典型的阀门定位器工作原理和安装_公司新闻
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典型的阀门定位器工作原理和安装
&气动调节阀是生产过程自动控制系统中用量最大和最重要的产品之一。定位器是气动调节阀的主要附件，为了改善气动薄膜调节阀工作特性，定位器与气动薄膜调节阀配套使用，定位器接收从控制器或控制系统4～20mA直流电流信号，并向气动薄膜执行机构输送空气控制阀门位置。
&&&&工作原理
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& 定位器（图1）由电机、先导阀、阀瓣、执行机构、反馈杆和弹簧等组成。为了打开阀门，增加电流信号，力矩电机工作产生电磁场，挡板受电磁场作用远离喷嘴。喷嘴和挡板间距变大，排出先导阀内部线轴上方的气压。受其影响线轴向右边移动，推动挡住底座的阀瓣，气压通过底座输入到执行机构。随着执行机构气室内部压力增加，执行机构推杆下降，通过反馈杆把执行机构推杆位移的变化传达到滑板，位移变化又传达到量程反馈杆，拉动量程弹簧。当量程弹簧和力矩电机的力保持平衡时，挡板回到原位，减少与喷嘴间距。随着通过喷嘴排出空气量的减少，线轴上方气压增加。线轴回到原位，阀瓣重新堵住底座，停止气压输入到执行机构。当执行机构的运动停止时，定位器保持稳定状态。
&&&&首先在执行机构的上方临时安装空气过滤减压阀（图2），在连接执行机构与阀体的开合螺母上安装反馈销，将反馈销插入定位器反馈杆一字槽内。要将反馈销正确插入到反馈杆的固定弹簧上，以减少滞后度，装上定位器。用螺钉将定位器固定在配件托架上。安装后反馈杆在阀门行程50%的位置要处于水平状态。可调整支架和反馈杆连接件，使反馈杆处于水平状态。如果安装后反馈杆不在水平状态，则对执行机构的线性有影响。&&&&
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文章地址：/service/detail/171.html/b2b/yuanfm/news/itemid-864357.html【图文】电气阀门定位器原理培训1_百度文库
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气动调节阀的工作特性分析
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导读】1 引言 气动调节阀是工业过程控制仪表之一，广泛应用于化工、电力、冶金、制药等行业。阀门定位器作为气动调节阀的最为核心部件，对 气动调节阀 的控制起决定性作用。压电式...
　　1 引言
　　气动调节阀是工业过程控制仪表之一，广泛应用于化工、电力、冶金、制药等行业。阀门定位器作为气动调节阀的最为核心部件，对的控制起决定性作用。压电式阀门定位器是近几年新出现的一种新型结构的定位器，其采用压电阀(压电转换单元)，实现了电气转换功能，工作时功耗极低，稳定状态时进气口和排气口都关闭，耗气量几乎为零，有利于节能，其应用将越来越广泛。压电式阀门定位器主要利用MCU采集给定信号与阀位反馈信号，根据误差以及误差的变化率等信息，依据一定的控制算法输出控制信号，经过驱动电路驱动压电阀控制进气口和排气口的状态，从而达到控制阀门位置的目的，形成一个完整的闭环控制。根据所用的压电阀的不同，阀门定位器可分为开关式与比例式阀门定位器。开关式阀门定位器的进气口和排气口只能是全开或者是全关，控制电压也是逻辑的高低电平，控制算法一般采用五步开关法，即距离目标位置较远时采用B-B控制，当接近目标位置时采用PWM控制;比例式阀门定位器的进气口和排气口是根据控制电压大小的不同而呈现不同大小的开口，相比开关式其控制过程更加平缓，接近目标位置时，利用较小的控制电压实现微量进气或者排气，可提高控制精度。
