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智能閥門定位器實際中的應(yīng)用
一、前言
電氣閥門定位器是氣動調(diào)節(jié)閥的關(guān)鍵附件之一，其作用是把調(diào)節(jié)裝置輸出的電信號變成驅(qū)動調(diào)節(jié)閥動作的氣信號。它具有閥門定位功能，既克服閥桿摩擦力，又可以克服因介質(zhì)壓力變化而引起的不平衡力，從而能夠使閥門快速的跟隨，并對應(yīng)于調(diào)節(jié)器輸出的控制信號，實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥快速定位，提升其調(diào)節(jié)品質(zhì)。
二、智能電氣閥門定位器的工作原理及特點2.1智能電氣閥門定位器對輸出氣源壓力調(diào)節(jié)的工作原理1)輸出壓力調(diào)節(jié)采用PID脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)，迅速準(zhǔn)確。由于CPU對壓電閥的控制采用一個五步開關(guān)程序來控制，可以、快速地控制輸出氣源壓力增減。其控制算法一般采用數(shù)字PID調(diào)節(jié)方式，CPU根據(jù)輸入信號與閥位產(chǎn)生偏差的大小和方向進行PID計算，輸出一個PWM脈寬調(diào)制脈沖信號來控制壓電閥開、閉動作。由于脈沖的寬度對應(yīng)于定位器輸出氣源壓力的增量，從而可以迅速、準(zhǔn)確的改變氣源壓力輸出P1。當(dāng)偏差較大時，定位器輸出一個連續(xù)信號，快速連續(xù)、大幅度的改變P1的大小，當(dāng)偏差較小時，定位器輸出一個較小脈寬的脈沖信號，斷續(xù)、小幅改變P1的大小，當(dāng)偏差很小(進入死區(qū))時，則無脈沖輸出，閥位穩(wěn)定工作。
2)新型壓電閥器件的采用，保證了控制的高精度。壓電閥的主導(dǎo)元件是一個壓電柔韌開關(guān)閥，也稱作硅微控制閥，由于其質(zhì)量小，開關(guān)慣性非常小，可以執(zhí)行很高的開關(guān)頻率，因而作為一個高頻率的脈沖閥，對輸出氣路壓力P1進行控制，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，可以達到很高的閥門定位精度。
3)閥位反饋元件定位精度高，壽命長。閥位反饋元件是一個結(jié)構(gòu)簡單、高精度、高可靠性的導(dǎo)電塑料電位器，將執(zhí)行機構(gòu)的直線或轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)換為電阻信號，因而可以的檢測閥位并且可以方便的對閥門進行零位，滿度及閥門流量特性曲線的定位。
由于新型控制元件如導(dǎo)電塑料和壓電閥的使用，可以使閥門定位達到很高精度，由于微處理的使用，可以使定位器的調(diào)校以及適用范圍有大的改善。主要特點是:
1)安裝簡易;可以進行自動調(diào)校。組態(tài)簡單、靈活，可以非常方便的設(shè)定閥門正反作用，流量特性，行程限定或分程操作等功能。
2)定位器的耗氣量極小。傳統(tǒng)定位器的噴嘴、擋板系統(tǒng)是連續(xù)耗氣型元件。由于智能定位器采用脈沖壓電閥替代了傳統(tǒng)定位器的噴嘴、擋板系統(tǒng),而且五步脈沖壓電閥控制方式可實現(xiàn)閥門的快速、定位。智能定位器只有在減小輸出壓力時，才向外排氣，因此在大部分時間內(nèi)處于非耗氣狀態(tài)，相對于傳統(tǒng)定位器來說可以忽略不計。
