上海申弘閥門有限公司
摘要：以集成電路控制技術(shù)為基礎(chǔ)的智能電氣閥門定位器,已成為智能化氣動(dòng)執(zhí)行器的核心控制部件。智能電氣閥門定位器結(jié)合氣動(dòng)執(zhí)行器與其他設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用,可大幅提高工業(yè)機(jī)器的生產(chǎn)效率。本文根據(jù)智能電氣閥門定位器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用實(shí)際,探討其總體結(jié)構(gòu)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等相關(guān)技術(shù)的研究進(jìn)展,分析智能電氣閥門定位器的研究現(xiàn)狀,為今后裝置電氣閥門定位器的更新改造提供參考
關(guān)鍵詞：氣動(dòng)執(zhí)行器 智能電氣閥門定位器 集成電路控制
閥門定位器在工業(yè)生產(chǎn)中占有極其重要的地位,它一定程度上它決定了工業(yè)生產(chǎn)過程控制的調(diào)節(jié)品質(zhì)。隨著工業(yè)化水平的不斷提高,閥門定位器也必須不斷發(fā)展以滿足過程控制品質(zhì)需求。智能電氣閥門定位器的問世,是閥門定位器發(fā)展過程中的巨大進(jìn)步。智能化的電氣閥門定位器克服了傳統(tǒng)閥門定位器種種弊端,極大地提高了工作效率。智能電氣閥門定位器在國外研發(fā)與應(yīng)用水平較高,而我國的智能電氣閥門定位器的研究與應(yīng)用,越來越不能滿足我國工業(yè)化進(jìn)程的要求。閥門定位器(又稱：氣動(dòng)閥門定位器）是調(diào)節(jié)閥的主要附件，通常與氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥配套使用，它接受調(diào)節(jié)器的輸出信號，然后以它的輸出信號去控制氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，當(dāng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作后，閥桿的位移又通過機(jī)械裝置反饋到閥門定位器，閥位狀況通過電信號傳給上位系統(tǒng)。
定位器結(jié)構(gòu)：
閥門定位器按其結(jié)構(gòu)形式和工作原理可以分成氣動(dòng)閥門定位器、電－氣閥門定位器和智能式閥門定位器。
閥門定位器能夠增大調(diào)節(jié)閥的輸出功率，減少調(diào)節(jié)信號的傳遞滯后，加快閥桿的移動(dòng)速度，能夠提高閥門的線性度，克服閥桿的磨擦力并消除不平衡力的影響，從而保證調(diào)節(jié)閥的正確定位。
[編輯本段]適配品種
常用執(zhí)行機(jī)構(gòu)分氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，有直行程、角行程之分。用以自動(dòng)、手動(dòng)開閉各類閥門、風(fēng)板等。
閥門定位器的工作原理
閥門定位器是控制閥的主要附件.它將閥桿位移信號作為輸入的反饋測量信號,以控制器輸
出信號作為設(shè)定信號，進(jìn)行比較，當(dāng)兩者有偏差時(shí)，改變其到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出信號，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，建立了閥桿位移倍與控制器輸出信號之間的一一對應(yīng)關(guān)系。因此，閥門定位器組成以閥桿位移為測量信號，以控制器輸出為設(shè)定信號的反饋控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)的操縱變量是閥門定位器去執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出信號。
閥門定位器的分類
閥六定位器按輸入信號分為氣動(dòng)閥門定位器和電氣閥門定位器。氣動(dòng)閥門定位器的輸入信號是標(biāo)準(zhǔn)氣信號，例如，20~100kPa氣信號，其輸出信號也是標(biāo)準(zhǔn)的氣信號。電氣閥門定位器的輸入信號是標(biāo)準(zhǔn)電流或電壓信號，例如，4~20mA電流信號或1~5V電壓信號等，在電氣閥門定位器內(nèi)部將電信號轉(zhuǎn)換為電磁力，然后輸出氣信號到撥動(dòng)控制閥。
按動(dòng)作的方向可分為單向閥門定們器和雙向閥門定位器。單向閥門定位器用于活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，閥門定位器只有一個(gè)方向起作用，雙向閥門定位器作用在活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸的兩側(cè)，在兩個(gè)方向起作用。
