西门子智能阀门

西门子智能阀门（精选七篇）

西门子智能阀门 篇1

常规定位器由反馈凸轮、连杆、气动功率放大器等部件组成, 是利用力矩平衡原理工作的, 能消除执行机构膜片有效面积和弹簧刚度的影响, 保证阀芯按调节信号定位, 能提高调节机构的动态特性。常规国产定位器是一种纯粹利用机械传动和弹性元件变形来工作的, 是一种比较精密的仪表, 内部喷嘴, 节流孔, 弹性元件较多。长期使用, 由于受压缩空气中水分、油分和固态杂质、腐蚀性气体以及振动、高温下工作环境的影响, 很容易使定位器失效, 无法远控操作调节阀, 影响自动调节的品质。特别是在重要控制系统中, 一旦定位器故障, 阀门操作不动, 是十分危险的, 直接导致控制失灵。因此需要选择一种可靠性高, 安装方便, 能良好适应压缩空气品质的智能定位器来替换现在的部分重要系统的常规定位器。定位器是调节阀的主要配件, 一般随气动执行机构成套供货。在国产气动执行机构上换装智能定位器, 需要改变气源管线, 可靠连接各种配件, 精确调试, 才能确保可靠投运。现以西门子智能定位器为例, 对它的组成、特点、工作原理等方面进行分析。

1 组成

该智能阀门定位器是一种采用高集成度微处理器的数字式现场设备, 在结构和工作原理上与常规定位器有很大的不同。它体积小, 重量轻, 定位器内部能输出位反信号和限位开关信号, 使用该定位器不需要额外增加位反和限位开关, 定位器内部主要由以下部件组成:

1) 电路板组件。是一种带微处理器和输入电路的主板, LCD屏和操作按钮位于该电路板, 电路板安装架留有数个插槽, 按编号分别可以插入具有以下功能的模块: (1) 位置反馈模块 (ly) :能输出4~20 m A位反电流信号; (2) 报警模块:在自动方式时如果执行单元达不到设定位置 (开到位和关到位) 或发生故障时, 输出一个报警信号, 并将故障代码显示在LCD屏上。阀位反馈模块和报警模块以及SIA模块信号之间, 在电气上都是隔离的, 防止相线干扰。

2) 由压电阀组构成的气路控制及放大部分, 能控制进入执行机构的供气量;

3) 限位开关触发器模块 (SIA) , 可发出“开到位和关到位”的限位信号。

2 特点

智能阀门定位器能实现非常高的质量控制, 它有许多常规定位器无法比拟的功能和特点:

1) 通过三个按键和LCD显示可实现简捷的操作和调试;

2) 具有零位和各行程范围内自动调整的功能;

3) 具有自诊断功能, 并将故障代码显示在LCD屏上, 方便检修人员排除故障;

4) 可设置阀门“紧密关闭”功能, 确保对阀座最大的定位压力, 防止阀门关闭不严, 产生漏流;

5) 接受的4~20 m A指令信号, 带HART通讯协议, 能通过通讯器采集和修改定位器参数, 方便检修人员进行更换;

6) 温度和压缩空气压力的变化对定位器的影响可以忽略;

7) 定位器内部的行程检测组件和控制器可以分离安装到定位器罩壳的外部, 在温度过高或振动过强的工作环境, 这一功能非常有用。

3 工作原理

智能阀门定位器的工作原理与传统定位器完全不同。它采用微处理器对给定值和位置反馈作比较, 微处理器检测偏差 (给定值———位置反馈信号) 的大小和方向, 用一个五步开关程序来控制压电阀, 压电阀将控制指令转换为气动位移增量。当控制偏差很大时, 定位器输出一个连续信号;当控制偏差不大时, 定位器输出脉冲连续;当控制器偏差很小时, 则没有控制指令输出。压电阀的主导元件是一个压电开关, 它同主控气路连在一起。压电阀由于质量小, 可以释放很短的控制脉冲, 因而能够达到很高的定位精度。定位器采用适当的安装组件固定到执行机构上, 执行机构上的位移通过安装的组件检测并由一个刚性连接的导电塑料电位器转换, 装在直行程执行机构上的组件检测得到的角度误差被自动地校正。

4 调试

4.1 调试准备

检查定位器与执行机构已准确连接, 并接线正确, 给定位器提供1.4~7 bar的工作气源和18~35 V电压源或4~20 m A电流源。通过三个按键检查执行机构在全部调整范围内能自由移动, 然后移动执行机构使阀杆达到水平位置, 显示屏将显示一个介于P48.0到P52.0之间的值, 这样定位器能测定的位移将更精确, 否则调整定位器连杆。

4.2 自动或手动进行初始化

由于气动执行机构应用广泛, 初始化的过程, 实际是定位器微处理器采集执行机构数据, 从而与该执行机构相匹配的过程。定位器能自动测定执行机构的作用方向, 行程时间, 并配以手动设置其他少量的参数, 多数参数默认即可。

