定位器原理

1、一、前言一、前言電氣閥門定位器是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的關(guān)鍵附件之一，其作用是把調(diào)節(jié)裝置輸出的電信號(hào)變成驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作的氣信號(hào)。它具有閥門定位功能，既克服閥桿摩擦力，又可以克服因介質(zhì)壓力變化而引起的不平衡力，從而能夠使閥門快速的跟隨，并對(duì)應(yīng)于調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥快速定位，提升其調(diào)節(jié)品質(zhì)。隨著智能儀表技術(shù)的發(fā)展，微電子技術(shù)廣泛應(yīng)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(yīng)用使智能定位器的性能和功能有了一個(gè)大的飛躍。

2、二、智能電氣閥門定位器與傳統(tǒng)定位器的對(duì)比二、智能電氣閥門定位器與傳統(tǒng)定位器的對(duì)比2.1傳統(tǒng)電氣閥門定位器的工作原理傳統(tǒng)電氣閥門定位器的工作原理電氣閥門定位器經(jīng)過幾十年的發(fā)展，各公司產(chǎn)品雖不盡相同，但基本原理大致相似，下面畫簡(jiǎn)圖進(jìn)行說明。其基本結(jié)構(gòu)見圖1:反饋桿反饋閥門的開度位置發(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)

3、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。2.2智能電氣閥門定位器工作原理智能電氣

4、閥門定位器工作原理雖然智能電氣閥門定位器與傳統(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)。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。智能定位器以微處理器為核心，利用了新型的壓電閥代替?zhèn)鹘y(tǒng)定位器中的噴嘴、擋板調(diào)壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出壓力的調(diào)節(jié)。目前有很多廠家生產(chǎn)智能型電氣閥門定位器，西門子公司的SIPATTPS2系列智能電氣閥門定位器比較典型，具有一定代表性，下面以就

5、以SIPARTPS2系列定位器為例，對(duì)智能定位器的工作原理進(jìn)行說明，其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示:4)定位器與閥門可以采用分離式安裝方式。因?yàn)橹悄芏ㄎ黄鞯奈恢梅答佋请娢黄?，即閥位信息是用電信號(hào)傳遞的，并且可以在CPU中對(duì)閥門的特征進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)整定。因此采用行程位置檢測(cè)裝置外置的方法，將閥位反饋組件與定位器本身分離安裝。將行程位置檢測(cè)裝置在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，定位器安裝在離執(zhí)行器一定距離的地方，如圖3所示:這樣就大大擴(kuò)展了定位器的使用范圍，例如可以適用于

6、大型風(fēng)門、閘門等非標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及超大行程結(jié)構(gòu)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中(已經(jīng)有大量此類應(yīng)用)。正是與智能電氣閥門定位器的結(jié)合，大大提高了此類裝置的控制定位精度。5)行程檢測(cè)裝置還可以采用非接觸式位置傳感器，用于惡劣現(xiàn)場(chǎng)。如應(yīng)用在強(qiáng)振動(dòng)、高低溫及核輻射區(qū)環(huán)境中的閥門上，避免了不良環(huán)境對(duì)定位器的影響，保證定位器的可靠使用和壽命。6)具有豐富的自診斷功能。不僅可以對(duì)定位器本身的工作情況進(jìn)行故障自診斷，還可對(duì)調(diào)節(jié)閥和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的性能進(jìn)行定量測(cè)量和診斷。

7、如閥門行程的變化檢測(cè)，對(duì)閥門極限位置變化的測(cè)量，可診斷閥門的磨損情況對(duì)閥門定位時(shí)間的測(cè)量可以診斷定位周期是否合適，是否會(huì)引起震蕩還可以對(duì)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的密封情況等進(jìn)行診斷，從而為閥門的維修提供科學(xué)依據(jù)。7)可以非常方便的進(jìn)行安全檢測(cè)測(cè)試與試動(dòng)作，尤其在對(duì)閥門的可靠動(dòng)作要求非常高的安全儀表系統(tǒng)中，可以在線驗(yàn)證SIS安全儀表系統(tǒng)的閥門執(zhí)行的安全有效性，見參考文獻(xiàn)2。三、實(shí)際使用中應(yīng)注意的問題三、實(shí)際使用中應(yīng)注意的問題雖然智能定位器使用簡(jiǎn)單，功

8、能強(qiáng)大，但在工程應(yīng)用中還是應(yīng)注意一些問題，以使其可靠的工作，發(fā)揮出更好的控制作用，延長(zhǎng)其使用壽命。3.1定位器定位器24線接線方式的選擇線接線方式的選擇由于智能閥門定位器的輸入阻抗較高，而且隨輸入電流的增加而增大。例如西門子SPRARTPS2系列定位器作為2線制儀表使用時(shí)其輸入阻抗為415歐姆，如帶HART協(xié)議型則輸入阻抗更大，為440歐姆左右因此對(duì)調(diào)節(jié)信號(hào)的帶負(fù)載能力有較高的要求。而通常情況下數(shù)字調(diào)節(jié)儀表的輸出帶負(fù)荷能力小于300歐姆

9、，因此在選用智能電氣閥門定位器時(shí)一定要核對(duì)調(diào)節(jié)器輸出控制信號(hào)的帶負(fù)載能力，應(yīng)大于500歐姆，才能保證大開度時(shí)定位器的正常工作。筆者曾在某DCS系統(tǒng)的輸出回路中直接驅(qū)動(dòng)SPRARTPS2型智能電氣閥門定位器，最大只能驅(qū)動(dòng)18mA的電流，即只能滿足87.5%以內(nèi)的行程開度。并且在通訊情況下，其最大電流會(huì)進(jìn)一步降低，嚴(yán)重影響大開度時(shí)的定位要求。鑒于此，對(duì)于調(diào)節(jié)器輸出控制信號(hào)帶負(fù)載能力不夠的情況，應(yīng)考慮以下解決方案:1)在輸入信號(hào)回路中設(shè)置信號(hào)