2.1

智能阀门定位器的组成

 

 

 

 

智能阀门定位器是一种具有

HART

通信协议的阀门定位器，

由三部分组成：

微处理器电子

 

控制的模件，包括

HART

通信模块和就地用户界面开关；电

/

气动转换器模件的压电阀；

 

阀位传感器。

 

 

 

2.2

智能阀门定位器的工作原理

 

 

 

 

整个控制回路由两线、

4

～

20mA

信号控制。

HART

模件送出和接收叠加在

4

～

20mA

信号上

 

的数字信息，实现与微处理器的双向数字通信。模拟量的

4

～

20mA

信号传给微处理器，

 

与阀位传感器的反馈进行比较，微处理器根据偏差的大小和方向进行控制计算（一级控

 

制），向压电阀发出电控指令使其进行开、闭动作。压电阀依据控制指令脉冲的宽度对

 

应于气动放大器输出压力的增量，同时气动放大器的输出又被反馈给内控制回路，再次

 

与微处理器的运算结果进行比较运算

（二级控制）

，

通过两级控制输出信号到执行机构，

 

执行机构内空气压力的变化控制着阀门行程。当控制偏差很大时，压电阀发出宽幅脉冲

 

信号，使定位器输出一个连续信号，大幅度的改变至执行机构的信号压力驱动阀门快速

 

动作；随着阀门接近要求的位置，命令要求的位置与测得位置的差值变小，压电阀输出

 

一个较小脉宽的脉冲信号，断续、小幅度的改变至执行机构的信号压力，使执行机构接

 

近新命令位置的动作平缓。当阀门到达要求的位置（进入死区）时，压电阀无脉冲输出，

 

定位器输出保持为零，使阀门稳定在某一位置不动

 

这样就大大扩展了定位器的使用范围，

例如可以适用于大型风门、

闸门等非

标准结构的执行机构以及超大行程结构的执行机构中

(

已经有大量此类应用

)

。

正

是与智

 

能电气阀门定位器的结合，

大大提高了此类装置的控制定位精度。

 5) 

行

程检测装置还可以采用非接触式位置传感器，用于恶劣现场。如应用在强振动、

高低温及核辐射区环境中的阀门上，

避免了不良环境对定位器的影响，

保证定位

这样就大大扩展了定位器的使用范围，

例如可以适用于大型风门、

闸门等非

标准结构的执行机构以及超大行程结构的执行机构中

(

已经有大量此类应用

)

。

正

是与智

 

能电气阀门定位器的结合，

大大提高了此类装置的控制定位精度。

 5) 

行

程检测装置还可以采用非接触式位置传感器，用于恶劣现场。如应用在强振动、

高低温及核辐射区环境中的阀门上，

避免了不良环境对定位器的影响，

保证定位

这样就大大扩展了定位器的使用范围，

例如可以适用于大型风门、

闸门等非

标准结构的执行机构以及超大行程结构的执行机构中

(

已经有大量此类应用

)

。

正

是与智

 

能电气阀门定位器的结合，

大大提高了此类装置的控制定位精度。

 5) 

行

程检测装置还可以采用非接触式位置传感器，用于恶劣现场。如应用在强振动、

高低温及核辐射区环境中的阀门上，

避免了不良环境对定位器的影响，

保证定位

智能阀门定位器的组成和原理

2.1智能阀门定位器的组成     智能阀门定位器是一种具有HART通信协议的阀门定位器，由三部分组成：微处理器电子  控制的模件，包括HART通信模块和就地用户界面开关；电/气动转换器模件的压电阀； 阀位传感器。    2.2智能阀门定位器的工作原理     整个控制回路由两线、4～20mA信号控制。HART模件送出和接收叠加在4～20mA信号上  的数字信息，实现与微处理器的双向数字通信。模拟量的4～20mA信号传给微处理器， 与阀位传感器的反馈进行比较，微处理器根据偏差的大小和方向进行控制计算（一级控 制），向压电阀发出电控指令使其进行开、闭动作。压电阀依据控制指令脉冲的宽度对 应于气动放大器输出压力的增量，同时气动放大器的输出又被反馈给内控制回路，再次 与微处理器的运算结果进行比较运算（二级控制），通过两级控制输出信号到执行机构， 执行机构内空气压力的变化控制着阀门行程。当控制偏差很大时，压电阀发出宽幅脉冲 信号，使定位器输出一个连续信号，大幅度的改变至执行机构的信号压力驱动阀门快速 动作；随着阀门接近要求的位置，命令要求的位置与测得位置的差值变小，压电阀输出 一个较小脉宽的脉冲信号，断续、小幅度的改变至执行机构的信号压力，使执行机构接 近新命令位置的动作平缓。当阀门到达要求的位置（进入死区）时，压电阀无脉冲输出， 定位器输出保持为零，使阀门稳定在某一位置不动

