆認證，適用于危險區域。指令和閥位反饋信號（即用于指示閥門處于打開、關閉、正在打開、正在關閉或停止狀態）共享兩條線路；因此接線非常簡單。此外，開關閥發出的反饋信號可以立即或稍后合并用于項目的過程控制。
無線執行機構
在已建成的工廠中，許多開關閥都是手動操作型。這些開關閥可能由于高昂的傳統硬接線成本而未能實現自動化。因為傳統接線需要為每一個開關閥提供三對單線并在控制系統中為其提供三個I/O通道。另外，值得一提的是當在接線盒中接線或在線路板中布置更多纜線時，在已建成的工廠中，為其手動閥添加自動化技術通常會破壞工廠內的現有接線。
手動閥需要操作人員去現場手動打開并關閉閥門或進行簡單檢查以確定閥門是否打開或關閉。這樣的操作既耗時又低效，尤其是對于大型工廠來說，復雜性不言而喻。
現在，已建成的工廠可以通過采用無線開關閥來實現手動開關閥自動化。WirelessHART 數字化通訊技術可以使開關閥實現自動化，無需額外接線或占用控制系統中的I/O卡件通道。唯一需要您做的就是提供壓縮空氣（即氣源）。因為無需打開接線板和接線盒，因此安裝風險較低。WirelessHART 網關可以安裝在工廠外圍的設備上并與現有控制系統實現無縫集成。控制系統可以通過無線網關采用Modbus/RTU、Modbus/TCP、或OPC 通訊協議將“打開”和“關閉”指令發送至閥門并讀取反饋信號，同時其他軟件可以通過HART-IP 通訊協議寫入組態設置并讀取診斷信息。您還可以通過同一個無線網關了解工廠內用于設備監控的各種無線變送器的工作狀況，從而提高可靠性并改進維護、提高能效并廣泛監控工廠設備，降低HS&E風險。
現在，就從為您傳統的工廠中使用最頻繁的手動開關閥安裝無線開關閥門控制器開始，來實現工廠自動化吧！您不但可以減少操作人員親臨現場進行檢查閥門開關狀態的次數，提高工廠產量，同時可以將您的操作人員解放出來去做更有價值的事情！此外，還可以提高安全性，因為操作人員在現場的時間減少了，此外，由于您可以獲得實際的閥位反饋信息，因此您對過程的控制情況更加了如指掌了。
智能化技術觸手可及
開關閥與過程直接接觸并且需要抵御嚴酷的工況環境，有時處于嚴酷的外部環境（如極熱、極冷）中，或者有時需要接觸嚴酷的過程介質（如腐蝕性）。特定應用中的開關閥操作頻繁并且需要頻繁循環開關，例如變壓吸附（PSA）或過濾器的回流/逆吹；這將會導致閥門和執行機構部件嚴重磨損或斷裂。
傳統的開關閥沒有智能化技術，因此缺少能夠在發生故障停機前，用于提醒維護人員哪些開關閥處于正常狀況，哪些需要維修的診斷信息。
圖2. 安裝了開關閥門控制器的開關閥和執行機構
開關閥門控制器是智能型控制器，它可以進行數字化通訊并具有一個可以進行在線診斷的微處理器。根據開關閥門控制器的不同情況，診斷信息也有所不同，包括用于蹤檢測閥門性能是否惡化的打開和關閉行程時間，以及可以用來預測部件磨損和斷裂情況的反向計數器。診斷信息還包括高溫和低溫監測，監測溫度是否超過了閥門的工作溫度限制。如果閥門不動作，診斷信息也可用來區分到底是集成式開關型閥門控制的問題還是閥門問題。開關閥的診斷信息基于閥門的實際工作狀況及性能，可用于精確地預測維護、計劃性維護和大修活動。開關閥門控制器可以配置成類似控制閥定位器的裝置。一些開關閥門控制器擁有一個自動設置按鈕，用于測試閥門執行機構系統的功能并可以自動校準打開和關閉位置。今后，開關閥門控制器將擁有更多診斷功能。因為開關閥門控制器可以將開關閥智能化，這些智能型開關閥可以無縫集成至控制系統，還可以與控制閥、電動執行機構/電動閥、分析儀以及變送器所用的設備管理軟件協同工作。因此，開關閥門控制器可以通過辦公室內的一臺計算器進行集中控制、組態和診斷，而無需親臨現場。設備管理軟件還能夠提供實時的自動化設備診斷監測信息，為操作人員提供故障報警。高級開關閥門控制器還支持 NAMUR NE107 狀態信號，用于報告儀表診斷報警。開關閥可以和工廠內的變送器和控制閥共享同一個狀態追蹤記錄，如狀態變化和故障事件記錄；因此可以在一個地方查看所有信息。即將頒布的針對智能設備管理的ISA108 標準的采用，將可以確保所有的儀表診斷報警都可以根據重要性發送至正確的人員。操作人員可以在現場將其他現場設備（如變送器和控制閥）所用的手操器用于開關閥門控制器。
圖3. “儀表板”提供一目了然的開關閥狀態信息
在設備管理軟件中，智能開關閥猶如一個“儀表板”。開關閥的生產廠家通過采用電子設備描述語言（EDDL）以及易讀的千分表和指示器，以便顯示所有的狀況及操作信息，例如實際位置。
工廠的技術人員可以讀取開關閥控制器廠家的技術專家的幫助文本和插圖。
圖4. 診斷信息將顯示故障信息的描述、圖示及推薦矯正措施
智能開關閥如何與設備管理軟件協同工作，從而減少非必要的閥門檢查、加快閥門檢修，并幫助工廠在更短時間內實現計劃內大修。
閥門自動化
開關閥門控制器是一體化裝置，包括閥位反饋。它內置了微處理器和數字通訊功能，因此可以通過一個中心位置對閥門進行診斷，從而提高了維護效率。有線開關閥門控制器可以用于新建工廠，無線開關閥門控制器可以輕松地部署在已建成的工廠中，從而實現手動閥的自動化。
作者簡介：Jonas Berge是艾默生過程管理應用技術總監
