上海申弘閥門有限公司
摘要：以集成電路控制技術為基礎的智能電氣閥門定位器,已成為智能化氣動執(zhí)行器的核心控制部件。智能電氣閥門定位器結合氣動執(zhí)行器與其他設備在工業(yè)生產中應用,可大幅提高工業(yè)機器的生產效率。本文根據(jù)智能電氣閥門定位器結構特點、技術基礎和應用實際,探討其總體結構、硬件設計、軟件設計等相關技術的研究進展,分析智能電氣閥門定位器的研究現(xiàn)狀,為今后裝置電氣閥門定位器的更新改造提供參考
關鍵詞：氣動執(zhí)行器 智能電氣閥門定位器 集成電路控制
閥門定位器在工業(yè)生產中占有極其重要的地位,它一定程度上它決定了工業(yè)生產過程控制的調節(jié)品質。隨著工業(yè)化水平的不斷提高,閥門定位器也必須不斷發(fā)展以滿足過程控制品質需求。智能電氣閥門定位器的問世,是閥門定位器發(fā)展過程中的巨大進步。智能化的電氣閥門定位器克服了傳統(tǒng)閥門定位器種種弊端,極大地提高了工作效率。智能電氣閥門定位器在國外研發(fā)與應用水平較高,而我國的智能電氣閥門定位器的研究與應用,越來越不能滿足我國工業(yè)化進程的要求。閥門定位器(又稱：氣動閥門定位器）是調節(jié)閥的主要附件，通常與氣動調節(jié)閥配套使用，它接受調節(jié)器的輸出信號，然后以它的輸出信號去控制氣動調節(jié)閥，當調節(jié)閥動作后，閥桿的位移又通過機械裝置反饋到閥門定位器，閥位狀況通過電信號傳給上位系統(tǒng)。
定位器結構：
閥門定位器按其結構形式和工作原理可以分成氣動閥門定位器、電－氣閥門定位器和智能式閥門定位器。
閥門定位器能夠增大調節(jié)閥的輸出功率，減少調節(jié)信號的傳遞滯后，加快閥桿的移動速度，能夠提高閥門的線性度，克服閥桿的磨擦力并消除不平衡力的影響，從而保證調節(jié)閥的正確定位。
[編輯本段]適配品種
常用執(zhí)行機構分氣動執(zhí)行機構，電動執(zhí)行機構，有直行程、角行程之分。用以自動、手動開閉各類閥門、風板等。
閥門定位器的工作原理
閥門定位器是控制閥的主要附件.它將閥桿位移信號作為輸入的反饋測量信號,以控制器輸
出信號作為設定信號，進行比較，當兩者有偏差時，改變其到執(zhí)行機構的輸出信號，使執(zhí)行機構動作，建立了閥桿位移倍與控制器輸出信號之間的一一對應關系。因此，閥門定位器組成以閥桿位移為測量信號，以控制器輸出為設定信號的反饋控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)的操縱變量是閥門定位器去執(zhí)行機構的輸出信號。
閥門定位器的分類
閥六定位器按輸入信號分為氣動閥門定位器和電氣閥門定位器。氣動閥門定位器的輸入信號是標準氣信號，例如，20~100kPa氣信號，其輸出信號也是標準的氣信號。電氣閥門定位器的輸入信號是標準電流或電壓信號，例如，4~20mA電流信號或1~5V電壓信號等，在電氣閥門定位器內部將電信號轉換為電磁力，然后輸出氣信號到撥動控制閥。
按動作的方向可分為單向閥門定們器和雙向閥門定位器。單向閥門定位器用于活塞式執(zhí)行機構時，閥門定位器只有一個方向起作用，雙向閥門定位器作用在活塞式執(zhí)行機構氣缸的兩側，在兩個方向起作用。
按閥門定位器輸出和輸入信號的增益符號分為正作用閥門定位器和反作用閥門定位器。正作用閥門定位器的輸入信號增加時，輸出信號也增加，因此，增益為正。反作用閥門定位器的輸入信號增加時，輸出信號減小，因此，增益為負。
