智能閥門(mén)定位器實(shí)際中的應(yīng)用

　　一、前言  
　　電氣閥門(mén)定位器是氣動(dòng)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(hào)變成驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作的氣信號(hào)。它具有閥門(mén)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(mén)快速的跟隨，并對(duì)應(yīng)于調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)，實(shí)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(mén)定位器的工作原理及特點(diǎn) 2.1 智能電氣閥門(mén)定位器對(duì)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(duì)壓電閥的控制采用一個(gè)五步開(kāi)關(guān)程序來(lái)控制，可以精確、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(hào)與閥位產(chǎn)生偏差的大小和方向進(jìn)行PID計(jì)算，輸出一個(gè)PWM脈寬調(diào)制脈沖信號(hào)來(lái)控制壓電閥開(kāi)、閉動(dòng)作。由于脈沖的寬度對(duì)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(shí)，定位器輸出一個(gè)連續(xù)信號(hào)，快速連續(xù)、大幅度的改變P1的大小，當(dāng)偏差較小時(shí)，定位器輸出一個(gè)較小脈寬的脈沖信號(hào)，斷續(xù)、小幅改變P1的大小，當(dāng)偏差很小(進(jìn)入死區(qū))時(shí)，則無(wú)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(gè)壓電柔韌開(kāi)關(guān)閥，也稱(chēng)作硅微控制閥，由于其質(zhì)量小，開(kāi)關(guān)慣性非常小，可以執(zhí)行很高的開(kāi)關(guān)頻率，因而作為一個(gè)高頻率的脈沖閥，對(duì)輸出氣路壓力P1進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以達(dá)到很高的閥門(mén)定位精度。 
　　3)閥位反饋元件定位精度高，壽命長(zhǎng)。閥位反饋元件是一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高精度、高可靠性的導(dǎo)電塑料電位器，將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直線或轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)換為電阻信號(hào)，因而可以精確的檢測(cè)閥位并且可以方便的對(duì)閥門(mén)進(jìn)行零位，滿(mǎn)度及閥門(mén)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(mén)定位達(dá)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(diǎn)是: 
　　1) 安裝簡(jiǎn)易;可以進(jìn)行自動(dòng)調(diào)校。組態(tài)簡(jiǎn)單、靈活，可以非常方便的設(shè)定閥門(mén)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(shí)現(xiàn)閥門(mén)的快速、精確定位。智能定位器只有在減小輸出壓力時(shí)，才向外排氣，因此在大部分時(shí)間內(nèi)處于非耗氣狀態(tài)，相對(duì)于傳統(tǒng)定位器來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)。  
　　3) 具有智能通訊和現(xiàn)場(chǎng)顯示功能，便于維修人員對(duì)定位器工作情況進(jìn)行檢查維修。  
　　4) 具有豐富的自診斷功能。不僅可以對(duì)定位器本身的工作情況進(jìn)行故障自診斷，還可對(duì)調(diào)節(jié)閥和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的性能進(jìn)行定量測(cè)量和診斷。如閥門(mén)行程的變化檢測(cè)，對(duì)閥門(mén)極限位置變化的測(cè)量，可診斷閥門(mén)的磨損情況;對(duì)閥門(mén)定位時(shí)間的測(cè)量可以診斷定位周期是否合適，是否會(huì)引起震蕩;還可以對(duì)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的密封情況等進(jìn)行診斷，從而為閥門(mén)的維修提供科學(xué)依據(jù)。 
　　5) 可以非常方便的進(jìn)行安全檢測(cè)測(cè)試與動(dòng)作。 
　　三、實(shí)際使用中應(yīng)注意的問(wèn)題  
　　雖然智能定位器使用簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，但在工程應(yīng)用中還是應(yīng)注意一些問(wèn)題，以使其可靠的工作，發(fā)揮出更好的控制作用，延長(zhǎng)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(mén)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(mén)定位器時(shí)一定要核對(duì)調(diào)節(jié)器輸出控制信號(hào)的帶負(fù)載能力，應(yīng)大于500歐姆，才能保證大開(kāi)度時(shí)定位器的正常工作。鑒于此，對(duì)于調(diào)節(jié)器輸出控制信號(hào)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(hào)回路中設(shè)置信號(hào)隔離器件，增加控制信號(hào)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(dòng)器件，器件帶載能力應(yīng)大于500歐姆。如果現(xiàn)場(chǎng)是防爆場(chǎng)所則可選用帶負(fù)載能力高的隔離式安全柵，如深圳萬(wàn)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(hào)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(shí)際使用中，要根據(jù)所配閥門(mén)的流量特性與工藝具體要求來(lái)合理確定。一般定位器所配用閥門(mén)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(kāi)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(mén)流量特性與原設(shè)計(jì)要求相符。  
　　當(dāng)實(shí)際使用中，閥芯如有流量特性不能適合工藝要求時(shí)，則可以通過(guò)閥門(mén)定位器輸出特性的改變來(lái)改變閥門(mén)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(mén)變?yōu)榈劝俜直攘髁刻匦缘拈y門(mén)來(lái)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(mén)調(diào)整為線性流量特性的閥門(mén)來(lái)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(shí)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(wèn)題。如構(gòu)成本質(zhì)安全回路，最好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(hào)回路的輸入阻抗。如選用隔爆型智能定位器，其現(xiàn)場(chǎng)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(mén)定位器的性能與傳統(tǒng)閥門(mén)定位器相比有了一個(gè)大的飛躍。智能電氣閥門(mén)定位器的定位精度更高，適用范圍更廣，而且使用更加簡(jiǎn)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(zhǎng)使用壽命等方面合理選擇定位器的類(lèi)型，并進(jìn)行其功能參數(shù)設(shè)置和調(diào)校。