標(biāo)題：智能閥門(mén)定位器與非智能閥門(mén)定位器比較

作者：王秀娟 邱宣振 何衍慶

來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng)

1 智能閥門(mén)定位器與傳統(tǒng)閥門(mén)定位器的比較

    傳統(tǒng)的電/氣閥門(mén)定位器是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的主要控制附件，與閥配套組成帶電/氣閥門(mén)定位器的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥。來(lái)自調(diào)節(jié)器輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)定位器比例放大后輸出，用以控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，當(dāng)閥桿移動(dòng)后，其位移量又通過(guò)機(jī)械裝置負(fù)反饋到閥門(mén)定位器，由此構(gòu)成一個(gè)使閥桿位移與輸入壓力成比例關(guān)系的負(fù)反饋系統(tǒng)。閥門(mén)定位器糾正閥桿行程的偏差，使其恢復(fù)到控制信號(hào)與閥桿行程的對(duì)應(yīng)關(guān)系上，從而保證調(diào)節(jié)閥的正確位置。

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

    智能閥門(mén)定位器與傳統(tǒng)閥門(mén)定位器的不同點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下方面（見(jiàn)表1）：

表1 智能閥門(mén)定位器與傳統(tǒng)閥門(mén)定位器的區(qū)別

不同點(diǎn)
                 傳統(tǒng)閥門(mén)定位器
                   智能閥門(mén)定位器
 
方塊圖
不同
 

 
反饋擺
臂不同
 
 

非線(xiàn)性
環(huán)節(jié)所
處位置
不同
 
非線(xiàn)性環(huán)節(jié)—凸輪位于反饋通道中。閥門(mén)定位器作為串級(jí)控制系統(tǒng)副環(huán)的一部分與原控制系統(tǒng)組成串級(jí)控制系統(tǒng)。反饋凸輪的非線(xiàn)性增益在滿(mǎn)足副環(huán)外特性非線(xiàn)性環(huán)節(jié)的同時(shí)，也使副環(huán)本身的總開(kāi)環(huán)增益變化，從而使副環(huán)不能滿(mǎn)足控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行準(zhǔn)則。因此，反饋凸輪的結(jié)構(gòu)雖然可以補(bǔ)償被控對(duì)象的非線(xiàn)性特性，但同時(shí)也使副環(huán)存在不穩(wěn)定因素。

 
將非線(xiàn)性補(bǔ)償環(huán)節(jié)移動(dòng)到前向通道中?？偟母杯h(huán)開(kāi)環(huán)增益為1:1，可基本不變，滿(mǎn)足了穩(wěn)定運(yùn)行準(zhǔn)則。根據(jù)對(duì)象特性，前向通道的非線(xiàn)性補(bǔ)償環(huán)節(jié)可與被控對(duì)象的非線(xiàn)性特性進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)總開(kāi)環(huán)增益保持基本不變的運(yùn)穩(wěn)定行準(zhǔn)則。對(duì)被控對(duì)象的一些特殊非線(xiàn)性特性（如pH控制對(duì)象的S形非線(xiàn)性補(bǔ)償），也可通過(guò)前向通道中折線(xiàn)點(diǎn)位置的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)。
 

控制規(guī)
律不同
 
傳統(tǒng)閥門(mén)定位器組成的串級(jí)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(wú)法保證副環(huán)輸入與輸出的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。傳統(tǒng)閥門(mén)定位器的控制精度一般為±1%

 
智能閥門(mén)定位器采用軟件實(shí)現(xiàn)控制算法，可采用比例積分控制作用，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)余差的控制，從而大大提高了控制精度。智能閥門(mén)定位器的控制精度通?？蛇_(dá)±0.2%

耗氣量

不同
 
傳統(tǒng)閥門(mén)定位器采用氣動(dòng)放大器作為副環(huán)回路的控制器。在正常運(yùn)行時(shí)，氣動(dòng)放大器需一定的耗氣量。
 
智能閥門(mén)定位器采用兩個(gè)或四個(gè)壓電閥，當(dāng)壓電閥的輸入信號(hào)為1時(shí)打開(kāi)，為0時(shí)關(guān)閉，因此，只有在進(jìn)氣壓電閥打開(kāi)時(shí)，才耗用壓縮空氣，在其他情況下（進(jìn)氣壓電閥減產(chǎn)及排氣壓電閥打開(kāi)或關(guān)閉）均不能耗用壓縮空氣。由此可見(jiàn)，智能閥門(mén)定位器具有節(jié)能性能。

信息方
式不同
 
傳統(tǒng)閥門(mén)定位器批示的閥門(mén)開(kāi)度的信號(hào)實(shí)際是批示計(jì)算機(jī)或儀表輸出給閥門(mén)定位器的信號(hào)，因此現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際位置往往和反饋的位置存在偏差。
 