　　目前，国内外对开关式阀门定位器研究深入，国外有德国西门子公司生产的SIPARTPS2压电开关式阀门定位器，国内有重庆川仪自动化股份有限公司生产的HVP型压电开关式阀门定位器，均取得了良好的控制效果。但是目前国内外对压电比例式阀门定位器研究还不够深入。介绍了韩国YTC公司生产的压电比例式阀门定位器，以及国内京仪集团采用比例式压电阀，研制出全电子式阀门定位器。
　　本文分析了一种比例式压电阀的特性，提出一种按给定值阶跃大小划分范围的控制算法，并给出了参数整定的方法与步骤，搭建基于实时仿真系统dSPACE为核心的控制系统，在重庆川仪自动化股份有限公司技术中心对不同类型的阀门进行控制实验，取得良好的控制效果。
　　2 比例式压电阀特性分析
　　比例式压电阀上有4个端子，控制信号经驱动电路通过这4个端子来控制压电阀。端子2、3控制进气口，端子1、4控制排气口。在一定的电压范围内，其进气口和排气口随着2、3路电压差和1、4路电压差的变化而呈现不同的开口大小，即线性进气和线性排气，如表1所示，B-B表示Bang-Bang控制，表中所给数据只是针对一种压电阀所测得的数据，不同的阀所测得的数据可能不一样。
　　由MCU或者dSPACE发出的控制信号电压比较低，需要经过放大之后供给压电阀。为此，采用同相放大电路对信号进行放大后接至压电阀的1、2路;采用PWM波转DA的方式对信号进行处理后接至压电阀的3、4路，即通过改变PWM波的占空比来改变控制电压的大小。
　　综上所述，当控制电压在一定范围内(即线性区间)，比例式压电阀的进气口和排气口大小是可变的，从B-B进气或者排气一直到微量进气或者排气，呈现出比例特性。实际控制过程中就可以利用所测得的线性区间完成B-B进气或者排气后的平缓降速以及高精度微调。
　　3 控制算法
　　根据比例式压电阀的特性，提出一种按给定值阶跃大小来划分范围的控制算法。具体分为进气控制算法和排气控制算法。进气和排气均分为大范围(给定值阶跃较大，含有B-B控制)与小范围控制算法(给定值阶跃较小，无B-B控制)，因为B-B控制后阀的速度较大，需要降速处理，以避免超调，小范围则不施加B-B控制。
　　以反行程阀门为例说明，图3为大范围排气控制算法示意图，先进行B-B排气，迅速减小误差。当误差大于-e1时，判断速度大小，若速度较大，则加入比例环节进行降速处理;当速度较小时，采用线性排气进行微调至死区内(阀门速度基本恒定)。由于气动执行机构本身就是一个非线性环节，为了克服执行机构的非线性特性，需要分段处理，体现在排气微调区不同段所采用的排气占空比是不同的。
　　4 参数整定
　　参数整定包括5步，分为气动调节阀的类型、阀门的行程大小与死区、各段的微调空比、B-B进气与微调区分界点e2以及B-B排气与微调区分界点-e1、速度分界点v1与-v2的大小、比例环节的系数与积分环节的系数。
　　4.1 气动调节阀类型、阀门的行程以及死区的确定
　　控制过程中首先需要确定阀门的行程类型，反行程阀门进气过程中阀位反馈值逐渐增大，排气过程中阀位反馈值则逐渐减小;正行程则恰恰相反。
　　首先给压电阀B-B排气信号，将气缸内的气体全部排空，记录当前阀位反馈值，然后给压电阀B-B进气信号，进气一段时间后判断阀位反馈值的变化方向。若当前阀位反馈值小于初始阀位反馈值，则判断该阀位正行程，反之则为反行程。
　　确定阀的行程类型之后，做开环实验，记录阀位的上限值与下限值，二者之差即为行程的满量程(FSR)。设定死区范围为&0.4%FSR。
　　4.2 各段的微调占空比
　　排气各段的微调占空比：以反行程为例说明，从100%FSR处开始以10%FSR的阶跃排气，选择合适的线性排气占空比，使得每一个10%阶跃下降的速度不超过6mV/100ms(安全速度v1)，过冲量小于8mV;记录这9个点的占空比，再将整个行程分为三段：0~40%、40%~70%、70%~100%FSR，根据前一步所得的90%FSR~10%FSR这9个点对应的占空比进行线性拟合，得出这三段的排气微调占空比与给定值的函数关系。实际中，对于非线性严重的阀门，可以适当增加分段数，以优化控制效果。
