智能閥門定位器與非智能閥門定位器比較

標題：智能閥門定位器與非智能閥門定位器比較

作者：王秀娟 邱宣振 何衍慶

來源：互聯網

1 智能閥門定位器與傳統閥門定位器的比較

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

    智能閥門定位器作為新一代產品，將傳統型閥門定位器功能與數字通信技術結合起來，性能有很大突破。如控制精度有所提高；可自動調整零位、自動調整滿量程；閥門故障診斷技術智能化；維修保養及現場調校十分方便等等。

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

表1 智能閥門定位器與傳統閥門定位器的區別

不同點
                 傳統閥門定位器
                   智能閥門定位器
 
方塊圖
不同
 

 
反饋擺
臂不同
 
 

非線性
環節所
處位置
不同
 
非線性環節—凸輪位于反饋通道中。閥門定位器作為串級控制系統副環的一部分與原控制系統組成串級控制系統。反饋凸輪的非線性增益在滿足副環外特性非線性環節的同時，也使副環本身的總開環增益變化，從而使副環不能滿足控制系統穩定運行準則。因此，反饋凸輪的結構雖然可以補償被控對象的非線性特性，但同時也使副環存在不穩定因素。

 
將非線性補償環節移動到前向通道中。總的副環開環增益為1:1，可基本不變，滿足了穩定運行準則。根據對象特性，前向通道的非線性補償環節可與被控對象的非線性特性進行補償，實現總開環增益保持基本不變的運穩定行準則。對被控對象的一些特殊非線性特性（如pH控制對象的S形非線性補償），也可通過前向通道中折線點位置的調整來實現。
 

控制規
律不同
 
傳統閥門定位器組成的串級副環中，副控制器是純比例控制規律。因此，閥位與副環的設定值之間存在余差，無法保證副環輸入與輸出的一一對應關系。傳統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控制算法，可采用比例積分控制作用，能夠實現無余差的控制，從而大大提高了控制精度。智能閥門定位器的控制精度通常可達±0.2%

耗氣量

不同
 
傳統閥門定位器采用氣動放大器作為副環回路的控制器。在正常運行時，氣動放大器需一定的耗氣量。
 
智能閥門定位器采用兩個或四個壓電閥，當壓電閥的輸入信號為1時打開，為0時關閉，因此，只有在進氣壓電閥打開時，才耗用壓縮空氣，在其他情況下（進氣壓電閥減產及排氣壓電閥打開或關閉）均不能耗用壓縮空氣。由此可見，智能閥門定位器具有節能性能。

信息方
式不同
 
傳統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，而且可通過通訊協議反饋到計算或儀表上，智能閥門定位器實現了閥位的數字顯示和存儲，為控制閥的預見性維護和管理提供了有用數據。它還是提供報警信號，為操作員進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

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

    （1）數字式不通信：一個電流信號4~20mA供給定位器；
   （2）HART：一個電流信號4~20mA上疊加數字信號，即可在用于模擬信號傳輸的導線上進行雙向數字通信；
   （3）現場總線：這種定位器接受基于數字的信號并使用數字式電子線路配合機械部件來定位閥門。用全數字控制信號來取代了模擬控制信號。

   針對不同的應用場合，上述三種類型的智能定位器可應用于不同的系統。下面將對非通信式智能定位器、通信式智能定位器及傳統的電/氣閥門定位器做出比較，見表2：

表2 非通信式智能定位器、通信式智能定位器及傳統的電/氣閥門定位器比較

 傳統電/氣閥門定位器
 非通信式智能定位器
 通信式智能定位器
 
信號不同
 4~20mA
 4~20mA
 4~20mA+HART
FF

RPOFIBUS等
 
價格
 低
 較低
 較高
 
輸入阻抗
 250Ω
 300Ω~350Ω
 >500Ω
 
零位和滿量程
 手動調整
 可自動調零位及滿量程
 可自動調零位及滿量程
 
流量特性的調整方式
 更換凸輪或調芯
 用手操器實現
 可自動調零位及滿量程
 
信息采集
 /
 通過轉換器
 可接入資產管理系統
 

    3 選用智能閥門定位器*性

   通過上述理論上及工程應用上的分析對比，選用智能閥門定位器可能改善控制系統的性能、使現場調校更為便利。

    （1）被控對象非線性特性補償的方法得到擴展。

   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；也可用智能數字控制器（例如，單回路或多回路控制器或DCS中的各種數字控制器）串接非線性環節實現。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字控制器串接非線性補償環節具有軟連接的功能，可方便地更改非線性特性等優點。

    （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件，更可減少控制閥的閥體規格，使用戶的控制閥備件類型和規格大大減少。套筒閥等控制閥還可選用平衡式閥內件、減噪網等部件，用于高壓差和要求降低噪聲的應用場合。

    （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穩定運行，控制閥流量特性的補償功能可用智能閥門定位器實現，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超前滯后環節。用于串級共振時增大副環時間常數，錯開共振頻率。

    4 實際工程應用

    在實際工程應用中，更能帶來：

    （1）減少回路調試成本，包括安裝成本及校驗成本；
    （2）作用智能診斷技術維護回路，軟件診斷是閥門故障診斷的發展方向；
    （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。與傳統的零位和量程調校相比，可明顯節約時間；
   （5）閥門診斷。通過DCS、PC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，使預見性維護成為可能；
    （6）具有遠程通訊能力。可以實現閥門監視并向用戶報告其設備情況。