淺析傳統(tǒng)閥門定位器與智能閥門定位器的原理及調校

1、淺析傳統(tǒng)閥門定位器與智能閥門定位器的原理及調校摘要為了適應自動控制技術水平的不斷發(fā)展，氣動執(zhí)行器在精確性、靈敏性和穩(wěn)定性等方面也有了較大的提高，但是目前應用的傳統(tǒng)定位器和現在出現的智能閥門定位器存在一定差距。比較了傳統(tǒng)定位器和智能定位器在結構和工作原理上的異同，以及在氣動執(zhí)行器應用上的不同效果，重點介紹了智能定位器的特點、組件、原理和調試方法。通過攀渝鈦業(yè)的應用實例，表明智能定位器具有質量可靠、調試簡單、故障率低等優(yōu)點，能夠滿足工藝系統(tǒng)的需求。關鍵詞：定位器 氣動執(zhí)行器 調試 控制精度 反饋目錄0 引言21 傳統(tǒng)電氣閥門定位器的工作原理21.2傳統(tǒng)定位器的調校31.3傳統(tǒng)定位器的故障分析41.

2、4傳統(tǒng)閥門定位器的不足42 智能電氣閥門定位器工作原理52.1智能定位器的組成62.2智能定位器的特點62.3智能定位器的功能62.4智能定位器的調試63實例84結語80 引言電氣閥門定位器是氣動調節(jié)閥的關鍵附件之一，其作用是把調節(jié)裝置輸出的電信號變成驅動調節(jié)閥動作的氣信號，而且具有閥門定位功能，既克服閥桿摩擦力，又可以克服因介質壓力變化而引起的不平衡力，從而能夠使閥門快速地跟隨、對應于調節(jié)器輸出的控制信號，實現調節(jié)閥快速定位，提升其調節(jié)品質。隨著智能儀表技術的發(fā)展，微電子技術廣泛應用在傳統(tǒng)儀表中，大大提高了儀表的功能與性能。其在電氣閥門定位器中的應用使智能定位器的性能和功能有了一個大的飛躍。

3、1傳統(tǒng)電氣閥門定位器的工作原理電氣閥門定位器的經過幾十年的發(fā)展。各公司產品雖不盡相同，但基本原理大致相同，下面畫簡圖進行說明。其基本結構組成如圖 1 所示。其工作原理是基于力平衡原理。定位器內反饋桿反饋閥門的開度位置變化，當輸入信號產生的電磁力矩與定位器的反饋系統(tǒng)產生的力矩相等，定位器力平衡系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，定位器處于穩(wěn)定狀態(tài)，此時輸入信號與閥位成對應比例關系。當輸入信號變化或介質流體作用力等發(fā)生變化時，力平衡系統(tǒng)的平衡狀態(tài)被打破，磁電組件的作用力與因閥桿位置變化引起的反饋回路產生的作用力就處于不平衡狀態(tài)，由于噴嘴和擋板的作用，使定位器氣源輸出壓力發(fā)生變化，執(zhí)行機構氣室壓力的變化推動執(zhí)行機構運

4、動，使閥桿定位到新位置，重新與輸入信號相對應，達到新的平衡狀態(tài)。圖1.1 傳統(tǒng)電/氣定位器的內部構造圖1.2傳統(tǒng)定位器的調校1.2.1 零位的調整信號源調至4mA時，若閥位指針不在零位上，打開閥門定位器，緩慢調節(jié)調零旋鈕，使閥位指針指示零位。1.2.2 量程調整信號源調至20mAS時，若閥位指針不在標牌最大位置時，調整定位器的量程旋鈕，使之指示在最大位置。1.2.3 調準量程和零點以后，分別給信號源輸入8mA、12mA、16mA、和20mA信號，閥位指針分別指向25%、50%、75%、和100%。如果指示不準確，可微調節(jié)調零旋鈕，便能指示準確。如果效果任不太好，那就是行程量不足，松動量程調節(jié)鎖

5、緊螺釘，并轉動量程調節(jié)螺釘嗎，調節(jié)結束后擰緊鎖緊螺釘。通過反復調整零點和量程，使執(zhí)行機構的行程在公差范圍內。1.3傳統(tǒng)定位器的故障分析1.3.1 閥門定位器由輸入信號但是沒有輸出信號：電磁鐵組件發(fā)生故障，建議換電磁鐵組件；供氣壓力不對，建議檢查氣源壓力；氣動放大器擋板零點調節(jié)過高，擋板遠離噴嘴；氣路堵塞；氣路連接有誤，包括放大器；電/氣定位器輸入信號線正負極接反。1.3.2 閥門定位器沒有輸入信號但輸出信號一直最大：氣動放大器擋板零點調節(jié)過低，擋板過于壓緊噴嘴；噴嘴堵塞；輸出壓力緩慢或不正常會導致調節(jié)閥的膜頭受損、漏氣，造成有輸入信號但調節(jié)閥動作緩慢故障，使調節(jié)閥達不到及時調節(jié)的效果，處理辦法

