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1、 3 6 医药工程设计杂志P h a r ma c e u t i c a l& En g i n e e r i n g De s i g n 2 0 0 5 ，2 6 ( 1 ) 一一 一 自控技术应用二 、 岛2二二二= 三 一 = 智能阀门定位器与非智能阀门定位器比较 中 石化 上海 工程有限 公司( 2 0 0 1 2 0 ) 王秀娟 邱宣振 华东理工大学( 2 0 0 2 3 7 ) 何衍庆 摘要 对智能阀门定位器的广泛应用前景给出了理论上 的证明 ， 从控 制理论 、 控制规律、 工程应用等几方面对智能阀门 定位器与传统阀门定位器做出了比较 ， 并分析了非通信式智能定位器与通信式
2、智能定位器 的一些差别， 用户可以针对不同应 用场合选用不同智能阀门定位器。 关键词 控制阀 智能 阀门定位器 串级控制 l 智能阀门定位器与传统阀门定位器的比较 传统的电 气阀门定位器是气动调节阀的主要 控制附件 ， 与阀配套组成带电 气阀门定位器的气动 调节阀。来 自调节器输出的信号经过定位器比例放 大后输出， 用以控制执行机构动作 ， 当阀杆移动后 ， 其位移量又通过机械装置负反馈到阀门定位器， 由 此构成一个使阀杆位移与输入压力成比例关系的负 反馈系统。 ， 阀门定位器纠正阀杆行程的偏差 ， 使其 恢复到控制信号与阀杆行程的对应关系上， 从而保 证调节 阀的正 确位置 。 智能阀门定位
3、器作为新一代产 品， 将传统型阀 门定位器功能与数字通信技术结合起来 ， 性能有很 大突破。如控制精度有所提高； 可 自动调整零位、 自 动调整满量程 ； 阀门故障诊断技术智能化； 维修保养 及现场调校十分方便等等。 智能阀门定位器与传统阀门定位器的不同点主 要表现在以下方面( 见表 I ) ： 表 l 智能阀门定位器与传统 阀门定位器的区别 不同点 传统 阀门定位器 智能阀门定位器 方 块 图 旦 I 匝 要 三 三 卜 1=_ 1匝 亘 王目 调 节 机 构 l 摩 擦 力 厂 _1 广 l 塑 H 塑 h 回 l调 节 机 构 不 同 l r ： 一 ： 二uJ 一 _ L 、 传统 阀
4、门定位器原理框图 智能阀门定位器原理框图 普通 阀门定位 器 的反馈摆 臂 智 能 阀门定位 器的 反馈 摆臂 一 、 - 一 、 反 馈摆 Pf ) 臂 不 同 通常无弹簧压紧， 反馈回路易引入死区。 加入弹簧或电感线圈以消除反馈回路的死区。 死区一般为0 4 。 死区通常只有 0 0 8 。 非线性环节 凸轮位于反馈通道中。阀门定位器作为串级 将非线性补偿环节移动到前向通道中。总的副环开环增益为 1 控制系统副环的一部分与原控制系统组成串级控制系统。反 ： 1 ， 可基本不变， 满足 了稳定运行准则。根据对象特性， 前向通 非线 性 馈凸轮的非线性增益在满足副环外特性非线性环节的同时， 道
5、的非线性补偿环节可与被控对象的非线性特性进行补偿， 实现 环节 所处 也使副环本身的总开环增益变化 ， 从而使副环不能满足控制 总开环增益保持基本不变的运稳定行准则。对被控对象的一些 位 置 不 同 系统稳定运行准则。因此， 反馈凸轮的结构虽然可以补偿被 特殊非线性特性( 如 p H控制对象的 S形非线性补偿 ) ， 也可通过 控对象的非线性特性， 但同时也使副环存在不稳定因素。 前向通道中折线点位置的调整来实现。 传统阀门定位器组成 的串级副环中， 副控制器 是纯 比例控 控制规律 制规律。因此 ， 阀位与副环 的设定值之间存在余差， 无法保 智能阀门定位器采用软件实现控制算法 ， 可采用
6、比例积分控制 不同 证副环输入与输出的一一对应关 系。传统阀门定位器的控 作用 ， 能够实现无余差的控制。 从而大大提高了控制精度。智能 阀门定位器的控制精度通常可达 0 2 。 制精度 一 般为 1 维普资讯 http:/ 医药工程设计杂志P h a r ma c e u t i c a l E n g i n e e r i n g D e s i g n 2 0 0 5 ，2 6 ( 1 ) 3 7 ( 续 表 ) 智能阀门定位器采用两个或 四个压电阀， 当压电阀的输入信号 耗气量 传统阀门定位器采用气动放大器作为副环回路 的控制 器。 为 1 时打开， 为 0时关闭。因此， 只有在进气