智能閥門(mén)定位器上帶有閥位反饋信號(hào)變送器，能輸出閥門(mén)實(shí)際的動(dòng)作位置信號(hào)，而且可通過(guò)通訊協(xié)議反饋到計(jì)算或儀表上，智能閥門(mén)定位器實(shí)現(xiàn)了閥位的數(shù)字顯示和存儲(chǔ)，為控制閥的預(yù)見(jiàn)性維護(hù)和管理提供了有用數(shù)據(jù)。它還是提供報(bào)警信號(hào)，為操作員進(jìn)行故障處理提供快捷、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(mén)定位器在功能上與傳統(tǒng)的閥門(mén)定位器相類(lèi)似，但由于其電氣信號(hào)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(mén)定位器分為三種類(lèi)型。

    （1）數(shù)字式不通信：一個(gè)電流信號(hào)4~20mA供給定位器；
   （2）HART：一個(gè)電流信號(hào)4~20mA上疊加數(shù)字信號(hào)，即可在用于模擬信號(hào)傳輸?shù)膶?dǎo)線(xiàn)上進(jìn)行雙向數(shù)字通信；
   （3）現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)：這種定位器接受基于數(shù)字的信號(hào)并使用數(shù)字式電子線(xiàn)路配合機(jī)械部件來(lái)定位閥門(mén)。用全數(shù)字控制信號(hào)來(lái)取代了模擬控制信號(hào)。

   針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，上述三種類(lèi)型的智能定位器可應(yīng)用于不同的系統(tǒng)。下面將對(duì)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(mén)定位器做出比較，見(jiàn)表2：

表2 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(mén)定位器比較

 傳統(tǒng)電/氣閥門(mén)定位器
 非通信式智能定位器
 通信式智能定位器
 
信號(hào)不同
 4~20mA
 4~20mA
 4~20mA+HART
FF

RPOFIBUS等
 
價(jià)格
 低
 較低
 較高
 
輸入阻抗
 250Ω
 300Ω~350Ω
 >500Ω
 
零位和滿(mǎn)量程
 手動(dòng)調(diào)整
 可自動(dòng)調(diào)零位及滿(mǎn)量程
 可自動(dòng)調(diào)零位及滿(mǎn)量程
 
流量特性的調(diào)整方式
 更換凸輪或調(diào)芯
 用手操器實(shí)現(xiàn)
 可自動(dòng)調(diào)零位及滿(mǎn)量程
 
信息采集
 /
 通過(guò)轉(zhuǎn)換器
 可接入資產(chǎn)管理系統(tǒng)
 

    3 選用智能閥門(mén)定位器*性

   通過(guò)上述理論上及工程應(yīng)用上的分析對(duì)比，選用智能閥門(mén)定位器可能改善控制系統(tǒng)的性能、使現(xiàn)場(chǎng)調(diào)校更為便利。

    （1）被控對(duì)象非線(xiàn)性特性補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ玫綌U(kuò)展。

   被控對(duì)象非線(xiàn)性特性可以用控制閥流量特性來(lái)補(bǔ)償；可用普通閥門(mén)定位器或智能閥門(mén)定位器來(lái)補(bǔ)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(xiàn)性環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)。從降低投資成本和降低維護(hù)量等看，采用智能閥門(mén)定位器或數(shù)字控制器串接非線(xiàn)性補(bǔ)償環(huán)節(jié)具有軟連接的功能，可方便地更改非線(xiàn)性特性等優(yōu)點(diǎn)。

    （2）控制閥的選型變得簡(jiǎn)單。

   控制閥的流量特性可全部采用線(xiàn)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(lèi)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(hù)的控制閥備件類(lèi)型和規(guī)格大大減少。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(chǎng)合。

    （3）消除閥門(mén)定位器的非線(xiàn)性補(bǔ)償功能。

   由于反饋凸輪的非線(xiàn)性特性影響控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，控制閥流量特性的補(bǔ)償功能可用智能閥門(mén)定位器實(shí)現(xiàn)，因此，閥門(mén)定位器的非線(xiàn)性補(bǔ)償功能可從其功能中清除。

    （4）閥門(mén)定位器的閥位檢測(cè)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(mén)定位器可增設(shè)超前滯后環(huán)節(jié)。用于串級(jí)共振時(shí)增大副環(huán)時(shí)間常數(shù)，錯(cuò)開(kāi)共振頻率。

    4 實(shí)際工程應(yīng)用

    在實(shí)際工程應(yīng)用中，更能帶來(lái)：

    （1）減少回路調(diào)試成本，包括安裝成本及校驗(yàn)成本；
    （2）作用智能診斷技術(shù)維護(hù)回路，軟件診斷是閥門(mén)故障診斷的發(fā)展方向；
    （3）通過(guò)減少過(guò)程偏差度來(lái)改善過(guò)程控制；
    （4）自動(dòng)校驗(yàn)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(shí)間；
   （5）閥門(mén)診斷。通過(guò)DCS、PC軟件上具或手操器，用戶(hù)能夠在線(xiàn)對(duì)閥門(mén)做出健康狀況診斷，可不需拆卸閥門(mén)就檢測(cè)到閥門(mén)的實(shí)際情況，使預(yù)見(jiàn)性維護(hù)成為可能；
    （6）具有遠(yuǎn)程通訊能力。可以實(shí)現(xiàn)閥門(mén)監(jiān)視并向用戶(hù)報(bào)告其設(shè)備情況。