按閥門定位器輸入信號是模擬信號或數(shù)字信號，可分為普通閥門定位器和現(xiàn)場總線電氣閥門定位器。普通閥門定位器的輸入信號是模擬氣壓或電流、電壓信號，現(xiàn)場總線電氣閥門定位器的輸入信號是現(xiàn)場總線的數(shù)字信號。
按閥門定位器是否帶ＣＰＵ可分為普通電氣閥門定位器和智能電氣閥門定位器。普通電氣閥門定位器沒有ＣＰＵ，因此，不具有智能，不能處理有關的智能運算。智能電氣閥門定位器帶ＣＰＵ，可處理有關智能運算，例如，可進行前向通道的非線性補償?shù)龋F(xiàn)場總線電氣閥門定位器還可帶ＰＩＤ等功能模塊，實現(xiàn)相應的運算。
按反饋信號的檢測方法也可進行分類。
例如，用機械連桿方式檢測閥位信號的閥門定位器：用霍樂效應檢測位移的方法檢測閥桿位移的閥門定位器：用電磁感應方法檢測閥桿位移的閥門定位器等。
1、智能電氣閥門定位器研究與發(fā)展現(xiàn)狀
當前,由于我國工業(yè)化水平正在迅速上升期,我國機械制造業(yè)中對智能化的閥門定位器的應用漸趨頻繁,但仍沒有得到普遍應用。為滿足我國現(xiàn)階段工業(yè)生產水平與技術需要,國內的專家學者,正在積極進行智能電氣閥門定位器的研發(fā)和應用工作。
通常,氣動執(zhí)行裝置由氣動執(zhí)行機構、閥門定位器和調節(jié)閥共同構成。而電氣閥門定位器是整個執(zhí)行裝置核心的控制部件。它通過動力源提供的動力,接收調節(jié)器的訊號,與閥位反饋裝置捕獲的閥位信息進行比較,調節(jié)執(zhí)行裝置的氣壓,通過聯(lián)動裝置調節(jié)生產設備的運行。
而國外研發(fā)的智能型和總線型的電氣閥門定位器,已經集智能化、組態(tài)化和通用性于一體,安裝后能夠自動校準、能進行故障診斷與處理,并能夠實時傳輸技術指標到上位機。國內的閥門定位器大都基于噴嘴擋板工作原理,是前期吸收或模仿國外產品與技術的產物。其特點是通用性差、結構復雜、故障率高、安裝調試困難、性能指標不達標。
基于這種現(xiàn)狀,目前國內多家研究機構都在開發(fā)新一代智能閥門定位器。這種新的智能化閥門定位器是以微處理器為基礎,能夠讀取和分析輸入信號、傳感器位置信號和壓力傳感器的壓力信號,并將這些信息經過邏輯運算,產生指令信號,使執(zhí)行裝置按照指令動作。這種模塊化設計的智能電氣閥門控制器的核心是微處理控制CPU,它能夠完成所有程序的處理運算。輸入信號及位置反饋信息經過微處理控制CPU轉換和處理后,能夠保證信號處理的精度及快速性,并能自動調整參數(shù)的設定過程及自適應程序。模塊化設計的理念能根據(jù)需要擴展,只要插入相應的模塊,即可實現(xiàn)模擬及數(shù)字反饋功能。
2、智能電氣閥門定位器的研發(fā)定位
根據(jù)以上描述,新型的智能電氣閥門定位器主要包括:信號調理部分,閥位反饋裝置,微處理器控制和電氣轉換控制裝置。新型智能電氣閥門定位器研發(fā)應該考慮以下幾個方面技術的創(chuàng)新與開發(fā),首先是二線制智能執(zhí)行器的電源開發(fā),取樣電路的設置,單片機控制系統(tǒng)的研發(fā),電氣轉換控制部件研制和控制系統(tǒng)的軟件環(huán)境開發(fā)等。