3)具有智能通訊和現(xiàn)場顯示功能，便于維修人員對定位器工作情況進行檢查維修。
4)具有豐富的自診斷功能。不僅可以對定位器本身的工作情況進行故障自診斷，還可對調(diào)節(jié)閥和執(zhí)行機構(gòu)的性能進行定量測量和診斷。如閥門行程的變化檢測，對閥門極限位置變化的測量，可診斷閥門的磨損情況;對閥門定位時間的測量可以診斷定位周期是否合適，是否會引起震蕩;還可以對氣動執(zhí)行機構(gòu)的密封情況等進行診斷，從而為閥門的維修提供科學(xué)依據(jù)。
5)可以非常方便的進行安全檢測測試與動作。
三、實際使用中應(yīng)注意的問題
雖然智能定位器使用簡單，功能強大，但在工程應(yīng)用中還是應(yīng)注意一些問題，以使其可靠的工作，發(fā)揮出更好的控制作用，延長其使用壽命。
3.1定位器2/4線接線方式的選擇
由于智能閥門定位器的輸入阻抗較高，而且隨輸入電流的增加而增大。因此在選用智能電氣閥門定位器時一定要核對調(diào)節(jié)器輸出控制信號的帶負(fù)載能力，應(yīng)大于500歐姆，才能保證大開度時定位器的正常工作。鑒于此，對于調(diào)節(jié)器輸出控制信號帶負(fù)載能力不夠的情況，應(yīng)考慮以下解決方案:
1)在輸入信號回路中設(shè)置信號隔離器件，增加控制信號的帶負(fù)載能力。即選用帶負(fù)載能力高的中間隔離驅(qū)動器件，器件帶載能力應(yīng)大于500歐姆。如果現(xiàn)場是防爆場所則可選用帶負(fù)載能力高的隔離式安全柵，如深圳萬訊MSB系列隔離式安全柵，
2)采用4線制連接方式，減小智能定位器輸入信號回路的輸入阻抗。
3.2智能定位器流量特性的選擇
智能定位器均具有流量特性選擇設(shè)定功能。但在實際使用中，要根據(jù)所配閥門的流量特性與工藝具體要求來合理確定。一般定位器所配用閥門的流量特性是由閥芯的加工特性決定的。閥芯有直線、等百分比、快開等流量特性，如果工藝要求與此相符，則智能定位器的輸出特性應(yīng)選擇為線性輸出，這樣就能保證整體閥門流量特性與原設(shè)計要求相符。
當(dāng)實際使用中，閥芯如有流量特性不能適合工藝要求時，則可以通過閥門定位器輸出特性的改變來改變閥門的整體流量特性。如:可以修改智能定位器為等百分比輸出，將具有線性閥芯的閥門變?yōu)榈劝俜直攘髁刻匦缘拈y門來使用;或修改智能定位器為反向等百分比輸出，可將等百分比閥芯的閥門調(diào)整為線性流量特性的閥門來使用。
3.3防爆環(huán)境中的應(yīng)用
在防爆環(huán)境中應(yīng)選用本安或隔爆型智能定位器。而且應(yīng)在接線時注意智能定位器輸入阻抗與安全關(guān)聯(lián)設(shè)備的帶負(fù)載能力的匹配問題。如構(gòu)成本質(zhì)安全回路，選用帶附載能力大于500歐姆以上的輸出型隔離柵，如果采用齊納安全柵則應(yīng)采用4線制連接方式，降低定位器信號回路的輸入阻抗。如選用隔爆型智能定位器，其現(xiàn)場安裝方式則應(yīng)符合隔爆電氣設(shè)備的安裝規(guī)范要求。
四、總結(jié)
由于CPU和新型器件的采用，智能電氣閥門定位器的性能與傳統(tǒng)閥門定位器相比有了一個大的飛躍。智能電氣閥門定位器的定位精度更高，適用范圍更廣，而且使用更加簡便和可靠。但是在具體的應(yīng)用中還要從符合安全要求、更好的控制效果、與調(diào)節(jié)回路的匹配、適應(yīng)特殊環(huán)境要求、延長使用壽命等方面合理選擇定位器的類型，并進行其功能參數(shù)設(shè)置和調(diào)校。