4.3 复制初始化数据, 定位器更换

当某台定位器出现故障, 需要进行更换, 而工艺系统又不允许对定位器进行初始化时, 可以使用这一功能对定位器调试。更换一台没有经过初始化的定位器给正在运行的执行机构时, 用HART通讯器从需要更换的定位器采集数据, 并复制到新定位器, 就能够满足工艺系统的要求。等到工艺系统停运时, 再对该定位器进行初始化, 提高控制精度。

智能阀门定位器在炼钢的应用 篇2

[关键词]气动阀门定位器；氧枪；底吹；过程控制

[中图分类号]TG435+2 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0199-02

一 引言

随着炼钢工艺的发展，工业自动化过程控制尤其重要。炼钢过程控制主要包括汽包三冲量调节过程控制，氧枪冶炼过程氧气、氮气调节过程控制，转炉冶炼过程中底吹过程控制，LE炉冶炼过程吹氩搅拌控制等，这些环节对钢产品质量和生产安全有很大的影响。冶炼周期内包含自动调节控制汽包液位、氧气压力流量控制，钢水在炉内均匀成分时的氩气流量控制；粗钢经过LE炉进行精炼作业时进行钢包氩气搅拌的流量控制。这些控制全部来源于自动化过程控制中主要组成部中的调节阀，而钢产品质量取决于上述工艺过程，故过程控制的质量决定于钢产品质量。

过程控制质量取决于过程控制仪表，包括传感器、控制单元、执行器以及各种辅助装置。执行器由执行机构和调节机构组成，按驱动行式分为液动、电动、气动执行器三种，而气动执行器（又称气动调节阀）以压缩空气为动力能源的一种执行器，它具有结构简单、动作可靠，性能稳定、价格低廉、维修方便等特点，一直都是炼钢工艺中常用的产品。

为了调节阀能够精确调整介质流量，改善调节阀使用精度，执行机构上都安装阀门定位器。阀门定位器是启动调节阀的主要附件，与调节阀配套使用，接受系统给定信号，以阀门定位器的输出信号进行比较来调节阀门开度，通过阀杆反馈信号与调节阀给定信号的偏差进行精确调节阀门开度。

二 传统阀门定位器的基本原理

气动阀门定位器按输入信号类型分为机械力平衡阀门定位器和电气阀门定位器。气动阀门定位器接收控制器输出气压信号，然后产生和控制器输出信号成比例的气压，用以控制薄膜型气动调节阀。改变喷嘴和挡板的距离可以改变喷嘴处压力，通过凸轮反馈的形状确定流量特性。气动阀门定位器工作原理如图2.1所示，当控制器来的信号P1增大时，波纹管1就伸长，并推动挡板13以反馈凸轮5为支点逆时针偏转，于是挡板13就接近喷嘴15，喷嘴反向压力增大，反向压力经过放大器14放大后，输出压力迅速上升，使膜头8压力增大阀杆带动反馈杆9向下移动，和反馈凸轮5绕支点4顺时针偏转使挡板与波纹管1为支点做逆时针偏转，于是挡板13离开喷嘴15，是输出压力下降，此时阀杆向下移动引起负反馈作用，此时一定的压力信号就对应一定的阀位信号。

电气阀门定位器的输入信号为0～20mA或4～20mA信号，输出为气压信号，其工作原理如图2.2所示。它的工作原理是力矩平衡原理，当电流通过力矩马达线圈两端时，它与永久磁钢作用后，对杠杆产生间矩，于是挡板接近喷嘴，经放大器放大后输出压力通入执行机构的气缸，通过反馈凸轮拉伸反馈弹簧，弹簧对主杠杆的反馈力矩与输入电流作用在主杠杆上的力矩平衡时，一定的电流信号对应一定的阀位信号。“

电气阀门定位器在使用过程中因受机械力影响、材质不同、环境不同造成平衡系统经常出现不稳定状态，需要经常进行调整，既增加了维护人员的工作强度，同时也对正常的过程控制产生了影响，对炼钢的生产的安全稳定造成巨大的隐患。

三 智能阀门定位器的基本原理

3.1 智能阀门定位器由微控制器、电气转换单元和阀位传感器组成取代了气动阀门定位器的机械力平衡机构，使其具备当前控制方式，并减少了机械力平衡的调整，简单容易操作，提高了工作性能，工作原理如（图1、2）所示。在调节阀器给定4～20mA信号和阀位反馈实际值进行比较，通过运算，比较偏差大小和方向输出电控信号到电气转换单元，控制输出气压信号调整执行机构气室压力、流量，从而控制调节阀的阀杆和阀芯变化。智能阀门定位器的软件由监控程序和功能模块两部分组成，前者使阀门定位器各硬件电路能正常工作并实现所规定的功能；后者提供了各种功能，供用户组态。各种智能阀门定位器，由于其生产厂家或具体用途和硬件结构不同，所包含的功能模块在内容和数量上有较大差异。