6、檢查膜室，更換膜片。定位器線性不好：反饋凸輪或彈簧選擇不當或者方向不對；反饋連桿機構安裝不好或者在某些位置有卡住現象；噴嘴或擋板有異物；背壓有輕微泄露現象。為閥門定位器提供的壓縮空氣必須是經過過濾清潔的空氣。工作中拆卸的部件，在調節(jié)結束后一定要正確固定。注意不要使磁性裝置受到震動或者對其施加過大壓力，這樣會使零件受損，工作性能降低。應盡量減少拆卸噴嘴擋板裝置的次數。1.4傳統(tǒng)閥門定位器的不足：因采用機械力平衡式原理工作，定位器重有很多相互作用的小零件，可動件較多，容易受溫度波動影響，誤差較大。1.4.2 耐環(huán)境性差，采用機械力平衡式原理的定位器易受到外界振動的影響，外界振動傳到力平衡機構，有時

7、會使定位器難以工作。裝好的調節(jié)閥由于尺寸、襯墊摩擦等是多變的，若將各種調節(jié)閥也作相應改變，達到最佳狀態(tài)，難以實現。噴嘴本身就是一個潛在的故障源，易被空氣中的灰塵或污染顆粒堵住，使定位器不能正常工作。（特別是在鈦白粉車間這樣粉塵較重的環(huán)境下極易被堵住，清理周期大大縮短，影響生產）1.4.5 能耗大。常規(guī)定位器由噴嘴連續(xù)供給壓縮空氣，哎執(zhí)行器處于穩(wěn)定狀態(tài)也要供給壓縮空氣，當工廠使用的執(zhí)行器較多時，能耗較大，也即所費成本較大。1.4.6 傳統(tǒng)定位器手動調整時不用專用設備（如減壓閥），不中斷控制回路是不可能的。1.4.7 傳統(tǒng)定位器零點和行程的調整分別用手動調整，需反復進行，很費時間，而且調整有事往往

8、在車間現場，環(huán)境溫度極高，對儀表維修工來說是個體能的挑戰(zhàn)。2 智能電氣閥門定位器工作原理智能電氣閥門定位器與傳統(tǒng)定位器從本質控制規(guī)律上基本相同，均是將輸入信號與位置反饋進行比較后對輸出壓力信號進行調節(jié)，但在執(zhí)行元件上智能定位器和傳統(tǒng)定位器完全不同，也就是工作方式上二者完全不同。首先采用微處理器為核心，再一個就是采用新型器件。利用新型的壓電閥代替了傳統(tǒng)定位器中的噴嘴、擋板調壓系統(tǒng)來實現對輸出壓力的調節(jié)控制，從而實現閥門位置的精確定位。它采用微處理器給定值和位置反饋作比較，微處理器檢測偏差（給定值-位置反饋信號）的大小和方向，用一個五步開關程序來控制壓電閥，壓電閥將控制指令轉換為氣動位移增量。當控

9、制偏差很大時，定制器輸出一個連續(xù)信號；當控制信號不大時，定位器輸出脈沖連續(xù)；當控制器偏差很小時，則沒有控制指令輸出。壓電閥的主導元件是以個壓電開關，它同主控氣路連在一起。壓電閥由于質量小，可以釋放很短的控制脈沖，因而能夠達到很高的定位精度。定位器采用適當的安裝組件固定到執(zhí)行機構上，執(zhí)行機構的位移通過安裝的組件檢測并由一個剛性連續(xù)的導電塑料電位器轉換，裝在執(zhí)行機構上的組件檢測得到的角度誤差被自動校正。智能定位器的工作原理進行說明，其基本結構組成如圖 2 所示。2.1智能定位器的組成智能閥門定位器是一種采用高集成度微處理器的數字式現場設備，在結構和工作原理上與傳統(tǒng)定位器由很大不同。它體積小、重量輕

10、，定位器內部能輸出位反信號和限位開關信號，使用該定位器不需要額外增加位反和限位開關，定位器內部主要由以下部件組成：2.1.1 電路板組件。它是一種帶微處理器和輸入電路的主板，LCD屏和操作按鈕位于電路板上，電路板安裝架留有數個插槽，按編號分別可以插入具有位置反饋和報警功能的模塊。位置反饋模塊輸出4-20mA位反電流信號，在自動方式時如果執(zhí)行單元達不到設定位置（開到位和關到位）或發(fā)生故障時，輸出一個報警信號，并將故障代碼顯示在LCD屏上。閥位反饋模塊和報警模塊以及SIA模塊的信號之間，在電氣上都是隔離的，防止相互干擾。由壓電閥組夠成的氣路控制及放大部分，能控制進入執(zhí)行器的供氣量。2.1.3 限位

