一 引言

      自動化控制中的執(zhí)行是過程控制系統(tǒng)檢測、調(diào)節(jié)、執(zhí)行等部分非常關(guān)鍵、不可缺少的環(huán)節(jié)，盡管每個過程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成方式不盡相同。而控制閥又是執(zhí)行環(huán)節(jié)的非常重要的執(zhí)行元件，控制閥工作性能直接影響過程控制的性能，對系統(tǒng)能否可靠地運行、保證調(diào)節(jié)品質(zhì)都有十分重要影響�？刂崎y產(chǎn)品隨著過程控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展而發(fā)展。

      控制閥作為執(zhí)行器，在過程控制系統(tǒng)中起著十分重要的作用，它是整個控制系統(tǒng)的“手腳”。控制閥一般由氣（電）動或電液執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)組成氣（電）動、電液控制閥，而氣動控制閥常需配用定位器來使用。

      控制閥接受標(biāo)準(zhǔn)控制信號（模擬、數(shù)字），將控制信號變成相應(yīng)的機械位移（如直線、轉(zhuǎn)角等），改變閥門、風(fēng)門、擋板等的流通面積，從而達到對被控對象參數(shù)（壓力、流量、溫度、液位等）的控制目的，保證過程控制系統(tǒng)連續(xù)、有效的正常運行。

      隨著各種技術(shù)的不斷發(fā)展，氣動、電動控制閥的智能化產(chǎn)品相繼問世，它們的共同特點是：集微處理器、控制技術(shù)、通訊技術(shù)及診斷技術(shù)于一身，是一種高技術(shù)、高可靠性的智能產(chǎn)品，代表著當(dāng)代控制閥的發(fā)展方向。

      二 控制閥技術(shù)的發(fā)展及智能產(chǎn)品的特點

      近年來，隨著控制技術(shù)、微電子技術(shù)、通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，智能化控制閥產(chǎn)品也得到了迅速發(fā)展。智能電－氣閥門定位（控制）器、智能電動（電液）執(zhí)行機構(gòu)的相繼開發(fā)及完善，為控制閥產(chǎn)品的智能化提供了可靠的保證。

      按動力劃分，控制閥分為氣動、電動、電液三種。由于氣動控制閥自身的結(jié)構(gòu)特點，若使之實現(xiàn)智能化只能配用智能電－氣閥門定位（控制）器來實現(xiàn)。電動、電液控制閥由于自身配用電源，不需外配其他附件即可實現(xiàn)智能控制。

      我國控制閥的研制是從六十年代開始的，并且只對結(jié)構(gòu)相對簡單的氣動控制閥進行仿制，隨著歷史的發(fā)展，氣動控制閥經(jīng)歷了從仿制、國家行業(yè)統(tǒng)一設(shè)計到引進、合作、自主開發(fā)的過程。與此同時氣動控制閥技術(shù)的發(fā)展帶動了電動控制閥技術(shù)的不斷發(fā)展，在電動控制閥解決了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性低的問題以后，電動控制閥有了快速的發(fā)展。從簡單模擬技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在的微電子技術(shù)、通訊技術(shù)在氣動、電動控制閥技術(shù)上的成功應(yīng)用，為控制閥從模擬到智能跨越鋪平了道路。

      1、模擬定位器的不足及數(shù)字、智能定位器的特點

      在模擬時代，氣動控制閥的工作是靠自身或配用模擬定位器實現(xiàn)的，而在數(shù)字時代氣動控制閥的工作是配用數(shù)字智能定位器實現(xiàn)的。因此，對于氣動控制閥的數(shù)字化、智能化實際上就是對定位器數(shù)字化、智能化。

      模擬定位器由于本身結(jié)構(gòu)的限制，存在著以下不足：

      ☆ 機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零、部件加工、裝配復(fù)雜，調(diào)試不易。
      ☆ 安裝、調(diào)試?yán)щy，需反復(fù)調(diào)試，才可達到要求。
      ☆ 無自我診斷、補償功能，易漂移，工作不穩(wěn)定。
      ☆ 無通訊功能，系統(tǒng)無法了解閥門工作情況。

      數(shù)字、智能閥門定位器采用微處理技術(shù)和現(xiàn)場總線通訊技術(shù)，模塊化設(shè)計，兼容模擬定位器，可完全替代模擬定位器，可應(yīng)用于當(dāng)代的控制系統(tǒng)，其特點如下：