3.2 智能阀门定位器优点：

3.2.1 定位精度和可靠性高

3.2.2 流量特性易于修改

3.2.3 具有诊断和检测功能

3.2.4 零点、量程调整简单

3.3 一般智能阀门定位器可以在组态模式下对如下设置进行组态：

3.3.1 输入电流范围0至20mA或4至20mA；

3.3.2 设定点上升或下降特性；

3.3.3 定位速度限值（给定值斜率）；

3.3.4 分程；可调整起始值和满刻度值；

3.3.5 响应阈值（死区）：自动设定或人工设定；

四 西门子PS2智能阀门定位器Ⅲ

SIPART PS2系列阀门定位器现场监视窗有三个按键和双行LED显示可实现简洁的操作和编程。工作模式分为手动模式、自动模式、组态模式和手动操作模式，如（图3）所示。主要参数参考sIPART PS2系列阀门定位器用户手册。

五 结论

综上所述，针对提钒炼钢一厂内不同重点部位，对直接影响产品质量的重点调节过程需要使用新型智能阀门定位器的执行器，这样可以对提高产品质量和提高控制精度起到至关重要的作用。

参考文献

[1]夏焕斌，张永德，吴国熙；过程控制仪表机装置；兵器出版社；1991，2

[2]陈正刚，樊素芬；智能型阀门定位器在尿素装置中的应用；大氮肥；2005（3）22～25

[3]李勇振；智能液压阀门定位器控制系统研究与设计；武汉理工大学；2007，5

液压阀门的智能控制 篇3

1 驱动智能阀门的装置示意

阀门是通过数字阀来控制1来进行来回摆动的。运用1的来回驱动来带动阀门轴进行来回运动, 使之能精准的分析阀门的位置并进行开合试验。下图1的摆动可以输出力矩和较大的力, 可以达到迅速及稳定的控制, 并可以做到准确控制开合。下图为智能阀门的液压驱动装置图。途中标记的4.5—差压式传感器, 安装在阀门前后的设置, 作用是处理到来的美压信号, 处理完成再传送到单片器的控制器, 与此同时, 下图中的3—角位移的传感器再将信号出送给下图中的10--单片机控制器, 然后只能计算信息, 对阀门管道中流量进行实际计算, 比较这个结果和一开始设定的数据。如果这个结果大于一开始我们设定的数据了, 则要对单叶片进行控制, 进行流量调节。

2 智能控制阀门的硬件

在现代工业自动化的控制中, 工业过程控制的质量很大程度上取决于过程控制仪表性能的高低。气动调节阀是工业过程控制的重要调节机构, 调节型阀门控制器是气动调节阀的核心附件, 它能够显著改善阀门的动态特性, 提高阀门的响应速度、定位精度以及控制灵活性。液压阀门的只能控制实在现有机械结构上改动最小的原则, 利用传感器和电子电路替换传统的机械控制结构。并且开发了集执行机构、驱动单元、调节控制单元、现场显示仪表等为一体的机电自动化只能电动执行器。实现并设计智能阀门控制器, 对提高国内阀门控制的自动化水平和智能阀门电动装置生产水平, 参与国际竞争具有重要的现实意义。下图是阀门控制的原理结构图。

3 软件部分设计

3.1 液压阀门控制系统的软件设计

图3为单片机的控制流程图, 在系统工作时, 通过传感器得到系统工作参数, 经过单片机处理后并与设定数据进行比较判断。当传感器检测到的值在可调范围内, 则再次进行判断;当检测值小于设定参考值时, 通过单片机设定程序计算, 使单片式摆动缸正转增大。图3单片机控制流程图开口面积来控制流量, 使其在设定的范围内;当检测到的值大于设定值时, 通过单片机设定程序计算使单片式摆动缸反传减小开口面积来控制流量, 使其在设定的范围内。

3.2 系统的故障报警

当差压传感器检测到的信号远远大于单片机控制器可调范围时, 调出报警子程序报警。报警以发出声音和 (LCD) 屏幕报警为报警信号, 显示"输入信号故障"。此时单片机控制器运行中断子程序。单片机控制器发出脉冲信号, 通过数字阀控制单叶片摆动缸使液压阀门全部打开, 这时可以用角位移传感器反馈信号给单片机控制器, 判断是否使控制阀门全部打开。当液压阀门全部打开后, 单片机控制器发出脉冲信号使油泵和电动机停止工作。同时单片机也可通过差压式传感器随时检测管道中的压力变化。并把检测到的信息反馈回单片机控制器, 使系统处于安全的运行状态。以方便操作者监视和处理。

4 系统抗干扰设计

通过上述分析可以说调节型阀门电动装置今后几年在国内将进入发展成熟阶段, 而且随着工业自动化的进步、控制技术发展及受数字技术和微处理技术的影响, 人们对工业过程控制的终端一执行器提出了新的要求, 以及调节型阀门电动装置与传统的普通阀门电动装置相比的突出优势, 可以推测在未来几年时间调节型阀门电动装置将会在很大层面上取代普通液压阀门电动装置。因此, 进行调节型阀门电动装置控制器的研究开发, 提升国内产品的技术水平, 以参与国际竞争势在必行。

结语

这个液压阀门的智能控制可以控制一定的流量在一定的场合下, 实现快送高效控制, 也可以根据不同的场合进行不同的流量设定与设计。系统也首次采用了差压式传感器和角位移传感器同时把信号输送给单片机控制器, 能快速达到控制要求。这样不仅可以保证系统的反应速度快, 更能使整个控制系统更加稳定。系统只考虑用管道中的压力来控制流量, 还可以在改变传感器的情况下, 通过测试流量和开口面积来控制压力。

参考文献

[1]沈雪松, 吴荣珍, 熊瑞平.液压驱动阀门的控制设计与探究[J].中国测试技术, 2005, 31 (2) :18-20.