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一、前言
電氣閥門定位器是氣動調(diào)節(jié)閥的關(guān)鍵附件之一，其作用是把調(diào)節(jié)裝置輸出的電信號變成驅(qū)動調(diào)節(jié)閥動作的氣信號。它具有閥門定位功能，既克服閥桿摩擦力，又可以克服因介質(zhì)壓力變化而引起的不平衡力，從而能夠使閥門快速的跟隨，并對應(yīng)于調(diào)節(jié)器輸出的控制信號，實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥快速定位，提升其調(diào)節(jié)品質(zhì)。
二、智能電氣閥門定位器的工作原理及特點2.1智能電氣閥門定位器對輸出氣源壓力調(diào)節(jié)的工作原理1)輸出壓力調(diào)節(jié)采用PID脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)，迅速準(zhǔn)確。由于CPU對壓電閥的控制采用一個五步開關(guān)程序來控制，可以、快速地控制輸出氣源壓力增減。其控制算法一般采用數(shù)字PID調(diào)節(jié)方式，CPU根據(jù)輸入信號與閥位產(chǎn)生偏差的大小和方向進行PID計算，輸出一個PWM脈寬調(diào)制脈沖信號來控制壓電閥開、閉動作。由于脈沖的寬度對應(yīng)于定位器輸出氣源壓力的增量，從而可以迅速、準(zhǔn)確的改變氣源壓力輸出P1。當(dāng)偏差較大時，定位器輸出一個連續(xù)信號，快速連續(xù)、大幅度的改變P1的大小，當(dāng)偏差較小時，定位器輸出一個較小脈寬的脈沖信號，斷續(xù)、小幅改變P1的大小，當(dāng)偏差很小(進入死區(qū))時，則無脈沖輸出，閥位穩(wěn)定工作。
2)新型壓電閥器件的采用，保證了控制的高精度。壓電閥的主導(dǎo)元件是一個壓電柔韌開關(guān)閥，也稱作硅微控制閥，由于其質(zhì)量小，開關(guān)慣性非常小，可以執(zhí)行很高的開關(guān)頻率，因而作為一個高頻率的脈沖閥，對輸出氣路壓力P1進行控制，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，可以達到很高的閥門定位精度。
3)閥位反饋元件定位精度高，壽命長。閥位反饋元件是一個結(jié)構(gòu)簡單、高精度、高可靠性的導(dǎo)電塑料電位器，將執(zhí)行機構(gòu)的直線或轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)換為電阻信號，因而可以的檢測閥位并且可以方便的對閥門進行零位，滿度及閥門流量特性曲線的定位。
由于新型控制元件如導(dǎo)電塑料和壓電閥的使用，可以使閥門定位達到很高精度，由于微處理的使用，可以使定位器的調(diào)校以及適用范圍有大的改善。主要特點是:
1)安裝簡易;可以進行自動調(diào)校。組態(tài)簡單、靈活，可以非常方便的設(shè)定閥門正反作用，流量特性，行程限定或分程操作等功能。
2)定位器的耗氣量極小。傳統(tǒng)定位器的噴嘴、擋板系統(tǒng)是連續(xù)耗氣型元件。由于智能定位器采用脈沖壓電閥替代了傳統(tǒng)定位器的噴嘴、擋板系統(tǒng),而且五步脈沖壓電閥控制方式可實現(xiàn)閥門的快速、定位。智能定位器只有在減小輸出壓力時，才向外排氣，因此在大部分時間內(nèi)處于非耗氣狀態(tài)，相對于傳統(tǒng)定位器來說可以忽略不計。
3)具有智能通訊和現(xiàn)場顯示功能，便于維修人員對定位器工作情況進行檢查維修。