按閥門定位器輸出和輸入信號的增益符號分為正作用閥門定位器和反作用閥門定位器。正作用閥門定位器的輸入信號增加時(shí)，輸出信號也增加，因此，增益為正。反作用閥門定位器的輸入信號增加時(shí)，輸出信號減小，因此，增益為負(fù)。
按閥門定位器輸入信號是模擬信號或數(shù)字信號，可分為普通閥門定位器和現(xiàn)場總線電氣閥門定位器。普通閥門定位器的輸入信號是模擬氣壓或電流、電壓信號，現(xiàn)場總線電氣閥門定位器的輸入信號是現(xiàn)場總線的數(shù)字信號。
按閥門定位器是否帶ＣＰＵ可分為普通電氣閥門定位器和智能電氣閥門定位器。普通電氣閥門定位器沒有ＣＰＵ，因此，不具有智能，不能處理有關(guān)的智能運(yùn)算。智能電氣閥門定位器帶ＣＰＵ，可處理有關(guān)智能運(yùn)算，例如，可進(jìn)行前向通道的非線性補(bǔ)償?shù)?，現(xiàn)場總線電氣閥門定位器還可帶ＰＩＤ等功能模塊，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)算。
按反饋信號的檢測方法也可進(jìn)行分類。
例如，用機(jī)械連桿方式檢測閥位信號的閥門定位器：用霍樂效應(yīng)檢測位移的方法檢測閥桿位移的閥門定位器：用電磁感應(yīng)方法檢測閥桿位移的閥門定位器等。
1、智能電氣閥門定位器研究與發(fā)展現(xiàn)狀
當(dāng)前,由于我國工業(yè)化水平正在迅速上升期,我國機(jī)械制造業(yè)中對智能化的閥門定位器的應(yīng)用漸趨頻繁,但仍沒有得到普遍應(yīng)用。為滿足我國現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)水平與技術(shù)需要,國內(nèi)的專家學(xué)者,正在積極進(jìn)行智能電氣閥門定位器的研發(fā)和應(yīng)用工作。
通常,氣動(dòng)執(zhí)行裝置由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥門定位器和調(diào)節(jié)閥共同構(gòu)成。而電氣閥門定位器是整個(gè)執(zhí)行裝置核心的控制部件。它通過動(dòng)力源提供的動(dòng)力,接收調(diào)節(jié)器的訊號,與閥位反饋裝置捕獲的閥位信息進(jìn)行比較,調(diào)節(jié)執(zhí)行裝置的氣壓,通過聯(lián)動(dòng)裝置調(diào)節(jié)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行。
而國外研發(fā)的智能型和總線型的電氣閥門定位器,已經(jīng)集智能化、組態(tài)化和通用性于一體,安裝后能夠自動(dòng)校準(zhǔn)、能進(jìn)行故障診斷與處理,并能夠?qū)崟r(shí)傳輸技術(shù)指標(biāo)到上位機(jī)。國內(nèi)的閥門定位器大都基于噴嘴擋板工作原理,是前期吸收或模仿國外產(chǎn)品與技術(shù)的產(chǎn)物。其特點(diǎn)是通用性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高、安裝調(diào)試?yán)щy、性能指標(biāo)不達(dá)標(biāo)。
基于這種現(xiàn)狀,目前國內(nèi)多家研究機(jī)構(gòu)都在開發(fā)新一代智能閥門定位器。這種新的智能化閥門定位器是以微處理器為基礎(chǔ),能夠讀取和分析輸入信號、傳感器位置信號和壓力傳感器的壓力信號,并將這些信息經(jīng)過邏輯運(yùn)算,產(chǎn)生指令信號,使執(zhí)行裝置按照指令動(dòng)作。這種模塊化設(shè)計(jì)的智能電氣閥門控制器的核心是微處理控制CPU,它能夠完成所有程序的處理運(yùn)算。輸入信號及位置反饋信息經(jīng)過微處理控制CPU轉(zhuǎn)換和處理后,能夠保證信號處理的精度及快速性,并能自動(dòng)調(diào)整參數(shù)的設(shè)定過程及自適應(yīng)程序。模塊化設(shè)計(jì)的理念能根據(jù)需要擴(kuò)展,只要插入相應(yīng)的模塊,即可實(shí)現(xiàn)模擬及數(shù)字反饋功能。
2、智能電氣閥門定位器的研發(fā)定位
根據(jù)以上描述,新型的智能電氣閥門定位器主要包括:信號調(diào)理部分,閥位反饋裝置,微處理器控制和電氣轉(zhuǎn)換控制裝置。新型智能電氣閥門定位器研發(fā)應(yīng)該考慮以下幾個(gè)方面技術(shù)的創(chuàng)新與開發(fā),首先是二線制智能執(zhí)行器的電源開發(fā),取樣電路的設(shè)置,單片機(jī)控制系統(tǒng)的研發(fā),電氣轉(zhuǎn)換控制部件研制和控制系統(tǒng)的軟件環(huán)境開發(fā)等。