[2]邹广平, 王国峰, 唱忠良, 等.利用LAB-VIEW实现机械式万能试验机的智能化[J].中国测试技术, 2006, 32 (6) :23-25。

[3]朱荔, 吴宁胜.基于MCS-51单片机的智能电动阀门控制器[J].科技资讯, 2007 (27) .

智能阀门定位器控制算法的改进 篇4

我国在智能阀门定位器的研究过程中,取得了一些成果[3,4]。控制算法是智能阀门定位系统的核心,算法的优劣将直接影响阀的定位精度和定位速度[5]。在国内的很多阀门定位器产品中,控制算法采用五步开关控制算法。笔者针对阀门定位器五步开关控制算法的研究和改进,旨在实现更好的控制效果。

1 智能阀门定位器控制系统

1.1智能阀门定位器工作原理

定位器的工作原理如图1所示。定位器接收4～20mA的标准电流信号,转换为阀位设定值,执行机构的直线或转角实际位移通过连接装置转换为角度位移,并由位置传感器测得,反馈至微处理器,微处理器将实际阀位反馈值和设定值进行比较,检测到偏差后,根据偏差大小和方向输出脉宽调制指令到压电阀,压电阀按控制指令调节膜头进气量和排气量[6]。

1.2 压电阀工作原理

压电阀是控制主板的直接控制对象,其性能参数如下[7,8]:

工作电压 24VDC

工作电流 小于10μA

维持电流 0μA

响应时间 小于20ms

电容 小于100nF

工作气压 12～800kPa

流量 130L/min

工作温度 -30～+60℃

压电阀模块采用两个开关式压电阀(PV1和PV2)和两个单向阀构成控制气路。主控制器通过控制算法,输出PWM控制压电阀的动作,从而实现调节阀的进气、排气与保持状态。进气、排气与保持状态对应压电阀的状态见表1。

2 控制算法

2.1 五步开关控制算法

五步开关控制算法[9,10],即Bang-Bang控制和正向PWM相切换的方法,根据阀位设定信号与阀位反馈信号之间的偏差大小,采用相应的PWM信号控制压电阀,从而实现排气、进气和保持状态。当阀位偏差较大时,压电阀全开,调节阀全速进气,阀位迅速到达设定位置,实现粗调;当阀位接近设定位置时,在一定范围内按设定的周期和占空比,输出PWM控制信号,进行微调;为避免调节阀在设定位置附近频繁的振荡,设定死区范围ε,当偏差位于死区范围内时,关闭压电阀,使阀位保持当前位置。

PWM控制信号和阀位偏差之间的关系为:

五步开关控制算法流程如图2所示。

2.2 改进的五步开关控制算法

理想情况下,开关阀的等效开口截面积与占空比之间的关系是线性的,但由于压电阀的滞后性和阀芯惯性,高电平持续40ms以上才能保证阀芯开启,低电平持续10ms以上才能保证阀芯关闭。占空比修正公式为:

式中 da——修正输出占空比;

ds ——期望输出占空比;

dmin ——压电阀动作的最小占空比;

dmax ——压电阀动作最大占空比。

根据气动薄膜调节阀调节效果的特点,高阀位时,气室和气源压差变小,相对于低阀位而言,在相同的充气脉冲时间内充入的气体更少。为改善高阀位时响应速度,使PWM的占空比随阀位的升高而加大。在五步开关算法占空比的基础上,添加随阀位反馈线性变化的占空比,改进后的五步开关算法占空比的计算公式为:

d*=da+KdPV (3)

3 实验效果对比

国内乐清市自动化仪表九厂生产的智能阀门定位器SEPP4000采用五步开关控制算法,当设定值由10%变化至90%时,阀位反馈电位器输出对应的电压范围是788～632mV;当设定值由90%变化至10%时,阀位反馈电位器输出对应的电压范围是632～784mV。

进行空载下闭环控制试验[11],将改进后的五步开关控制算法的控制效果与标准五步开关控制算法的控制效果进行对比。阀位反馈信号响应曲线如图3～6所示。

调整时间与超调量的比较见表2。

通过比较发现,改进后的五步开关控制算法调整时间更短,在高阀位时表现更为明显。

4 结束语

根据气动薄膜调节阀的特点,低阀位时,气室进气少,气压小,由于气体的可压缩性,调整时间短但更容易出现超调现象;高阀位时,调整时间长,气室进气多,气压相对稳定。笔者通过五步开关控制算法的改进,经过实验效果对比,有效缩短了调整时间,减小了超调量,控制效果更理想。对PWM占空比的修正,是解决气动薄膜调节阀高低阀位控制效果缺点的有效方法,可作为智能阀门定位器控制算法研究之借鉴。

参考文献

[1]李颀,栾翔鹤.智能阀门定位器的研究与开发[J].化工自动化及仪表,2010,37(4):64～66.