因此,新型智能電氣閥門定位器只有從硬件、軟件兩個方面同時進行深入開發(fā)與研究,結合工業(yè)生產實際需求,以及調節(jié)控制技術現(xiàn)狀,有針對性開發(fā)硬件系統(tǒng)和微處理器控制運行的軟件環(huán)境,才能不斷完善智能電氣閥門定位器,加速其在我國工業(yè)生產中的應用和推廣。
3、智能電氣閥門定位器軟硬件研制與開發(fā)
(1)硬件系統(tǒng)設計:硬件系統(tǒng)的開發(fā),主要包括主控板,遠程輸出與報警板,數(shù)字通訊接口板幾個部分,其中主控板包括電源及監(jiān)視管理單元,單片機及外圍電路,閥位控制、閥位測量反饋單元,信號傳輸模塊和控制面板等部分。遠程輸出與報警板系統(tǒng),主要包括實際閥位模擬輸出和干接點報警輸出部分。此部分的主要作用是當系統(tǒng)自身故障或檢測到相關器件發(fā)生故障時,報警輸出部分可以輸出相應的報警信息作為提示,以方便操作者監(jiān)視和處理。數(shù)字通訊接口板功能主要為進行系統(tǒng)數(shù)字信號和協(xié)議信號之間的相互轉換,從而使智能電氣閥門定位器具備無線通信功能,從而實現(xiàn)遠程監(jiān)控的功能。
(2)軟件系統(tǒng)設計:軟件系統(tǒng)主要采用模塊化設計原則,通過對主監(jiān)控模塊、自查自糾模塊、定時校正與處理模塊、人機交互處理模塊、組態(tài)集成模塊、安裝調試模塊、通訊模塊等部分。這些軟體運行模塊監(jiān)視與控制電氣閥門的運行,保證系統(tǒng)運行過程中發(fā)生錯誤及時調整與糾正,并能保證智能化電氣閥門控制器的組態(tài)化應用,通過自動與手段調試模塊和信息收發(fā)模塊,及時與人交互,保證系統(tǒng)的自動、正確運行。通過這些模塊的組合應用,使整個智能電氣閥門更加智能化、自動化,并通過硬件系統(tǒng)實時與控制人員保持信息通暢。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。應用在糧油加工系統(tǒng)中。用于涂料行業(yè)的生產管線生產，及加工。
4、新型智能電氣閥門定位器的應用前景
新型智能電氣閥門定位器更加智能化,并通過信息技術能夠及時與控制者進行信息聯(lián)通,保證系統(tǒng)的有效運行。新型智能電氣閥門定位器的研發(fā)具有廣闊的空間和廣泛的應用前景,其突出優(yōu)勢表現(xiàn)如下:首先,在電氣化自動生產過程中,智能電氣閥門定位器能夠保證生產線保持高精度性運行,提高生產速度和產品質量;其次,新型智能電氣閥門定位器改善了工業(yè)生產的控制系統(tǒng),解放了生產力;后,智能電氣閥門定位器使電氣自動化的生產加工過程和安全,提高了生產的經濟效益和社會效益。
5、結語
智能電氣閥門定位器的研發(fā),是我國工業(yè)化水平不斷提高的需求,研制新型智能電氣閥門定位器能夠普遍提升工業(yè)制造水平和工業(yè)效率,提高了工業(yè)生產水平。隨著自動化、信息化技術的不斷進步,更加精巧的CPU處理器的問世,為智能電氣閥門定位器的研發(fā)帶來了新的契機。我們研究低功耗、長壽命、更加智能化的智能電氣閥門定位器必將帶動工業(yè)和其他相關行業(yè)的快速發(fā)展,為我國的工業(yè)水平提升提供必要的科技支持。
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與本文相關的論文有：西門子電動減壓閥控制原理
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