      ☆ 模塊化結(jié)構(gòu)，裝配、更換及其方便簡單。
      ☆ 自動初始化技術(shù)，安裝、調(diào)試方便，可實現(xiàn)自動修正、校正，不易漂移和變化，現(xiàn)場工作非常穩(wěn)定可靠。
       ☆ 定位器自身帶有PID調(diào)節(jié)功能
       ☆ 可通過系統(tǒng)、手操器或定位器本身根據(jù)控制需要自定義設(shè)置和編程或?qū)Χㄎ黄髦笜?biāo)進行修正。
       ☆ 在不改變閥門結(jié)構(gòu)的情況下，通過智能閥門定位器的自定義設(shè)置改變閥的流量特性。例如：直線特性變成等百分比特性或等百分比特性變成直線特性或?qū)⒎菢?biāo)準(zhǔn)特性變成標(biāo)準(zhǔn)流量特性。
       ☆ 定位器本身帶有通訊接口，可按照不同的總線通訊協(xié)議（例如：HART、FF、PROFIBUS等）實現(xiàn)系統(tǒng)與現(xiàn)場定位器的雙向通訊，實時了解和掌握控制閥現(xiàn)場工作的情況，為科學(xué)決策提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。
       ☆ 自身帶有閥位信號反饋指示，無需外配其他附件。
       ☆ 高級診斷功能，對控制閥的工作情況、故障進行自動診斷。如閥芯、閥座的磨損情況，填料、閥桿的密封、磨損情況，氣動執(zhí)行機構(gòu)的密封情況等進行診斷，為閥門的維修、更換提供科學(xué)依據(jù)。

      基于以上特點：智能電－氣閥門定位（控制）器的應(yīng)用將會逐步取代模擬電－氣閥門定位器得到普及，從而使氣動控制閥的智能化控制達到一個新的水平，滿足日益發(fā)展的控制技術(shù)的要求。

      2、模擬電動執(zhí)行機構(gòu)的不足及數(shù)字、智能電動執(zhí)行機構(gòu)的特點

      模擬電動執(zhí)行機構(gòu)主要由伺服放大單元和控制執(zhí)行單元組成，它接受控制系統(tǒng)、調(diào)節(jié)器、手操器等輸出的標(biāo)準(zhǔn)控制信號，輸出與控制信號相對應(yīng)的機械位移，帶動調(diào)節(jié)機構(gòu)（閥門）產(chǎn)生位移，從而達到控制介質(zhì)（的流量、壓力、溫度、液位等）目的。雖然模擬電動執(zhí)行機構(gòu)能夠基本滿足過程控制的基本要求，但是它仍然許多缺點和不足：

      ☆ 電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多采用分立元件，故障率高，可靠性低。平均無故障工作時間較短。
      ☆電動執(zhí)行機構(gòu)與伺服放大器分體設(shè)計，需在現(xiàn)場連接調(diào)試，且連接、調(diào)試?yán)щy，故障排除不易。
      ☆ 無力矩保護、行程開關(guān)，長期使用容易損壞或縮短產(chǎn)品使用壽命。
      ☆ 元器件易損壞，平均無故障時間短。
      ☆ 主要產(chǎn)品性能指標(biāo)相對落后，不能滿足高精度要求的場合。
      ☆ 制動器易磨損，不能機械自鎖，對制動器可靠性要求較高。

      新型智能電動執(zhí)行機構(gòu)除了能夠完成模擬電動執(zhí)行機構(gòu)能夠完成的任務(wù)和功能外，還能實現(xiàn)模擬電動執(zhí)行機構(gòu)無法也不可能實現(xiàn)的功能，它采用微處理技術(shù)和現(xiàn)場總線通訊技術(shù)，采用伺服、執(zhí)行一體化設(shè)計，通過系統(tǒng)、手操器或現(xiàn)場根據(jù)控制需要自定義設(shè)置和編程，可以實現(xiàn)控制閥與控制系統(tǒng)雙向通訊、自動初始化、PID調(diào)節(jié)、閥位信號反饋、自動標(biāo)定、自動診斷和校正等功能，滿足控制系統(tǒng)的各種要求，同時新型智能電動執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)了多項自動保護和新技術(shù)，如：過載保護、電機過熱保護、故障報警等。

      新型智能電動執(zhí)行機構(gòu)由于采用了微處理技術(shù)，數(shù)字通訊技術(shù)，數(shù)字顯示技術(shù)，與傳統(tǒng)電動執(zhí)行機構(gòu)相比具有以下特點：