[2]钟盛辉.关于HVP系列智能阀门定位器的研发[J].自动化仪表,2007,28(S1):126～127.

[3]储昭碧,冯小英.基于DeviceNet的气动阀门定位器设计[J].化工自动化及仪表,2008,35(2):42～44.

[4]刘虹.汽包液位三冲量调节系统DCS组态结构改进方案[J].化工自动化及仪表,2009,36(5):105～107.

[5]冀青,杨彬.一种智能阀门定位器简易控制方法[P].中国:201010592874.2,2011.

[6]王洪庆.基于微控制器的智能阀门定位器控制系统的设计[J].仪表技术与传感器,2010,(10):92～94.

[7]李宝华.智能阀门定位器气动部件[J].自动化博览,2010,27(9):98～100.

[8]余少华.比例式压电陶瓷阀在智能阀门定位器中的应用[J].宁夏机械,2009,(4):18～19.

[9]王沁.压电式阀门定位器参数寻优自整定方法[J].电子测量与仪器学报,2011,25(7):612～618.

[10]傅樟木.基于高速开关阀的气动执行器位置伺服控制研究[J].科技资讯,2010,(14):134～135.

智能型阀门电动装置寿命试验系统 篇5

关键词：电动装置,寿命试验,工控机,PLC,MCGS组态,液压加载

阀门电动装置是对各类阀门进行安全启闭和智能调节, 可现场和远距离控制的一种机电一体化设备。阀门电动装置寿命试验是电动装置模拟阀门启闭转矩的变化进行10000次开关循环操作, 从而测试阀门电动装置的整机运行效率和最大控制转矩的变化, 以及位置控制的精度, 是阀门电动装置型式试验中一个重要试验项目。目前国内阀门电动装置寿命试验台, 特别是满足智能型阀门电动装置寿命试验方面存在着很多不足, 如控制技术落后, 系统框架不完整, 测试扭矩不直观, 无数据记录和输出功能等。基于以上问题, 本文提出了智能型阀门电动装置寿命试验系统。

1、系统总体设计

智能型阀门电动装置寿命试验系统以工控机和PLC为检测控制核心、由电气控制系统、液压控制系统、循环水冷却系统、力矩传感器、数据采集硬件和软件、数值运算处理软件、图形显示与操作软件、试验报告生成、图表与测量结果存储软件等组成。系统的液压控制模拟阀门启闭转矩, 采用力矩传感器和检测仪表采样数据, 通过PLC和组态软件处理和显示数据。图1为试验系统构成框图, 图2为试验系统外形。

2、试验系统的加载及冷却

寿命试验是电动装置模拟阀门启闭转矩的变化进行开关循环操作, 因此, 寿命试验台用液压控制系统来模拟阀门启闭转矩的变化, 其有液压加载装置、液压控制系统和循环冷却系统组成。

(1) 液压加载装置。液压加载装置由油缸、动态扭矩传感器、限位开关和连接部分组成。工作原理为:油缸提供阀门电动装置的开关动作负载;动态旋转扭矩传感器, 对电动装置输出扭矩进行实时直接测量, 给电气控制系统提供最准确的转矩数据, 供PLC的运算控制;通过限位开关对油缸超行程提供保护。

液压油缸最大工作压力为10MPa;最大推力123150Kg, 最大拉力82930Kg;油缸行程为160mm;液压加载装置提供负载扭矩范围为200-1200Nm。

(2) 液压控制站。液压控制站由油泵、比例溢流阀、传感器等组成。主要作用为:提供对油缸的输入输出端的高低压转换, 通过比例溢流阀来调整背压压力, 实现对背压高压的比例调节, 监控高压端压力, 结合旋转扭矩传感器来形成对阀门电动装置输出扭矩的闭环控制, 提高扭矩的精度和稳定性, 完成液压站的保护等。

(3) 循环水冷却系统。阀门电动装置配用阀门电机通常为S2短时工作制。在整个寿命试验过程中, 电动装置动作频繁且承受较大负载, 阀门电机温升很高。结果将导致电机热保护动作或者烧毁, 从而中断寿命试验过程。循环水冷却系统可有效降低阀门电机温升, 保证试验正常进行。

循环冷却系统由电机、喷淋装置和蓄水池组成。主要作用是对被试电动装置的阀门电动机进行喷淋冷却, 保证整个寿命试验顺利完成。蓄水池的容积为35升, 保证整个循环冷却系统用水的同时也能有足够的冷却条件。电气控制为独立控制回路, 启动由PLC控制, 安装方便。配有软性钢制喷头, 调节喷淋位置可适合各种型号规格的阀门电动装置。

3、试验系统电气控制

试验台电气控制由触摸式工控机、PLC可编程序控制器、传感器和二次仪表等组成。电气自控部分安装于操作台内, 操作台面板和内部结构合理, 方便操作和维护。操作台具有手动调试和自动运行功能。图3为电气控制原理。

