高等職業(yè)教育數(shù)字化學(xué)習(xí)中心連鑄自動(dòng)化崗位培訓(xùn)智能閥門(mén)定位器智能閥門(mén)定位器概述智能閥門(mén)定位器與前述的電氣閥門(mén)定位器在控制系統(tǒng)中的作用是相同的，它可與調(diào)節(jié)閥和氣動(dòng)執(zhí)行器（直行程、角行程）配套使用，是對(duì)閥門(mén)起定位控制作用的數(shù)字型重要儀表。智能閥門(mén)定位器具備傳統(tǒng)閥門(mén)定位器的基本功能，又具有數(shù)字儀表的通信、運(yùn)算、控制、報(bào)警等功能。相比之下有如下特點(diǎn)：①定位精度高，可達(dá)±0.2%。控制系統(tǒng)穩(wěn)定性能好，基本取消了死區(qū)。②通過(guò)非線性補(bǔ)償環(huán)節(jié)，改變了被控變量的流量特性。③具有自動(dòng)調(diào)零和調(diào)量程、智能診斷、報(bào)警顯示等功能。④安裝和調(diào)試成本較低，系統(tǒng)維護(hù)方便。智能閥門(mén)定位器概述⑤閥位檢測(cè)采用霍爾應(yīng)變式、電感式和非接觸式傳感器，提高了控制回路的性能。⑥可接收模擬、數(shù)字混合信號(hào)或全數(shù)字信號(hào)（符合現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議）：4～20mADC/HART、FF、PROFIBUS等。⑦通過(guò)手持終端或其他組態(tài)工具能對(duì)智能閥門(mén)定位器進(jìn)行就地或遠(yuǎn)程組態(tài)。⑧品種齊全，安全防爆，應(yīng)用廣泛。智能閥門(mén)定位器越來(lái)越多地應(yīng)用于過(guò)程控制系統(tǒng)中，各生產(chǎn)廠家也不斷推出新產(chǎn)品，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，本章將介紹的是Siemens公司生產(chǎn)的SIPARTPS2智能閥門(mén)定位器。傳統(tǒng)電氣閥門(mén)定位器的工作原理反饋桿反饋閥門(mén)的開(kāi)度位置發(fā)生變化，當(dāng)輸入信號(hào)產(chǎn)生的電磁力矩與定位器的反饋系統(tǒng)產(chǎn)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(shí)輸入信號(hào)與閥位成對(duì)應(yīng)比例關(guān)系。當(dāng)輸入信號(hào)變化或介質(zhì)流體作用力等發(fā)生變化時(shí)，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(chǎn)生的作用力就處于不平衡狀態(tài)，由于噴嘴和擋板作用，使定位器氣源輸出壓力發(fā)生變化，執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室壓力的變化推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，使閥桿定位到新位置，重新與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)，達(dá)到新的平衡狀態(tài)。在使用中改變定位器的反饋桿的結(jié)構(gòu)(如凸輪曲線)，可以改變調(diào)節(jié)閥的正、反作用，流量特性等，實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)節(jié)閥性能的提升。智能電氣閥門(mén)定位器與傳統(tǒng)定位器的對(duì)比智能電氣閥門(mén)定位器工作原理智能電氣閥門(mén)定位器與傳統(tǒng)定位器從控制規(guī)律上基本相同，都是將輸入信號(hào)與位置反饋進(jìn)行比較后對(duì)輸出壓力信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。智能定位器由閥桿位置傳感器拾取閥門(mén)的實(shí)際開(kāi)度信號(hào)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字編碼信號(hào)，與定位器的輸入(設(shè)定)信號(hào)的數(shù)字編碼在CPU中進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算二者偏差值。