4)具有豐富的自診斷功能。不僅可以對定位器本身的工作情況進行故障自診斷，還可對調(diào)節(jié)閥和執(zhí)行機構(gòu)的性能進行定量測量和診斷。如閥門行程的變化檢測，對閥門極限位置變化的測量，可診斷閥門的磨損情況;對閥門定位時間的測量可以診斷定位周期是否合適，是否會引起震蕩;還可以對氣動執(zhí)行機構(gòu)的密封情況等進行診斷，從而為閥門的維修提供科學(xué)依據(jù)。
5)可以非常方便的進行安全檢測測試與動作。
三、實際使用中應(yīng)注意的問題
雖然智能定位器使用簡單，功能強大，但在工程應(yīng)用中還是應(yīng)注意一些問題，以使其可靠的工作，發(fā)揮出更好的控制作用，延長其使用壽命。
3.1定位器2/4線接線方式的選擇
由于智能閥門定位器的輸入阻抗較高，而且隨輸入電流的增加而增大。因此在選用智能電氣閥門定位器時一定要核對調(diào)節(jié)器輸出控制信號的帶負(fù)載能力，應(yīng)大于500歐姆，才能保證大開度時定位器的正常工作。鑒于此，對于調(diào)節(jié)器輸出控制信號帶負(fù)載能力不夠的情況，應(yīng)考慮以下解決方案:
1)在輸入信號回路中設(shè)置信號隔離器件，增加控制信號的帶負(fù)載能力。即選用帶負(fù)載能力高的中間隔離驅(qū)動器件，器件帶載能力應(yīng)大于500歐姆。如果現(xiàn)場是防爆場所則可選用帶負(fù)載能力高的隔離式安全柵，如深圳萬訊MSB系列隔離式安全柵，
2)采用4線制連接方式，減小智能定位器輸入信號回路的輸入阻抗。
3.2智能定位器流量特性的選擇
智能定位器均具有流量特性選擇設(shè)定功能。但在實際使用中，要根據(jù)所配閥門的流量特性與工藝具體要求來合理確定。一般定位器所配用閥門的流量特性是由閥芯的加工特性決定的。閥芯有直線、等百分比、快開等流量特性，如果工藝要求與此相符，則智能定位器的輸出特性應(yīng)選擇為線性輸出，這樣就能保證整體閥門流量特性與原設(shè)計要求相符。
當(dāng)實際使用中，閥芯如有流量特性不能適合工藝要求時，則可以通過閥門定位器輸出特性的改變來改變閥門的整體流量特性。如:可以修改智能定位器為等百分比輸出，將具有線性閥芯的閥門變?yōu)榈劝俜直攘髁刻匦缘拈y門來使用;或修改智能定位器為反向等百分比輸出，可將等百分比閥芯的閥門調(diào)整為線性流量特性的閥門來使用。
3.3防爆環(huán)境中的應(yīng)用
在防爆環(huán)境中應(yīng)選用本安或隔爆型智能定位器。而且應(yīng)在接線時注意智能定位器輸入阻抗與安全關(guān)聯(lián)設(shè)備的帶負(fù)載能力的匹配問題。如構(gòu)成本質(zhì)安全回路，選用帶附載能力大于500歐姆以上的輸出型隔離柵，如果采用齊納安全柵則應(yīng)采用4線制連接方式，降低定位器信號回路的輸入阻抗。如選用隔爆型智能定位器，其現(xiàn)場安裝方式則應(yīng)符合隔爆電氣設(shè)備的安裝規(guī)范要求。
四、總結(jié)
由于CPU和新型器件的采用，智能電氣閥門定位器的性能與傳統(tǒng)閥門定位器相比有了一個大的飛躍。智能電氣閥門定位器的定位精度更高，適用范圍更廣，而且使用更加簡便和可靠。但是在具體的應(yīng)用中還要從符合安全要求、更好的控制效果、與調(diào)節(jié)回路的匹配、適應(yīng)特殊環(huán)境要求、延長使用壽命等方面合理選擇定位器的類型，并進行其功能參數(shù)設(shè)置和調(diào)校。
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