利用触摸式工控机作为人机界面显示试验数据和输入操作指令, 同时也用作试验数据存储及文档输出端。工控机与三菱FX1N-24MR小型PLC之间采用串口连接, 传递操作指令和数据。

工控机采用15寸工业液晶显示器作为显示界面。操作界面采用MCGS (Monitor and Control Generated System, 监视与控制通用系统) 组态软件编制, MCGS可用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统, 主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制, 可运行于Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。通过组态软件实时修改和监控控制参数, 并记录和输出。操作界面简洁直观, 可实时显示各测试量和一些重要的数据的测试参数 (如力矩) , 可显示各测试量的历史数据。

工控机具有USB打印接口, 可人工或自动定时保存和打印测试结果、实验数据, 可连接打印机打印生成标准格式的实验报告, 也可通过USB接口将测试报告输出, 输出格式为xls。

4、试验系统功能及操作界面

阀门电动装置一开一关为一次运转周期。寿命试验系统每运转一次的时间为40s。即开10s, 停10s, 关10s, 停10s。操作时间特性如图4所示。

智能型阀门电动装置寿命试验系统特点如下:

(1) 执行标准严:试验台可以完全按照《JB/T8862-2000阀门电动装置寿命试验规程》规定的相关寿命试验要求, 对阀门电动装置进行寿命试验, 试验次数可以万次以上。 (2) 适用型号多:满足对普通型、一体型、智能型进行检测, 适用范围广泛。 (3) 调节范围宽:可以在200-1200Nm范围内的阀门电动装置进行寿命试验, 并且测试时间和加载倍数及时间可进行调节, 可以按照要求储存和修正运行参数。 (4) 采集数据方便:对试验数据进行定时采集分析, 实时显示和记录运行参数。 (5) 保护措施严格:对试验阀门电动装置进行冷却, 并且采用定时和超行程, 突发事件进行保护, 可靠性很高。

5、结语

在这试验平台上已对三个系列五个规格产品进行了寿命试验, 历时近半年多时间, 实际使用效果比较好。试验人员反映操作简单, 设置界面友好, 整个试验过程可无人值守, 试验结束后可获得与试验规程较吻合的加载曲线。阀门电动装置本体故障后能很好保护试验系统, 中断试验并记录故障和时间。

智能型阀门电动装置寿命试验系统研制成功, 意味着阀门电动装置行业对产品使用寿命的验证能力有了提高, 这个系统可以在行业内得到广泛应用。

参考文献

[1]王兴, 蒋庆华.电动执行器.北京:机械工业出版社, 1982.

[2]McgsTpc系列教程.北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.2010.

关于智能电气阀门定位器的应用探讨 篇6

智能电器阀门定位器是阀门定位器发展史上的一个里程碑, 它克服了传统阀门定位器耗能大、速度慢的缺陷, 大大地提高了工业生产的工作效率。智能电气阀门定位器耗能低、功率大, 在国外已较为普遍的研发应用, 其技术也在应用的基础上不断进行革新升级。我国智能电气阀门定位器的研发和应用起步较晚, 目前, 应用较普遍的仍是20世纪80年代传统的电气阀门定位器, 其已越来越不能满足我国工业化进程的要求。为了进一步完善工业机械控制系统, 做好智能电气阀门定位器的研制工作迫在眉睫。

1 智能电气阀门定位器的发展及其在我国的应用

气动阀门定位器在不同阶段有着不同的技术特点, 初期的气动阀门定位器是利用力的平衡原理, 这种定位器工作时易磨损、速度较慢、精度较低, 在安装过程中需要经历一个复杂而冗长的过程, 不能保证达到预期的控制效果。而且这种阀门定位器缺乏灵活性, 不能根据各程序的需要进行灵活的调节, 给相关工作带来了极大的不便。随着时代的发展, 新型的阀门定位器应运而生, 在技术上逐渐替代了传统阀门定位器, 使其性能得到极大的提高。目前, 我国机械制造业中对阀门定位器的应用还处于转型阶段, 智能电气阀门定位器并没有得到普及, 传统结构的电气阀门定位器依然占有较大比例。为了满足现阶段我国大规模工业化需求, 我国正积极进行智能电气阀门定位器的研发和应用推广工作, 这对提高我国工业机械的综合生产能力有很大的帮助。从某种意义上讲, 智能电气阀门定位器代表了工业发展的新方向, 我国必须跟上这一发展主流。

2 智能电气阀门定位器的研制方向

智能电气阀门定位器的研发主要从以下几个方面入手:

(1) 二线制智能执行器的电源设置;

(2) 取样电路的设置;

(3) 构建基于MSP430单片机的控制系统;

(4) 电气转换控制部分;

(5) 阀位反馈单元。

我们只有从以上几方面入手进行深入研究, 结合工业生产对调节控制技术提出要求, 并在实际机械控制作业中对智能电气阀门定位器技术进行有针对性的研发, 才能不断完善, 加速其应用和普及速度。

