摘要

为了适应自动控制技术水平的不断发展,气动执行器在精确性、灵敏性和稳定性等方面也有了较大的提高,但是目前应用的传统定位器和现在出现的智能阀门定位器存在一定差距。比较了传统定位器和智能定位器在结构和工作原理上的异同,以及在气动执行器应用上的不同效果，重点介绍了智能定位器的特点、组件、原理和调试方法。通过攀渝钛业的应用实例，表明智能定位器具有质量可靠、调试简单、故障率低等优点，能够满足工艺系统的需求。

关键词：定位器 气动执行器 调试 控制精度 反馈

0 引言……………………………………………………2

1 传统电气阀门定位器的工作原理……………………2

1.2传统定位器的调校…………………………………3

1.3传统定位器的故障分析……………………………4

1。4传统阀门定位器的不足……………………………4

2 智能电气阀门定位器工作原理………………………5

2.1智能定位器的组成…………………………………6

2。2智能定位器的特点…………………………………6

2.3智能定位器的功能…………………………………6

2.4智能定位器的调试…………………………………6

3实例……………………………………………………8

4结语……………………………………………………8

0 引言

电气阀门定位器是气动调节阀的关键附件之一，其作用是把调节装置输出的电信号变成驱动调节阀动作的气信号，而且具有阀门定位功能，既克服阀杆摩擦力，又可以克服因介质压力变化而引起的不平衡力，从而能够使阀门快速地跟随、对应于调节器输出的控制信号，实现调节阀快速定位，提升其调节品质。随着智能仪表技术的发展，微电子技术广泛应用在传统仪表中,大大提高了仪表的功能与性能。其在电气阀门定位器中的应用使智能定位器的性能和功能有了一个大的飞跃。

1传统电气阀门定位器的工作原理

电气阀门定位器的经过几十年的发展。各公司产品虽不尽相同，但基本原理大致相同，下面画简图进行说明。其基本结构组成如图 1 所示。其工作原理是基于力平衡原理.定位器内反馈杆反馈阀门的开度位置变化，当输入信号产生的电磁力矩与定位器的反馈系统产生的力矩相等，定位器力平衡系统处于平衡状态,定位器处于稳定状态，此时输入信号与阀位成对应比例关系。当输入信号变化或介质流体作用力等发生变化时,力平衡系统的平衡状态被打破，磁电组件的作用力与因阀杆位置变化引起的反馈回路产生的作用力就处于不平衡状态，由于喷嘴和挡板的作用，使定位器气源输出压力发生变化,执行机构气室压力的变化推动执行机构运动，使阀杆定位到新位置，重新与输入信号相对应，达到新的平衡状态。

图1。1  传统电/气定位器的内部构造图

1.2传统定位器的调校

1。2。1 零位的调整

信号源调至4mA时,若阀位指针不在零位上，打开阀门定位器，缓慢调节调零旋钮，使阀位指针指示零位。

1。2.2 量程调整

信号源调至20mAS时，若阀位指针不在标牌最大位置时，调整定位器的量程旋钮，使之指示在最大位置。

1.2。3 调准量程和零点以后，分别给信号源输入8mA、12mA、16mA、和20mA信号，阀位指针分别指向25％、50％、75%、和100%.如果指示不准确，可微调节调零旋钮，便能指示准确.如果效果任不太好，那就是行程量不足，松动量程调节锁紧螺钉，并转动量程调节螺钉吗,调节结束后拧紧锁紧螺钉。通过反复调整零点和量程，使执行机构的行程在公差范围内。

1。3传统定位器的故障分析

1。3。1 阀门定位器由输入信号但是没有输出信号：电磁铁组件发生故障，建议换电磁铁组件；供气压力不对,建议检查气源压力；气动放大器挡板零点调节过高,挡板远离喷嘴;气路堵塞；气路连接有误，包括放大器；电/气定位器输入信号线正负极接反。

1.3。2 阀门定位器没有输入信号但输出信号一直最大：气动放大器挡板零点调节过低,挡板过于压紧喷嘴；喷嘴堵塞；输出压力缓慢或不正常会导致调节阀的膜头受损、漏气，造成有输入信号但调节阀动作缓慢故障,使调节阀达不到及时调节的效果，处理办法检查膜室,更换膜片。

1.3.3定位器线性不好：反馈凸轮或弹簧选择不当或者方向不对；反馈连杆机构安装不好或者在某些位置有卡住现象;喷嘴或挡板有异物；背压有轻微泄露现象。

为阀门定位器提供的压缩空气必须是经过过滤清洁的空气。工作中拆卸的部件，在调节结束后一定要正确固定.注意不要使磁性装置受到震动或者对其施加过大压力，这样会使零件受损,工作性能降低。应尽量减少拆卸喷嘴挡板装置的次数。

1。4传统阀门定位器的不足：

1.4。1因采用机械力平衡式原理工作，定位器重有很多相互作用的小零件,可动件较多，容易受温度波动影响，误差较大。

1.4.2 耐环境性差，采用机械力平衡式原理的定位器易受到外界振动的影响，外界振动传到力平衡机构，有时会使定位器难以工作。

1。4.3装好的调节阀由于尺寸、衬垫摩擦等是多变的,若将各种调节阀也作相应改变，达到最佳状态，难以实现.