如偏差值超出定位精度，則CPU輸出指令使相應(yīng)的開(kāi)/關(guān)壓電閥動(dòng)作，即:當(dāng)設(shè)定信號(hào)大于閥位反饋時(shí)，升壓壓電閥V一l打開(kāi)，輸出氣源壓力P1增大，執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室壓力增加使閥門(mén)開(kāi)度增加，減小二者偏差;如設(shè)定信號(hào)小于閥位反饋則排氣壓電閥V-2打開(kāi)，通過(guò)消音器排氣減小輸出氣源壓力P1，執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室壓力減小使閥門(mén)開(kāi)度減小，二者偏差減小。正是通過(guò)CPU控制壓電閥來(lái)調(diào)節(jié)輸出氣源壓力的大小使輸入信號(hào)與閥位達(dá)到新的平衡。智能電氣閥門(mén)定位器與傳統(tǒng)定位器的對(duì)比傳統(tǒng)的電/氣閥門(mén)定位器智能閥門(mén)定位器一、結(jié)構(gòu)SIPARTPS2智能閥門(mén)定位器是一種采用高集成度帶微處理器的數(shù)字式現(xiàn)場(chǎng)儀表，有單作用和雙作用之分，其外形結(jié)構(gòu)如圖所示。其中圖(a)為塑鋁外殼定位器，圖(b)為用于非危險(xiǎn)區(qū)或危險(xiǎn)區(qū)域的本安型(EExia/ib)或隔爆型(EExd)外殼定位器，圖(c)為用于特殊腐蝕性環(huán)境不銹鋼外殼定位器。圖a鋁塑外殼圖b隔爆外殼圖c不銹鋼外殼SIPARTPS2智能閥門(mén)定位器（一）特點(diǎn)

SIPARTPS2智能閥門(mén)定位器可用于直行程或角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程范圍是3～130mm，反饋杠桿的轉(zhuǎn)角為16°～19°，角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)的角度為30°～100°。

SIPARTPS2智能閥門(mén)定位器驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行機(jī)構(gòu)使閥門(mén)到達(dá)與給定值相對(duì)應(yīng)的位置。附加功能的輸入可用于鎖定閥位或驅(qū)動(dòng)閥門(mén)達(dá)到安全位置，為此，在基型產(chǎn)品中都有一個(gè)用于這個(gè)目的的二進(jìn)制輸入接口。SIPARTPS2智能閥門(mén)定位器SIPARTPS2智能閥門(mén)定位器與傳統(tǒng)的電氣閥門(mén)定位器相比，有許多獨(dú)特而實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)：①直行程和角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用同一型號(hào)的定位器。②三個(gè)操作按鍵和雙行LCD顯示器可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)潔的操作和編程。③具有零位和行程范圍自動(dòng)調(diào)整功能。④手動(dòng)操作時(shí)無(wú)須另外的設(shè)備和電源。⑤具有自診斷能力。SIPARTPS2智能閥門(mén)定位器⑥設(shè)定值和控制變量的極限值可進(jìn)行選擇。⑦可編程設(shè)置閥門(mén)“緊密關(guān)閉”功能。⑧因?yàn)樾谐虣z測(cè)組件采用非接觸式閥位傳感器，可使定位器和執(zhí)行器分離安裝，使控制系統(tǒng)更加安全可靠。⑨安裝簡(jiǎn)易，高度自動(dòng)化調(diào)試，運(yùn)行可靠。SIPARTPS2智能閥門(mén)定位器（二）部件組成它主要由以下部件組成:①殼體和蓋。②PCB印刷電路板組件。具有相應(yīng)帶或不帶HART通信的電子部件，或者符合LEC1158-2技術(shù)規(guī)范PROFIBUS-PA通信的總線供電功能電子部件。③執(zhí)行機(jī)構(gòu)行程檢測(cè)組件（閥位反饋系統(tǒng)）。④螺紋接線端子盒。⑤由壓電閥組構(gòu)成的氣路控制及放大部分。壓電閥組安裝在殼體內(nèi)部，進(jìn)氣和輸出壓力的氣動(dòng)接口位于定位器的右側(cè)?？煞譃閴毫Ρ砗碗姶砰y。位于殼體內(nèi)部設(shè)有多個(gè)安裝電路板的插槽，可按編號(hào)分別插入具有以下功能模塊：ly模塊(二線制4-20mA位置反饋信號(hào)模塊)，報(bào)警模塊（3個(gè)輸出、1個(gè)輸入）。SIPARTPS2智能閥門(mén)定位器二、工作原理SIPARTPS2智能閥門(mén)定位器的結(jié)構(gòu)原理如后頁(yè)圖所示。（一）組成SIPARTPS2智能閥門(mén)定位器由電路主板、控制面板、壓電閥單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及一系列功能模塊組成。