智能閥門定位器與傳統(tǒng)閥門定位器的比較

摘 要 對智能閥門定位器的廣泛應(yīng)用前景給出了理論上的證明，從控制理論、控制規(guī)律、工程應(yīng)用等幾方面對智能閥門定位器與傳統(tǒng)閥門定位器做出了比較，并分析了非通信式智能定位器與通信式智能定位器的一些差別，用戶可以針對不同應(yīng)用場合選用不同智能閥門定位器。  

關(guān)鍵詞 控制閥 智能 閥門定位器 串級控制

1 智能閥門定位器與傳統(tǒng)閥門定位器的比較  

   傳統(tǒng)的電/氣閥門定位器是氣動調(diào)節(jié)閥的主要控制附件，與閥配套組成帶電/氣閥門定位器的氣動調(diào)節(jié)閥。來自調(diào)節(jié)器輸出的信號經(jīng)過定位器比例放大后輸出，用以控制執(zhí)行機構(gòu)動作，當(dāng)閥桿移動后，其位移量又通過機械裝置負反饋到閥門定位器，由此構(gòu)成一個使閥桿位移與輸入壓力成比例關(guān)系的負反饋系統(tǒng)。閥門定位器糾正閥桿行程的偏差，使其恢復(fù)到控制信號與閥桿行程的對應(yīng)關(guān)系上，從而保證調(diào)節(jié)閥的正確位置。    

   智能閥門定位器作為新一代產(chǎn)品，將傳統(tǒng)型閥門定位器功能與數(shù)字通信技術(shù)結(jié)合起來，性能有很大突破。如控制精度有所提高；可自動調(diào)整零位、自動調(diào)整滿量程；閥門故障診斷技術(shù)智能化；維修保養(yǎng)及現(xiàn)場調(diào)校十分方便等等。  

 智能閥門定位器與傳統(tǒng)閥門定位器的不同點主要表現(xiàn)在以下方面（見表1）：

    表1 智能閥門定位器與傳統(tǒng)閥門定位器的區(qū)別  不同點  傳統(tǒng)閥門定位器  智能閥門定位器 方塊圖不同    反饋擺臂不同     非線性環(huán)節(jié)所處位置不同  非線性環(huán)節(jié)——凸輪位于反饋通道中。閥門定位器作為串級控制系統(tǒng)副環(huán)的一部分與原控制系統(tǒng)組成串級控制系統(tǒng)。反饋凸輪的非線性增益在滿足副環(huán)外特性非線性環(huán)節(jié)的同時，也使副環(huán)本身的總開環(huán)增益變化，從而使副環(huán)不能滿足控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行準(zhǔn)則。因此，反饋凸輪的結(jié)構(gòu)雖然可以補償被控對象的非線性特性，但同時也使副環(huán)存在不穩(wěn)定因素。  

   將非線性補償環(huán)節(jié)移動到前向通道中?？偟母杯h(huán)開環(huán)增益為1:1，可基本不變，滿足了穩(wěn)定運行準(zhǔn)則。根據(jù)對象特性，前向通道的非線性補償環(huán)節(jié)可與被控對象的非線性特性進行補償，實現(xiàn)總開環(huán)增益保持基本不變的運穩(wěn)定行準(zhǔn)則。對被控對象一些特殊非坶性特性（如pH控制對象S形非線性補償），也可通過前向通道中折線點位置的調(diào)整來實現(xiàn)。 控制規(guī)律不同  傳統(tǒng)閥門定位器組成的串級副環(huán)中，副控制器是純比例控制規(guī)律。因此，閥位與副環(huán)的設(shè)定值之間存在余差，無法保證副環(huán)輸入與輸出的一一對應(yīng)關(guān)系。傳統(tǒng)閥門定位器的控制精度一般為±1%。  智能閥門定位器采用軟件實現(xiàn)控制算法，可采用比例積分控制作用，能夠?qū)崿F(xiàn)無余差的控制，從而大大提高了控制精度。智能閥門定位器的控制精度通?？蛇_±2%。 耗氣量不傳統(tǒng)閥門定位器采用氣動放大器作為副環(huán)智能閥門定位器采用兩個或四個壓電閥，當(dāng)壓同 回路的控制器，在正常運行時，氣動放大器需一定的耗氣量。  