1.4。4喷嘴本身就是一个潜在的故障源,易被空气中的灰尘或污染颗粒堵住，使定位器不能正常工作。（特别是在钛白粉车间这样粉尘较重的环境下极易被堵住，清理周期大大缩短,影响生产）

1.4。5 能耗大。常规定位器由喷嘴连续供给压缩空气，哎执行器处于稳定状态也要供给压缩空气，当工厂使用的执行器较多时，能耗较大，也即所费成本较大。

1。4。6 传统定位器手动调整时不用专用设备（如减压阀），不中断控制回路是不可能的。

1。4。7 传统定位器零点和行程的调整分别用手动调整,需反复进行，很费时间，而且调整有事往往在车间现场,环境温度极高，对仪表维修工来说是个体能的挑战。

2 智能电气阀门定位器工作原理

智能电气阀门定位器与传统定位器从本质控制规律上基本相同,均是将输入信号与位置反馈进行比较后对输出压力信号进行调节，但在执行元件上智能定位器和传统定位器完全不同，也就是工作方式上二者完全不同。首先采用微处理器为核心，再一个就是采用新型器件.利用新型的压电阀代替了传统定位器中的喷嘴、挡板调压系统来实现对输出压力的调节控制，从而实现阀门位置的精确定位.它采用微处理器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，定制器输出一个连续信号；当控制信号不大时，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以个压电开关，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,执行机构的位移通过安装的组件检测并由一个刚性连续的导电塑料电位器转换，装在执行机构上的组件检测得到的角度误差被自动校正。

智能定位器的工作原理进行说明，其基本结构组成如图 2 所示.

2。1智能定位器的组成

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传统定位器由很大不同.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：

2.1。1 电路板组件.它是一种带微处理器和输入电路的主板，LCD屏和操作按钮位于电路板上，电路板安装架留有数个插槽，按编号分别可以插入具有位置反馈和报警功能的模块.位置反馈模块输出4-20mA位反电流信号，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模块的信号之间，在电气上都是隔离的，防止相互干扰。

2。1。2由压电阀组够成的气路控制及放大部分，能控制进入执行器的供气量.

2.1。3 限位开关触发模块(SIA)，可发出“开到位和关到位”的限位信号。

2.2智能定位器的特点

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达到的特点

2.2。1 通过三个按键和LCD显示可以实现简捷的操作和调试，而常规定位器只能凭借调试人员的经验,通过手动调节零位和量程旋钮进行调试，一般人员不易掌握。

2.2.2温度和压缩空气的变化对定位器的影响可以忽略。

2.2。3接收的4—20mA指令信号，带HART通信协议,能通过信器采集和修改定位器参数，方便检修员进行更换。

2。3智能定位器的功能

智能阀门定位器除具备常规定位器的全部功能外，还具有以下常规定位器不具有的功能：

2.3。1具有零位和各行程范围内自动调整的功能。

2.3.2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.

2。3.3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.

2。3。4定位器内部的行程检测组件和控制器可以分离安装到诶那个武器罩外部,在温度过高或振动过强的工作环境下这一功能非常有用。

2.4智能定位器的调试

2。4。1 调试准备

检查定位器与执行机构是否已准确连接，并接线正确,给定器提供1.4—7bar的工作气源和18—35V电压源或4-20mA电流源.通过三个按键检查执行器在全部调整范围内能自由移动，让后移动执行器连杆达到水平位置，显示屏显示仪个48％-52%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。

2。4.2自动或手动进行初始化

由于这种执行器应用广泛,初始化的过程，实际是定位器微处理器采集执行器数据,从而与该执行器相匹配过程。定位器能自动测定执行器的作用方向、行程实间，并配以手动设置其他少量参数，大多数参数默认即可。

2。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另外在允许的执行器时,用HART通信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.

以上分别介绍了传统定位器与智能定位器的工作原理及提点性能及调校。下面把两者的对比作个总结：

智能阀门定位器不仅能很好地消除或减小传统阀门定位器的一些不足，而且智能定位器与传统阀门定位器在性能、使用情况、性能价格比等方面进行比较，有以下一些特点。如表3所列：

此外，智能阀门定位器可以讲全部气源压力送到调节阀的执行机构的膜室，使气源压力得到充分利用，因此提高了执行机构输出力;减少普通阀门定位器气动信号的传递滞后，加快动作速度;进一步改善了调节阀的静态特性和动态特性;通过功能键，智能阀门定位器能方便的进行流量设置,同时它具有现实和报警功能.

3实例

在我们钛白粉生产车间水解罐上有一个蒸汽阀门长期调节到关闭状态时阀门不能完全关闭，任然有蒸汽通过,对工艺要求造成很大影响.后采用智能阀门定位器应用“紧密关闭”功能,确保对阀座最大的定位压力，使阀门关闭，问题得以解决.

在我们生产现场条件恶劣，有腐蚀且高温,阀门调节不好,不能达到工艺要求就需要去调校定位器，传统定位器必须要在现场调校且时间很长，对工作人员的体能有一定要求。但采用了智能定位器后运用智能定位器的自动调校功能，简单快速。不但提高了工作效率还保证了工人的安全。

4结语

从近几年的运行情况分析,智能阀门定位器由维护量小、使用方便、控制精度高和结构合理等优点，同时又有在高温环境下使用易损坏模块和电子部件等缺点。但根据在我厂及国内使用情况分析，智能阀门定位器是未来定位器发展的方向，应开发和研制更具适用性的智能阀门定位器，提高阀门的自动化水平。下载本文