 

虽然智能电气阀门定位器与传统定位器从控制规律上基本相同，都是将输入信号与位置反馈进行比较后对输出压力信号进行调节。但在执行元件上智能定位器和传统 定位器完全不同，也就是工作方式上二者完全不同。智能定位器以微处理器为核心，利用了新型的压电阀代替传统定位器中的喷嘴、挡板调压系统来实现对输出压力 的调节。 目前有很多厂家生产智能型电气阀门定位器，西门子公司的SIPATT PS2系列智能电气阀门定位器比较典型，具有一定代表性，下面以就以SIPART PS2系列定位器为例，对智能定位器的工作原理进行说明，其基本结构如图2所示

其具体工作原理如下: 由阀杆位置传感器拾取阀门的实际开度信号，通过A/D转换变为数字编码信号，与定位器的输入(设定)信号的数字编码在CPU中进行对比，计算二者偏差值。 如偏差值超出定位精度，则CPU输出指令使相应的开/关压电阀动作，即:当设定信号大于阀位反馈时，升压压电阀V一l打开，输出气源压力P1增大，执行机 构气室压力增加是阀门开度增加，减小二者偏差;如设定信号小于阀位反馈则排气压电阀V-2打开，通过消音器排气减小输出气源压力P1，执行机构气室压力减 小是阀门开度减小，二者偏差减小。正是通过CPU控制压电阀来调节输出气源压力的大小使输入信号与阀位达到新的平衡。     2.3 智能电气阀门定位器对输出气源压力调节的新颖之处      1) 输出压力调节采用PID脉宽调制(PWM)技术，迅速准确。由于CPU对压电阀的控制采用一个五步开关程序来控制，可以精确、快速地控制输出气源压力增 减。其控制算法一般采用数字PID调节方式，CPU根据输入信号与阀位产生偏差

 

的大小和方向进行PID计算，输出一个PWM脉宽调制脉冲信号来控制压电阀 开、闭动作。由于脉冲的宽度对应于定位器输出气源压力的增量，从而可以迅速、准确的改变气源压力输出P1。当偏差较大时，定位器输出一个连续信号，快速连 续、大幅度的改变P1的大小，当偏差较小时，定位器输出一个较小脉宽的脉冲信号，断续、小幅改变P1的大小，当偏差很小(进入死区)时，则无脉冲输出，阀 位稳定工作。 2) 新型压电阀器件的采用，保证了控制的高精度。压电阀的主导元件是一个压电柔韧开关阀，也称作硅微控制阀，由于其质量小，开关惯性非常小，可以执行很高的开 关频率，因而作为一个高频率的脉冲阀，对输出气路压力P1进行控制，驱动执行机构，可以达到很高的阀门定位精度。 3) 阀位反馈元件定位精度高，寿命长。阀位反馈元件是一个结构简单、高精度、高可靠性的导电塑料电位器，将执行机构的直线或转角位移转换为电阻信号，因而可以 精确的检测阀位并且可以方便的对阀门进行零位，满度及阀门流量特性曲线的定位。      2.4 智能定位器的特点 由于新型控制元件如导电塑料和压电阀的使用，可以使阀门定位达到很高精度，由于微处理的使用，可以使定位器的调校以及适用范围有大的改善。主要特点是: 1) 安装简易;可以进行自动调校。组态简便、灵活，可以非常方便的设定阀门正反作用，流量特性，行程限定或分程操作等功能。 2) 定位器的耗气量极小。传统定位器的喷嘴、挡板系统是连续耗气型元件。由于智能定位器采用脉冲压电阀替代了传统定位器的喷嘴、挡板系统,而且五步脉冲压电阀 控制方式可实现阀门的快速、精确定位。智能定位器只有在减小输出压力时，才向外排气，因此在大部分时间内处于非耗气状态，其总耗气量为20L/h，相对于 传统定位器来说可以忽略不计。 3) 具有智能通讯和现场显示功能，便于维修人员对定位器工作情况进行检查维修。 4) 定位器与阀门可以采用分离式安装方式。因为智能定位器的位置反馈元件是电位器，即阀位信息是用电信号传递的，并且可以在CPU中对阀门的特征进行现场整 定。因此采用行程位置检测装置外置的方法，将阀位反馈组件与定位器本身分离安装。将行程位置检测装置在执行机构上，定位器安装在离执行器一定距离的地方， 如图3所示

 

这样就大大扩展了定位器的使用范围，例如可以适用于大型风门、闸门等非标准结构的执行机构以及超大行程结构的执行机构中(已经有大量此类应用)。正是与智 能电气阀门定位器的结合，大大提高了此类装置的控制定位精度。 5) 行程检测装置还可以采用非接触式位置传感器，用于恶劣现场。如应用在强振动、高低温及核辐射区环境中的阀门上，避免了不良环境对定位器的影响，保证定位