   電閥輸入信號為1時打開，為0時關(guān)閉。因此，只有在進氣壓電閥打開時，才耗用壓縮空氣，在其他工作情況下（進氣壓電閥減產(chǎn)及排氣壓電閥打開或關(guān)閉）均不能耗用壓縮空氣。由此可見，智能閥門定位器具有節(jié)能性能。  

信息方式不同 傳統(tǒng)閥門定位器批示的閥門開度的信號實際是批示計算機或儀表輸出給閥門定位器的信號，因此現(xiàn)場的實際位置往往和反饋的位置存在偏差。  智能閥門定位器上帶有閥位反饋信號變送器，能輸出閥門實際的動作位置信號，而且可通過通訊協(xié)議反饋到計算機或儀表上。智能閥門定位器實現(xiàn)了閥位的數(shù)字顯示和存儲，為控制閥的預(yù)見性維護和管理提供了有用數(shù)據(jù)。它還提供報警信號，為操作員進行事故處理提供快捷、正確的信息。

 2 非通信式智能定位器與通信式智能定位器的比較  

智能閥門定位器在功能上與傳統(tǒng)的閥門定位器相類似，但由于其電氣信號的轉(zhuǎn)換是數(shù)字量而非模擬量，因而又有所不同。根據(jù)是否可通信又可將智能閥門定位器分為三種類型。  

（1）數(shù)字式不通信：一個電流信號4～20rnA供給定位器；  

（2）H A RT：一個電流信號4～20mA上疊加數(shù)字信號，即可在用于模擬信號傳輸?shù)膶?dǎo)線上進行雙向數(shù)字通信；  

（3）現(xiàn)場總線：這種定位器接受基于數(shù)字的信號并使用數(shù)字式電子線路配合機械部件來定位閥門。用全數(shù)字控制信號來取代了模擬控制信號。  針對不同的應(yīng)用場合，上述三種類型的智能定位器可應(yīng)用于不同的系統(tǒng)。下面將對非通信式智能定位器、通信式智能定位器及傳統(tǒng)的電/氣閥門定位器做出比較，見表2：  

（1）被控對象非線性特性補償?shù)姆椒ǖ玫綌U展。  被控對象非線性特性可以用控制閥流量特性來補償；可用普通閥門定位器或智能閥門定位器來補償；也可用智能數(shù)字控制器（例如，單回路或多回路控制器或DCS中的各種數(shù)字控制器）串接非線性環(huán)節(jié)實現(xiàn)。從降低投資成本和降低維護量等看，采用智能閥門定位器或數(shù)字控制器串接非線性補償環(huán)節(jié)具有軟連接的功能，可方便地更改非線性特性等優(yōu)點。  

（2）控制閥的選型變得簡單。  控制閥的流量特性可全部采用線性流量特性或加工方便、精度高的流量特性，從而減少控制閥流量特性的類型。如果采用套筒等閥內(nèi)件，更可減少控制閥的閥體規(guī)格，使用戶的控制閥備件類型和規(guī)格和大大減少。套筒閥等控制閥還可選用平衡式閥內(nèi)件、減噪網(wǎng)等部件，用于高壓差和要求降低噪聲的應(yīng)用場合。

（3）消除閥門定位器的非線性補償功能。  由于反饋凸輪的非線性特性影響控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行，控制閥流量特性的補償功能可用智能閥門定位器實現(xiàn)，因此，閥門定位器的非線性補償功能可從其功能中清除。

（4）閥門定位器的閥位檢測采用非接觸方式，這樣可大大提高控制回路的性能。

（5）智能閥門定位器可增設(shè)超前滯后環(huán)節(jié)。 用于串級共振時增大副環(huán)時間常數(shù)，錯開共振頻率。

4 實際工程應(yīng)用  在實際工程應(yīng)用中，更能帶來：

 （1）減少回路調(diào)試成本，包括安裝成本及校驗成本；  

（2）作用智能診斷技術(shù)維護回路，軟件診斷是閥門故障診斷的發(fā)展方向；

（3）通過減少過程偏差度來改善過程控制；  

（4）自動校驗和組態(tài)。與傳統(tǒng)的零位和量程調(diào)校相比，可明顯節(jié)約時間；

（5）閥門診斷。通過DCS，P C軟件上具或手操器，用戶能夠在線對閥門做出健康狀況診斷，可不需拆卸閥門就檢測到閥門的實際情況，使預(yù)見性維護成為可能；

（6）具有遠程通訊能力。可以實現(xiàn)閥門監(jiān)視并向用戶報告其設(shè)備情況。

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