電路主板上帶有相應(yīng)的符合HART協(xié)議、PROFIBUS-PA或者FF總線協(xié)議的數(shù)字通信部件。報(bào)警模塊有3個(gè)報(bào)警輸出，其中2個(gè)作為行程或者轉(zhuǎn)角的限位信號(hào)，可單獨(dú)設(shè)置為最大或最小值；1個(gè)作為故障顯示，在自動(dòng)模式時(shí)，若執(zhí)行機(jī)構(gòu)達(dá)不到設(shè)定位置或發(fā)生故障，該定位器將輸出報(bào)警信號(hào)，報(bào)警模塊中還帶有1個(gè)二進(jìn)制輸入接口，可用于閥門(mén)鎖定或安全可靠定位。SIPARTPS2智能閥門(mén)定位器該定位器有單作用和雙作用定位器兩種，分別用于有彈簧加載的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和無(wú)彈簧執(zhí)行機(jī)構(gòu)。所有外殼式產(chǎn)品（防爆型除外）的行程檢測(cè)組件（非接觸式閥位傳感器）和控制器都可以分離安裝，以適應(yīng)特殊的環(huán)境，溫度過(guò)高、振動(dòng)過(guò)強(qiáng)或具有核輻射等。行程或角位的測(cè)量可以直接安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。控制單元可單獨(dú)安裝在離執(zhí)行器一定距離的地方，如安裝在管道或類似安裝件上?？刂破魍ㄟ^(guò)一根電纜與行程檢測(cè)組件連接，用一根或二根氣管與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。這種分體安裝適用于極端環(huán)境條件，這種環(huán)境條件超過(guò)了定位器正常操作條件極限。SIPARTPS2智能閥門(mén)定位器SIPARTPS2智能閥門(mén)定位器執(zhí)行機(jī)構(gòu)行程的檢測(cè)可采用非接觸式位置傳感器(NCS:Non-ContactSensor)，這樣原來(lái)接觸式位置傳感器所需要的所有連接件，如連接輪、角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的驅(qū)動(dòng)銷或反饋杠桿以及直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)的支架都可省去。下圖為角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)(左)和直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)(右)的非接觸式傳感器。SIPARTPS2智能閥門(mén)定位器傳感器不需要外加供給電源，即SIPARTPS2可以在兩線系統(tǒng)中工作。NCS（非接觸傳感器）是由一個(gè)固定的感應(yīng)器和一個(gè)安裝在直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥桿或角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)軸上的磁性體組成。它的優(yōu)點(diǎn)是：?抗震性更強(qiáng)?傳感器無(wú)磨損?安裝在非常小的執(zhí)行機(jī)構(gòu)上毫無(wú)問(wèn)題?小行程無(wú)滯后當(dāng)使用分離式傳感器時(shí)，定位器（控制單元）內(nèi)必須安裝特殊的EMC濾波模塊，保證EMC（抗電磁兼容性干擾）符合EN61326/A1和NAMURNE21標(biāo)準(zhǔn)。SIPARTPS2智能閥門(mén)定位器（二）原理SIPARTPS2智能閥門(mén)定位器的工作原理與傳統(tǒng)的電氣閥門(mén)定位器完全不同。它采用微處理器對(duì)給定值和位置反饋信號(hào)進(jìn)行比較，如果檢測(cè)到偏差(給定值W與位置反饋信號(hào)X)，則根據(jù)偏差的大小和方向，向壓電閥輸出一個(gè)控制指令，壓電閥進(jìn)而調(diào)節(jié)進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的流量。偏差很大時(shí)，定位器輸出連續(xù)信號(hào)；偏差較小時(shí)，輸出連續(xù)脈沖；偏差很小,在偏差允許范圍內(nèi)時(shí)(自適應(yīng)或可調(diào)死區(qū)狀態(tài))，則不輸出控制指令。壓電閥可釋放較窄的控制脈沖，以確保定位器能達(dá)到較高的定位精度。SIPARTPS2智能閥門(mén)定位器三、操作以下介紹SIPARTPS2智能閥門(mén)定位器的操作方法。（一）顯示定位器上有兩排LCD顯示，每排符號(hào)的