1濾后水調節閥的工作原理

   V型濾池是采用恒水位過濾控制方式運行的，圖1顯示了恒水位過濾的工作過程。過濾時通過超聲波液位計實時監測濾池的水位變化，根據水位的變化控制濾后水調節閥的開度，以達到恒水位控制的目的。該水廠濾池的工作液位為石英砂以上1.20m，液位計顯示此液位值為2.40m。當濾池液位上升（>2.40m）或下降時（<2.40m），通過PID運算使濾后水調節閥開啟度增大或減小，使濾床之上的水位保持恒定（穩定在2.40m）。可以看出，濾后水調節閥及閥門定位器是水??濾池穩定運行的關鍵設備。濾后水調節閥的這種工作方式，決定了閥門頻繁動作的特性，這就要求進一步提高技術水平和延長閥門的使用壽命。

圖1 恒水位過濾“液位計—濾后水調節閥”PID調節示意圖

    2 運行中出現的問題

    在實際運行中，對濾后水調節閥的動作頻率進行了統計，結果如圖2所示。

圖2 濾后水調節閥動作頻率統計圖

   在此工況下，濾池液位的恒定效果比較好（±1.8cm）。在15min內閥門動作了85次，動作頻率高達5.7次/min，每天動作8160次，動作角行程為1102°，按照這個動作頻率計算，該閥門相當于每天全開、全關1057次。實際運行結果證明，這種頻繁動作對閥門的損傷是非常大的。水廠運行不到半年，閥門各部分構件均出現了不同程度的磨損，驅動蝶閥的雙作用氣缸的缸體橡膠密封圈2個多月就出現磨損并開始泄漏，繼續運行到3個月時，氣缸的動作就變得緩慢，必須更換橡膠圈才能恢復使用；而蝶
閥閥體本身的磨損也較嚴重，閥門轉軸出現嚴重磨損，長期這樣運行將很快損壞。

    3蝶閥流量特性曲線在液位調節中的應用

    3.1蝶閥使用狀態下流量特性曲線的測量

   使用的蝶閥公稱直徑為DN350，為了解閥門在實際使用狀態下的流量特性，實地測定了安裝后蝶閥的流量特性曲線。采用的方法是：通過定位器將閥門的開啟度設定在某一數值（如5%、10%），測定液位從2.60～2.40m下降的時間，通過體積變化計算出該開啟度下的流量，然后改變閥門開啟度，采用同樣的方法測量從5%～100%的流量，繪制成如圖3所示的蝶閥在使用狀態下的流量特性曲線。

圖3 蝶閥流量特性曲線

    3.2智能型閥門定位器對流量曲線的校正

   對于V型濾池來說，采用PID控制方式對蝶閥進行開度調節可以達到恒定液位的目的，而PID控制是典型的線性調節，但從實際所測得的流量特性曲線來看，蝶閥實際工作狀態的特性為快開，主要工作范圍為10%～50%，在此區段蝶閥的開啟度變化40%，流量變化57.2%，這會導致控制系統的超調，即其流量特性的畸變是比較嚴重的。對于PID調節來說，蝶閥理想的工作特性曲線應該是直線，但目前因為閥門的流量特性畸變，直接影響了系統的控制質量。閥門流量特性的畸變使控制系統的輸出變得不可預計，因此有必要對蝶閥的畸變進行校正，而該水廠采用了西門子的智能型電氣閥門定位器，具有對閥門流量特性校正的功能。在其功能菜單中，SL0～SL20可以設定數值轉折點，每個設定點可以從5%的行程上賦予流量特性值。這些點組成一個多邊形，共由20條直線組成，從而導出一個理想的閥門特性曲線。采用這種方法，能夠實現對閥門流量特性的畸變進行補償，如表1所示。

表1 采用智能定位器對蝶閥流量特性的校正（實際測量數據）

續表1

   表1的畸變補償方式，在定位器得到PLC給定的開度信號后，通過儲存在智能定位器中的理想狀態閥門流量特性曲線數據，轉換得到相對應的理想相對流量，再據此算出實際需要的開度行程信號控制蝶閥，這樣由PLC給定的閥門相對開度與蝶閥的實際輸出流量校正為直線的關系，如圖3所示。

    3.3閥門調節性能的綜合優化

   采取上述措施后，對PLC編程軟件進行了優化，認識到在維持濾池恒水位的基礎上降低閥體動作頻率是解決問題的*根本方法。對PID調節后的輸出增加了一些限制條件：

    ①原恒水位穩定帶設定為±2cm，為使恒水位過濾達到一定精度，同時又不使出水比例閥頻繁動作，將恒水位穩定帶調整為±5cm；
    ② 增大PID調節的死區，當濾池液位在設定液位的±3cm內波動時，不輸出閥門動作指令；
    ③ 當P ID運算后，閥門動作幅度<3°時，不輸出閥門動作指令；
    ④調整PID的各項系數，減小比例項常數，增大積分項常數，減小閥門的動作幅度，也降低閥門動作的靈敏度，反復試驗調整尋找合適的參數；
    ⑤ 降低閥門動作指令的輸出頻率，上述情況下每30s輸出一次PID指令；
    ⑥ 如果水位變化在±5cm以外，每5s輸出一次PID指令。

   通過采取以上的綜合處理與優化措施，大幅減少了濾后水調節閥的動作頻率，調整后該閥門每天動作不足1000次，半年多來的使用證明，其故障率大大降低，穩定性能提高很多。

    4 結語

   綜上所述，為減少濾后水調節閥的動作頻率，測量了蝶閥在V型濾池使用工況下的流量特性曲線，通過西門子智能型閥門定位器對蝶閥流量特性曲線進行校正，并結合PLC編程軟件的優化，將V型濾池濾后水調節閥的動作頻率從8000次/d減少至1000次/d以下，水位的變化在±5cm左右，大大降低了設備維護費用，延長了閥門使用壽命，提高了供水穩定性。