智能电气阀门定位器的研制
尚群立,蒋 鹏

(杭州电子科技大学信息与控制研究所 杭州 310018)

       摘 要:智能电气阀门定位器已成为智能气动执行器的核心控制部件,文章在分析了其发展现状及发展趋势的基础上,提出了一种运用了多项先进技术的设计方案,并据此自主研发了SEVP型压电阀式智能电气阀门定位器。本文在对该智能电气阀门定位器的功能及实现方法作了简要说明后,详细分析了其系统总体结构、硬件系统设计、软件系统设计、关键技术等内容。实际应用表明,该智能电气阀门定位器具有技术先进、功能齐备、智能化程度高、操作使用维护方便等特点。
关键词:智能电气阀门定位器;气动执行器;现场总线
中图分类号:TP214. 7  文献标识码:A  国家标准学科分类代码:510. 80

1 引言

气动执行器由气动执行机构、阀门定位器和调节阀组成,如图1所示。其中,电气阀门定位器为核心的控制部件,它以压缩空气为动力源,接收DCS系统(或调节器)的控制量电信号U(如4～20mA DC),与阀位反馈机构获取的阀位L比较,调节进入气动执行机构的气压P i,改变调节阀的开度进而调节生产装置(或生产过程)的生产介质流量达到要求[ 1]。

国外已生产销售从机械式、电子式过渡到智能型和总线型的电气阀门定位器,其技术特点包括:具有人机交互功能、采用工作参数组态通用性强、安装自动调校、故障诊断与处理、采用数字信号传输以及高的技术性能指标。其中以德国SIEMENS的SIPART PS /PS2采用压电

阀式工作原理的智能定位器,和以美国FISHER的DVC5000、日本YAMATAKE的SVP300采用喷嘴挡板工作原理的智能定位器为两大代表,形成了目前国际上智能定位器的主流[ 2-3]。

       我国目前生产的阀门定位器大都是基于喷嘴挡板工作原理的机械式定位器,属于引进或模仿国外80年代的产品技术,品种多通用性差、零件多结构复杂、安装调校费力、故障率高维护困难、功能简单、性能指标差[ 4]。杭州电子科技大学研究开发的SEVP型压电阀式智能电气阀门定位器,重庆川仪总厂的HVP型压电阀式智能电气阀门定位器,吴忠仪表的SEP型力矩马达式智能电气阀门定位器代表了目前国内智能电气阀门定位器的发展水平,其技术均已达到国际先进水平,产品完全覆盖了高端和低端的所有应用需求。

本文介绍杭州电子科技大学自主研发的SEVP型压电阀式智能电气阀门定位器,包括:系统总体结构、硬件系统设计、软件系统设计、关键技术。该产品采用了多项先进技术[ 5] :应用系统辨识技术和人工智能理论,在线建立执行器的非线性静动态模型,自寻优整定定位器动作控制参数;应用先进的变结构控制算法实现定位器对执行器的快速精确控制;应用故障诊断理论实现执行器和定位器的多种故障在线软诊断;应用先进的现场总线技术。

2 系统总体结构

如图2所示,来自外部的4～20 mA(或其他信号制式)阀位控制信号Iw作为阀位给定值w,来自阀位反馈连杆的阀位信号通过反馈机构到旋转电位器产生的阀位实测值x,二者通过A /D转换器输入到微处理器,在微处理器中处理后,二者比较求得偏差,再利用先进的控制算法求得控制量(y,输出控制压电阀打开或关闭,通过先导型气动换向阀组件5的动作进而调节进入执行机构7气室的压缩空气流量P,推动阀杆作直线位移(直行程)或角位移(角行程)改变阀位开度,而该位移则通过阀位反馈连杆8到反馈机构和旋转电位器6得到反馈的阀位实测值x。双作用定位器只须改变先导型气动换向阀组件5结构即可。

整机工作电源也来自于外部的4～20 mA阀位控制信号。按键和LCD面板2与微处理器交换信息,进行自动工作、手动工作、工作参数组态、安装调试等切换操作和信息显示。主控制电路板1的微处理器得到的故障报警信息和实测阀位送输出报警板4用于远程指示。