3 智能电气阀门定位器的相关技术

智能电气阀门定位器的技术难点主要包括:超功耗电源电路的设计、超低功耗MSP430单片机系统的设计以及取样电路的设计3大部分。电源电路是控制电路设计中不可忽视的环节之一, 电源电路设计的合理与否直接影响整个控制系统的耗电量及运行效率。在设计单片机系统时, 首先要根据单片机的特性, 合理优化整个系统, 将多个环节衔接起来, 从整体考虑如何优化设计, 结合整个软件系统将设计进行到底。新型的阀门定位器之所以优越于传统的气动阀门定位器, 耗能小是最主要的优点。因此在取样电路的设计中也要充分考虑能耗的大小, 应用单电源以减少耗能。尤其是在取样电路的设计过程中, 低端电流检测极易引入外来的电阻, 对控制系统具有较大的破坏性, 如何解决这一问题具有较高的技术难度, 需要技术人员投入一定的精力进行攻关。

4 智能电气阀门定位器的应用优势

智能电气阀门定位器随着时代的发展应运而生, 它具有广阔的发展空间和应用前景, 主要表现在以下几个方面:

(1) 在石化原料生产的过程中, 智能电气阀门定位器的高精度性可以提高其生产的质量和速度。

(2) 可使用智能电气阀门定位器改善总体的生产及加工系统, 进而改善控制系统, 克服落后技术造成的负面影响。

(3) 在其他的工业领域, 例如石油、冶金、化工方面都可以充分发挥其作用, 使其更好地服务于社会。

(4) 智能电气阀门定位器使生产加工的过程变得更加简洁、高效率, 在生产加工过程中提高了安全性, 也取得了更大的经济效益。

5 智能定位器的调试

智能电气阀门定位器在控制过程中利用智能阀门的特性可以实现高效率的调节, 从而确保和增加生产及加工的精确性和稳定性, 实现机械设备更好的运转。调节阀是控制体系中的终端, 其一旦发生故障, 将对整个装置的安全性能产生巨大影响, 影响设备的稳定运行。而运用智能阀门定位器就可以方便、快捷地改善调节阀的整体性能和流量特性, 并通过和DCS系统以及总线设备进行实时数字信息的传递或通讯, 以保障装置的稳定性和安全性, 确保生产的顺利进行。下面以智能电气阀门定位器在气动执行器中的应用为例进行简要说明。

5.1 调试准备

检查定位器与执行器是否准确连接, 并接线正确, 定位器是否提供1.4×105～7×105 Pa的工作气源和18～35 V电压源或4～20 m A电流源。在操作过程中, 通过3个按键检查执行器在全部调整范围内是否可以自由移动, 然后移动执行器使杆达到水平位置, 这时显示屏将显示一个48%～52%之间的值, 这样定位器就能够较为准确地测定杆的位移, 进而调整定位器连杆。

5.2 自动或手动进行初始化

气动执行器, 其初始化的过程实际上是定位器微处理器采集执行器数据的过程, 从理论上讲, 是定位器与执行器相匹配的过程。在数据采集过程中, 定位器能自动测定和设置执行器的作用方向、行程时间以及大多数的执行参数, 少数参数需要技术人员根据实际需要进行手动设置。

5.3 复制初始化数据, 定位器更换

当某台定位器出现故障, 需要更换, 而工艺系统又不允许对定位器进行初始化时, 可以使用这一功能对定位器进行调试。采用一台未经初始化的定位器与当前执行器进行连接, 用HART通信器从需要更换的定位器中采集数据, 并复制到新定位器上, 待工艺系统停运时, 再对该定位器进行初始化, 这样数据没有丢失, 工艺系统可以正常运行。

5.4 定位器的综合适应能力

如何保证智能电气阀门定位器在极端高温或低温环境以及震动强烈的管道或强辐射、强磁的环境中能够正常工作, 是智能电气阀门定位器未来的发展方向。针对这方面的问题, 国内研究人员开发了将阀位传感器与智能定位器进行分离式安装的技术, 在一定程度上起到了稳定智能电气阀门定位器工作状态的作用。但在目前的技术水平下, 虽然可以保证极端环境下智能电气阀门定位器的正常工作, 但也大大降低了智能阀门的使用寿命。这种技术并不能从根本上解决智能电气阀门定位器在恶劣作业环境中的高损耗问题。因此, 作为衡量智能电气阀门定位器性能的重要指标, 提高智能电气阀门定位器对极端环境的适应能力至关重要。

6 结语

智能电气阀门定位器的出现具有划时代的意义, 其应用普遍提升了工业制造业的生产及加工效率, 提高了生产力水平, 促进了生产关系的协调发展。随着社会经济的飞速发展, 科技的不断进步, 包括CPU在内的新型器件的不断更新和应用, 推动了智能电器阀门定位器的性能的提升, 其精度和应用范围也不断扩大, 前景广阔。针对我国工业生产的现实要求, 在实际应用中还应选择控制效果更好, 能够充分匹配调节回路, 能够适应特殊环境要求且使用寿命较长的智能电气阀门定位器。这样, 才能在实际应用中使其性能得到充分的发挥, 进而带动工业和其他相关行业的发展。