因此,新型智能電氣閥門定位器只有從硬件、軟件兩個(gè)方面同時(shí)進(jìn)行深入開發(fā)與研究,結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需求,以及調(diào)節(jié)控制技術(shù)現(xiàn)狀,有針對性開發(fā)硬件系統(tǒng)和微處理器控制運(yùn)行的軟件環(huán)境,才能不斷完善智能電氣閥門定位器,加速其在我國工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用和推廣。
3、智能電氣閥門定位器軟硬件研制與開發(fā)
(1)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì):硬件系統(tǒng)的開發(fā),主要包括主控板,遠(yuǎn)程輸出與報(bào)警板,數(shù)字通訊接口板幾個(gè)部分,其中主控板包括電源及監(jiān)視管理單元,單片機(jī)及外圍電路,閥位控制、閥位測量反饋單元,信號傳輸模塊和控制面板等部分。遠(yuǎn)程輸出與報(bào)警板系統(tǒng),主要包括實(shí)際閥位模擬輸出和干接點(diǎn)報(bào)警輸出部分。此部分的主要作用是當(dāng)系統(tǒng)自身故障或檢測到相關(guān)器件發(fā)生故障時(shí),報(bào)警輸出部分可以輸出相應(yīng)的報(bào)警信息作為提示,以方便操作者監(jiān)視和處理。數(shù)字通訊接口板功能主要為進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)字信號和協(xié)議信號之間的相互轉(zhuǎn)換,從而使智能電氣閥門定位器具備無線通信功能,從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能。
(2)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì):軟件系統(tǒng)主要采用模塊化設(shè)計(jì)原則,通過對主監(jiān)控模塊、自查自糾模塊、定時(shí)校正與處理模塊、人機(jī)交互處理模塊、組態(tài)集成模塊、安裝調(diào)試模塊、通訊模塊等部分。這些軟體運(yùn)行模塊監(jiān)視與控制電氣閥門的運(yùn)行,保證系統(tǒng)運(yùn)行過程中發(fā)生錯(cuò)誤及時(shí)調(diào)整與糾正,并能保證智能化電氣閥門控制器的組態(tài)化應(yīng)用,通過自動(dòng)與手段調(diào)試模塊和信息收發(fā)模塊,及時(shí)與人交互,保證系統(tǒng)的自動(dòng)、正確運(yùn)行。通過這些模塊的組合應(yīng)用,使整個(gè)智能電氣閥門更加智能化、自動(dòng)化,并通過硬件系統(tǒng)實(shí)時(shí)與控制人員保持信息通暢。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動(dòng)閥門、電動(dòng)閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。應(yīng)用在糧油加工系統(tǒng)中。用于涂料行業(yè)的生產(chǎn)管線生產(chǎn)，及加工。
4、新型智能電氣閥門定位器的應(yīng)用前景
新型智能電氣閥門定位器更加智能化,并通過信息技術(shù)能夠及時(shí)與控制者進(jìn)行信息聯(lián)通,保證系統(tǒng)的有效運(yùn)行。新型智能電氣閥門定位器的研發(fā)具有廣闊的空間和廣泛的應(yīng)用前景,其突出優(yōu)勢表現(xiàn)如下:首先,在電氣化自動(dòng)生產(chǎn)過程中,智能電氣閥門定位器能夠保證生產(chǎn)線保持高精度性運(yùn)行,提高生產(chǎn)速度和產(chǎn)品質(zhì)量;其次,新型智能電氣閥門定位器改善了工業(yè)生產(chǎn)的控制系統(tǒng),解放了生產(chǎn)力;后,智能電氣閥門定位器使電氣自動(dòng)化的生產(chǎn)加工過程和安全,提高了生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
5、結(jié)語
智能電氣閥門定位器的研發(fā),是我國工業(yè)化水平不斷提高的需求,研制新型智能電氣閥門定位器能夠普遍提升工業(yè)制造水平和工業(yè)效率,提高了工業(yè)生產(chǎn)水平。隨著自動(dòng)化、信息化技術(shù)的不斷進(jìn)步,更加精巧的CPU處理器的問世,為智能電氣閥門定位器的研發(fā)帶來了新的契機(jī)。我們研究低功耗、長壽命、更加智能化的智能電氣閥門定位器必將帶動(dòng)工業(yè)和其他相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展,為我國的工業(yè)水平提升提供必要的科技支持。
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