　　进气各段的微调占空比的获取过程与排气类似。从0FSR处开始以10%FSR阶跃进气，记录9个点的占空比;然后，分段得出各段微调占空比与给定值的函数关系。同样，对于非线性严重的阀门，可增加分段数。
　　4.3 B-B调节与微调区的分界点
　　分界点的选取是依据阀门的最大过冲量。在B-B进气或者排气情况下，测试阀位在各个位置关闭进气口和排气口后(即保持)的滑行距离，其中最大的值即为最大过冲量。-e1和e2可选为排气和进气过程B-B调节与微调区的分界点。
　　4.4 速度分界点v1和-v2的确定
　　即控制过程中判断是否需要引入积分环节的速度分界点，v1为进气的速度分界点，-v2为排气的速度分界点。在实际控制中，若误差还在死区范围以外，而速度又低于v1或者大于-v2时，需要增大进气口或者是排气口，以减小调节时间。当行程满量程在1V左右时，可选择v1=v2=2mV/100ms。
　　4.5 KP和KI的确定
　　比例环节用于大范围的调节过程中。根据第2步所得进气与排气各段的微调占空比以及第3步所得分界点来选取比例系数。例如，由第二步得出排气微调的占空比范围为0.12~0.22，则可变线性占空比为0.1，B-B排气与微调区的切换点为-e1，则当B-B结束之后，在分段固定微调占空比的基础上线性增大排气占空比，直到误差为-&时，总共增加线性排气占空比为可变线性占空比的一半，即0.05。假设50%FSR处对应的固定占空比为0.16，则B-B排气结束后，-e1位置对应的排气占空比为0.16，当误差为-&时对应的排气占空比为0.16+0.05，为0.21，-e1与-&之间的任一个位置的占空比可由一阶最小二乘法线性拟合出来，即某个位置对应的排气占空比=该位置的固定微调占空比+KPe+C(-e1&e&-&)。进气和排气类似，可按上述方法得出系数KP与常数C。
　　积分系数过大或者过小都对控制产生影响。根据第2步所得的各段进气与排气微调占空比以及第3步所得的分界点来选取积分系数。本文中系统的采样速率均为1kHz，则积分器1ms积分一次。假设步骤3所得出的进气微调的占空比范围为0.65~0.70，可变的进气线性区间为0.05，B-B进气与微调区的分界点为e2，以1s为单位，则选择积分系数使得KI&.05。排气积分系数的选取过程与进气类似。
　　5 实时实现
　　为了验证控制算法的可行性，搭建基于dSPACE硬件平台的实时控制系统。图6为控制系统的基本硬件框图。由dSPACE的数字输入/输出模块DS4002的I/O口输出压电阀的1、2路的控制信号，由DS4002的PWM模块输出压电阀的3、4路控制信号，利用模数转换模块DS2004采集阀位反馈信号与给定信号，其中给定信号由PC在软件中设定。压电阀的驱动电路以及信号调理电路由Agilent线性电源供电，阀位反馈单元为旋转电位器，由LM385-2.5V基准芯片提供稳定的电源。
　　6 实验效果
　　在重庆川仪自动化股份有限公司技术中心，针对HA1型带石墨填料阀门、HA2型空载阀门、HA2型带石墨填料阀门、HA3带塑料填料阀门、角行程SR63型阀门，应用本控制算法进行控制实验，取得了良好的控制效果。控制过程中无超调、响应时间较快。
　　7 结语
　　对压电比例式阀门的整个行程进行分段，不同的段所给的控制量也是不一样的，克服了执行机构的非线性特性。
　　出了一种按给定值阶跃划分范围的控制算法，阶跃较大时加入B-B控制，缩短了调节时间，误差较小时利用压电阀的线性区间进行微量进气或者排气，不仅提高了控制精度，而且避免了超调。
(来源：未知)
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