7、压 电阀打开时， 才 耗用压缩空气 ， 在其他工作情况下( 进气压电阀减产及排气压 电 不同 在正常运行时， 气动放大器需一定的耗气量。 阀打开或关闭) 均不能耗用压缩空气。由此可见， 智能 阀门定位 器 具有 节能性 能 。 智能阀门定位器上带有阀位反馈信号变送器， 能输 出阀门实际 信息方式 传统阀门定位器批示的阀门开度的信号实际是批示计算机 的动作位置信号， 而且可通过通讯协议反馈到计算机或仪表上。 或仪表输出给阀门定位器的信号， 因此现场的实际位置往 智能阀门定位器实现了阀位的数字显示和存储 ， 为控制阀的预见 不 同 往和反馈的位置存在偏差。 性维护和管理提供了有用数据。它还提供报警
8、信号， 为操作员进 行事故处理提供快捷、 正确的信息。 2 非通信式智能定位器与通信式智能定位器的比较 智能阀门定位器在功能上与传统的阀门定位器 相类似 ， 但由于其 电气信号的转换是数字量而非模 拟量 ， 因而又有所不 同。根据是否可通信又可将智 能阀门定位器分为三种类型。 ( 1 ) 数字式不通信： 一个电流信号 4 2 0 mA供 给定位器 ； ( 2 ) HAR T： 一个电流信号 4 2 0 mA上叠加数 字信号 ， 即可在用于模拟信号传输的导线上进行双 向数字通信 ； ( 3 ) 现场总线 ： 这种定位器接受基于数字的信号 并使用数字式电子线路配合机械部件来定位阀门。 用全数字控制
9、信号来取代了模拟控制信号。 针对不同的应用场合 ， 上述三种类型的智能定 位器可应用于不同的系统。下面将对非通信式智能 定位器、 通信式智能定位器及传统的电 气阀门定位 器做出比较， 见表 2 ： 表 2 非通信式智能定位器、 通信式智能定位器及 传统的电 气阀门定位器比较 传统电 气阀门 非通信式智能 通信式智能 定位 器 定位 器 定 位器 42 0 mA+HART 信号不同 4 2 0 mA 4 2 0 m A F F P ROFI B US等 价格 低 较低 较 高 输 入阻抗 2 5 ( I n 3 0 0 n3 5 0 n 5 0 0 n 零位和满 可自动调零 可自动调零 位及 量
10、 程 手 动调 整 位及 满量程 满量 程 流量特性的 更 换 凸 轮 或 用手操器 用计算机 调整方式 阀芯 实现 实现 可接人资产管理 信息采集 f 通过转换器 系统 3 选用智能阀门定位器优越性 通过上述理论上及工程应用上的分析对比， 选 用智能阀门定位器可能改善控制系统的性能 、 使现 场调校更为便利。 ( 1 ) 被控对象非线性特性补偿的方法得到扩展。 被控对象非线性特性可以用控制阀流量特性来 补偿； 可用普通阀门定位器或智能阀门定位器来补 偿； 也可用智能数字控制器( 例如， 单回路或多回路 控制器或 D C S中的各种数字控制器) 串接非线性环节 实现。从降低投资成本和降低维护量
11、等看， 采用智能 阀门定位器或数字控制器串接非线性补偿环节具有软 连接的功能， 可方便地更改非线性特性等优点。 ( 2 ) 控制阀的选型变得简单 。 控制阀的流量特性可全部采用线性流量特性或 加工方便 、 精度高的流量特性 ， 从而减少控制阀流量 特性的类型。如果采用套筒等阀内件， 更可减少控制 阀的阀体规格， 使用户的控制阀备件类型和规格和大 大减少。套筒阀等控制阀还可选用平衡式阀内件、 减 噪网等部件， 用于高压差和要求降低噪声的应用场合。 ( 3 ) 消除阀门定位器的非线性补偿功能。 由于反馈凸轮的非线性特性影响控制系统稳定 运行， 控制阀流量特性的补偿功能可用智能阀门定 位器实现 ，
12、因此 ， 阀门定位器的非线性补偿功能可从 其功能中清除。 ( 4 ) 阀门定位器的阀位检测采用非接触方式 ， 这 样可大大提高控制回路的性能 。 ( 5 ) 智能阀门定位器可增设超前滞后环节。 用于串级共振时增大副环时间常数 ， 错开共振 频率 。 4实际工 程应用 在实际工程应用 中， 更能带来 ： ( 1 ) 减少回路调试成本， 包括安装成本及校验成本； ( 2 ) 作用智能诊断技术维护回路， 软件诊断是阀 门故障诊断的发展方向； ( 3 ) 通过减少过程偏差度来改善过程控制； ( 4 ) 自动校验和组态 。与传统 的零位和量程调 校相 比 ， 可 明显节 约时间 ； ( 5 ) 阀门诊断。通过 D C S 、 P C软件上具或手操 器， 用户能够在线对阀门做出健康状况诊断 ， 可不需 拆卸阀门就检测到阀门的实际情况， 使预见性维护 成 为可能 ； ( 6 ) 具有远程通讯能力。可 以实现阀门监视并 向用户报告其设备情况。 收稿 日期 ： 2 0 0 4 1 卜2 9 维普资讯 http:/