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(guò)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(guò)程控制品質(zhì)需求。智能電氣閥門定位器的問(wèn)世,是閥門定位器發(fā)展過(guò)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(guó)外研發(fā)與應(yīng)用水平較高,而我國(guó)的智能電氣閥門定位器的研究與應(yīng)用,越來(lái)越不能滿足我國(guó)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(hào)，然后以它的輸出信號(hào)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(guò)機(jī)械裝置反饋到閥門定位器，閥位狀況通過(guò)電信號(hào)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(hào)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(kāi)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(hào)作為輸入的反饋測(cè)量信號(hào),以控制器輸
出信號(hào)作為設(shè)定信號(hào)，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(hào)，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(hào)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，閥門定位器組成以閥桿位移為測(cè)量信號(hào)，以控制器輸出為設(shè)定信號(hào)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(hào)。
閥門定位器的分類
閥六定位器按輸入信號(hào)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(hào)是標(biāo)準(zhǔn)氣信號(hào)，例如，20~100kPa氣信號(hào)，其輸出信號(hào)也是標(biāo)準(zhǔn)的氣信號(hào)。電氣閥門定位器的輸入信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)電流或電壓信號(hào)，例如，4~20mA電流信號(hào)或1~5V電壓信號(hào)等，在電氣閥門定位器內(nèi)部將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁力，然后輸出氣信號(hào)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(hào)的增益符號(hào)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(hào)增加時(shí)，輸出信號(hào)也增加，因此，增益為正。反作用閥門定位器的輸入信號(hào)增加時(shí)，輸出信號(hào)減小，因此，增益為負(fù)。
按閥門定位器輸入信號(hào)是模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，可分為普通閥門定位器和現(xiàn)場(chǎng)總線電氣閥門定位器。普通閥門定位器的輸入信號(hào)是模擬氣壓或電流、電壓信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)總線電氣閥門定位器的輸入信號(hào)是現(xiàn)場(chǎng)總線的數(shù)字信號(hào)。
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(méi)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(chǎng)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(hào)的檢測(cè)方法也可進(jìn)行分類。
例如，用機(jī)械連桿方式檢測(cè)閥位信號(hào)的閥門定位器：用霍樂(lè)效應(yīng)檢測(cè)位移的方法檢測(cè)閥桿位移的閥門定位器：用電磁感應(yīng)方法檢測(cè)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(guó)工業(yè)化水平正在迅速上升期,我國(guó)機(jī)械制造業(yè)中對(duì)智能化的閥門定位器的應(yīng)用漸趨頻繁,但仍沒(méi)有得到普遍應(yīng)用。為滿足我國(guó)現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)水平與技術(shù)需要,國(guó)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(guò)動(dòng)力源提供的動(dòng)力,接收調(diào)節(jié)器的訊號(hào),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(guò)聯(lián)動(dòng)裝置調(diào)節(jié)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行。
而國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)內(nèi)多家研究機(jī)構(gòu)都在開(kāi)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(hào)、傳感器位置信號(hào)和壓力傳感器的壓力信號(hào),并將這些信息經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算,產(chǎn)生指令信號(hào),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(hào)及位置反饋信息經(jīng)過(guò)微處理控制CPU轉(zhuǎn)換和處理后,能夠保證信號(hào)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(guò)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(hào)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(kāi)發(fā),首先是二線制智能執(zhí)行器的電源開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(duì)性開(kāi)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(guó)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(kāi)發(fā)
(1)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì):硬件系統(tǒng)的開(kāi)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(cè)量反饋單元,信號(hào)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(cè)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(hào)和協(xié)議信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換,從而使智能電氣閥門定位器具備無(wú)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(guò)對(duì)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(yíng)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(guò)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(guò)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(shì)表現(xiàn)如下:首先,在電氣化自動(dòng)生產(chǎn)過(guò)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(guò)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(yǔ)
智能電氣閥門定位器的研發(fā),是我國(guó)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(wèn)世,為智能電氣閥門定位器的研發(fā)帶來(lái)了新的契機(jī)。我們研究低功耗、長(zhǎng)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(guó)的工業(yè)水平提升提供必要的科技支持。
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