11、開關觸發(fā)模塊（SIA），可發(fā)出“開到位和關到位”的限位信號。2.2智能定位器的特點智能閥門定位器能實現非常高的質量控制，它有許多常規(guī)定位器無法達到的特點2.2.1 通過三個按鍵和LCD顯示可以實現簡捷的操作和調試，而常規(guī)定位器只能憑借調試人員的經驗，通過手動調節(jié)零位和量程旋鈕進行調試，一般人員不易掌握。溫度和壓縮空氣的變化對定位器的影響可以忽略。接收的4-20mA指令信號，帶HART通信協(xié)議，能通過信器采集和修改定位器參數，方便檢修員進行更換。2.3智能定位器的功能智能閥門定位器除具備常規(guī)定位器的全部功能外，還具有以下常規(guī)定位器不具有的功能：具有零位和各行程范圍內自動調整的功能。具有自診斷功能

12、，并將故障代碼顯示在LCD屏上，方便檢修人員排除故障?？稍O置閥門“緊密關閉”功能，確保對閥座最大的定位壓力，防止閥門關閉不嚴，產生漏流。定位器內部的行程檢測組件和控制器可以分離安裝到誒那個武器罩外部，在溫度過高或振動過強的工作環(huán)境下這一功能非常有用。2.4智能定位器的調試2.4.1 調試準備檢查定位器與執(zhí)行機構是否已準確連接，并接線正確，給定器提供1.4-7bar的工作氣源和18-35V電壓源或4-20mA電流源。通過三個按鍵檢查執(zhí)行器在全部調整范圍內能自由移動，讓后移動執(zhí)行器連桿達到水平位置，顯示屏顯示儀個48%-52%之間的值，這樣定位器能測定的位移將更精確，否則調整定位器連桿。自動或手動

13、進行初始化由于這種執(zhí)行器應用廣泛，初始化的過程，實際是定位器微處理器采集執(zhí)行器數據，從而與該執(zhí)行器相匹配過程。定位器能自動測定執(zhí)行器的作用方向、行程實間，并配以手動設置其他少量參數，大多數參數默認即可。復制初始化數據，定位器更換當某臺定位器出現故障，需要進行更換，而工藝系統(tǒng)又不允許對定位器進行初始化時，可以使用這一功能對定位器調試。更換一臺沒有經過初始化的定位器給另外在允許的執(zhí)行器時，用HART通信器從需要更換的定位器采集數據，并復制到新定位器，就能夠滿足工藝系統(tǒng)要求。等到工藝系統(tǒng)停運時，再對該定位器進行初始化，提高控制精度。以上分別介紹了傳統(tǒng)定位器與智能定位器的工作原理及提點性能及調校。下面

14、把兩者的對比作個總結：智能閥門定位器不僅能很好地消除或減小傳統(tǒng)閥門定位器的一些不足，而且智能定位器與傳統(tǒng)閥門定位器在性能、使用情況、性能價格比等方面進行比較，有以下一些特點。如表3所列： 類 型 配用普通定位器的調節(jié)閥 配用智能定位器的調節(jié)閥 基本誤差 小于全行程的+2% 小于全行程的+0.5% 回 差 2% 0.5% 死 區(qū) 0.8% 0.1% 閥門的穩(wěn)定性 穩(wěn)定 及其穩(wěn)定 調 校 現場手動調校 通過效驗儀在現場、機柜或與DCS通訊調校 信號源 4-20mA或氣動信號4-20mA或數字信號 耗氣量 大 極 小 性能價格比 低 高 通 訊 無 有 安裝、調試 不方便 方 便 表3 傳統(tǒng)定位器與智能定位器的比較此外，智能閥門定位器可以講全部氣源壓力送到調節(jié)閥的執(zhí)行機構的膜室，使氣源壓力得到充分利用，因此提高了執(zhí)行機構輸出力；減少普通閥門定位器氣動信號的傳遞滯后，加快動作速度；進一步改善了調節(jié)閥的靜態(tài)特性和動態(tài)特性；通過功能鍵，智能閥門定位器能方便的進行流量設置，同時它具有現實和報警功能。3實例在我們鈦白粉生產車間水解罐上有一個蒸汽閥門長期調節(jié)到關閉狀態(tài)時閥門不能完全關閉，任然有蒸汽通過，對工藝要求造成很大影響。后采用智能閥門定位器應用“緊密關閉”功能，確保對閥座最大的定位壓力，使閥門關閉，問題得以解決。在我們生產現場條件惡劣，有腐蝕且高溫，閥門調節(jié)不好，不能達