摘要：智能电气阀门定位器是智能气动执行器的核心控制部件, 其采用了先进的集成电路控制技术, 配合气动执行器中其他设备实现对工业机械的全方位控制, 提高实际生产效率;同时其克服了传统阀门定位器的缺陷, 提高了调节阀门控制的速度和精确度, 使阀门的控制更加精确和完善。现从电气阀门定位器的发展历史出发, 探讨智能电气阀门定位器的研制及实际应用。

关键词：智能,电气阀门定位器,控制,研制

参考文献

[1]蔡新.气动阀门定位器节能技术开发应用[J].上海节能, 2010 (1)

[2]曹长刚, 张卫华, 杨彦召, 等.智能总线气动阀门定位器控制系统研究[J].铜业工程, 2009 (1)

[3]潘蕊.浅析智能阀门定位器在化工装置的应用[J].山西建筑, 2010 (34)

压电技术在智能阀门定位器的应用 篇7

压电元件是基于压电效应工作的, 具有压电效应的物体称为压电材料。某些物质在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生改变时, 其表面会产生电荷, 若将外力去掉, 它们又会重新回到不带电的状态, 这种现象称之为正压电效应。在压电材料的两个电极表面上, 如果加以交流电压, 那么压电片能产生机械振动, 即压电片在电极的方向上有伸缩的现象, 压电材料的这种现象称为电致伸缩效应, 也叫逆压电效应, 二者通称为压电效应。1880年, 居里兄弟发现了电气石的压电效应, 从此开始了压电学的研究。常见的材料有石英, 钛酸钡, 锆钛酸铅等。

在智能阀门定位器的压电元件就是利用逆压电效应, 制成的气动换向阀。它的工作原理如下图所示。

1、进气口2、输出口3、排气口

1、进气口2、输出口3、排气口

在图1、2中, 中间弯曲的部分为压电材料组成的压电片, 在电场作用下会产生形变, 实现气动阀门的关闭。当没有外加电场的情况下, 如图1所示, 进气口1关闭, 切断进气, 2和3相通, 输出气口2经排气口3通大气;当外加控制电场时, 如图2所示, 压电片产生变形上翘, 上翘的压电片关闭排气口3, 进气口1和输出口2相通, 相当于一个2位3通换向阀, 去控制气动阀的关闭。压电材料还有一个特点, 压电材料的变形量正比于施加在其上的电场强度, 利用这一特点可以制成比例调压阀。施加不同的控制电压到压电片上, 压电片产生不同的弯曲变形量, 这样就在进气口1、输出口2、排气口3之间形成不同比例的气流通道, 使输出气口2得到不同的气体压力, 从而去连续控制气动阀门的开度。

二、智能阀门定位器工作原理

智能阀门定位器内设微处理器, 根据输入信号和位置反馈信号的偏差, 经过PID运算, 输出数字信号作用在压电阀上, 控制气动信号, 去推动执行机构, 改变阀门的开度, 实现过程控制。调节控制信号和从反馈电位器来的位置反馈信号在微处理器经过PID运算后, 转换成数字信号, 去控制压电阀。

压电阀是智能阀门定位器气电转换的关键部件, 它的动作灵敏度决定着阀门动作的精确度。用压电阀实现阀门定位器的气电转换与用传统电磁铁转换相比, 有许多优点, 如体积小, 响应速度快, 没有电磁干扰, 形变过程中不产生机械摩擦, 功耗低, 寿命长等。正是由于它的优越性, 现在压电技术已广泛应用在控制领域。

三、智能阀门定位器特点

智能阀门定位器采用了微处理器技术, 具有丰富的软件功能;能够实现自动调整零点和量程, 实现准确定位;通过内部设置, 改变执行机构的流量特性 (线性, 等百分比, 快开等之间转换) 。智能阀门定位器是一个闭环控制系统, 改变内部PID参数, 可以改变输出特性, 从而更好的满足工艺生产需要。

智能阀门定位器具有高级自诊断功能。不仅可以对定位器本身进行故障的诊断, 还可以对调节阀和执行机构进行诊断, 如阀门填料的磨损情况, 阀门定位的时间长短, 是否震荡, 阀门的极限位是否到位等。

智能阀门定位器具有现场通讯功能和显示功能, 便于调试和维修。对于一些危险的场所, 还可以通过通讯器或软件在控制室实现远程调节, 使操作更安全简便。

虽然智能阀门定位器有无可比拟的优越性, 但在使用中要精心维护。首先要保证它的密封性不要破坏, 注意防水, 防雾, 一些品牌内部置有干燥空气的吹除装置, 在多雾的环境要启用。还有智能阀门定位器的输入阻抗较高, 在选用上级调节器或DCS卡件时要注意它们的带负载能力。

四、总结

智能阀门定位器采用了微处理器技术, 新型的压电技术, 是传统的阀门阀门定位器所无法比拟的。因此, 使用越来越广泛, 品牌也越来越多样化。但是市场上一些品牌质量还不太过关, 如漂移较大, 需经常整定, 反馈电位器寿命短等, 这些又会给使用者带来很多不利, 在选用时要注意。

摘要：介绍了压电元件的工作原理及其在智能阀门定位器作用, 阐述了智能阀门定位器的工作原理和特点以及使用注意的事项