      ☆ 采用的微機技術(shù)、數(shù)顯技術(shù)。智能控制器將伺服放大、執(zhí)行合二為一，無需外掛伺服放大器�？娠@示信號數(shù)值、閥門開度、報警、初始化設(shè)置及自動標(biāo)定等數(shù)值。
      ☆ 控制器一體化設(shè)計，單一控制器即可實現(xiàn)多項、多功能控制。主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)高于模擬電動執(zhí)行機構(gòu)，可以滿足高精度控制的要求。
      ☆ 自身帶有PID調(diào)節(jié)功能，可直接接受變送器的信號，可通過系統(tǒng)、手操器或執(zhí)行機構(gòu)本身根據(jù)控制需要自定義設(shè)置和編程或?qū)?zhí)行機構(gòu)指標(biāo)進行修正。
      ☆ 具有自適應(yīng)、自調(diào)整、自診斷和報警功能，能在執(zhí)行機構(gòu)上顯示故障代碼或故障狀態(tài)，并能將故障代碼或故障狀態(tài)遠(yuǎn)傳到控制室。
      ☆ 部分智能電動執(zhí)行機構(gòu)具有流量特性修正功能，可方便、靈活地設(shè)定、改變控制閥的流量特性，而無需更換閥門的調(diào)節(jié)機構(gòu)，用一種固有流量特性的閥門，實現(xiàn)任意改變流量特性的目的。并可使一些非標(biāo)準(zhǔn)特性的閥門修正為標(biāo)準(zhǔn)特性，滿足控制要求。
      ☆ 采用的電機及電機控制技術(shù)，提高整機的可靠性，平均無故障工作時間比模擬電動執(zhí)行機構(gòu)有很大提高。
      ☆ 采用總線通訊技術(shù)，可按照不同的總線通訊協(xié)議（例如：HART、FF、PROFIBUS等）實現(xiàn)系統(tǒng)與執(zhí)行機構(gòu)的雙向通訊，實時監(jiān)控閥門的工作情況。
      ☆ 自身帶有閥位反饋裝置，方便使用。

      三 智能控制閥產(chǎn)品的發(fā)展趨勢

      控制閥產(chǎn)品的智能化實際上就是電－氣閥門定位器、電動執(zhí)行機構(gòu)的智能化，目前，我國智能控制閥的應(yīng)用處在逐步上升階段，用戶已經(jīng)使用的智能控制閥決大多數(shù)是用的是一般的智能功能，在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)沒有很普及的情況下，真正使用完全智能化的、帶有通訊和高級診斷等功能控制閥并不十分普遍。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的不斷發(fā)展，完全智能化的、帶有通訊和高級診斷的智能控制閥的應(yīng)用將會逐步普及并取代模擬控制閥成為控制閥的主流。

      我們可以看出：智能化控制技術(shù)和數(shù)字控制技術(shù)將逐步取代一般電子控制技術(shù)和模擬控制技術(shù)；機電一體化、模塊化結(jié)構(gòu)將逐步取代組合、分立結(jié)構(gòu)；帶遙控的非接觸調(diào)試技術(shù)將逐步取代手動接觸調(diào)試技術(shù)；總線通訊技術(shù)會逐步普及。這是智能化控制閥的發(fā)展趨勢。

      當(dāng)前，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）的發(fā)展給自動化控制系統(tǒng)帶來了一場革命，它集計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、和控制技術(shù)于一體，代表了控制系統(tǒng)發(fā)展方向，現(xiàn)場總線控制技術(shù)的發(fā)展必然要求現(xiàn)場儀表滿足*新控制技術(shù)的要求。現(xiàn)代控制技術(shù)要求作為執(zhí)行器的控制閥不單單只是實現(xiàn)簡單的執(zhí)行功能，而是要求控制閥在可靠地完成執(zhí)行功能的同時，能夠具有控制、運算、診斷和通訊等功能。由此可以看出，控制閥的智能化不是簡單的數(shù)字化，不是簡單的模擬換數(shù)字。智能控制閥的發(fā)展步伐已經(jīng)相對落后于智能調(diào)節(jié)儀表、智能檢測儀表的發(fā)展，因此對控制閥的智能化的研究和開發(fā)還有許多工作要做，目前已經(jīng)應(yīng)用的產(chǎn)品還有許多地方需要完善，相信隨著研究工作的不斷深入，智能控制閥將會有很大的發(fā)展。

      四 結(jié)束語

      在過程控制領(lǐng)域中，控制閥扮演著十分重要的角色，而常規(guī)的模擬控制閥已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)代控制技術(shù)的要求，需要一種集微電子技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)、軟件技術(shù)和常規(guī)控制技術(shù)于一身的控制閥來替代常規(guī)控制閥，智能型控制閥就是這樣一種產(chǎn)品，而這種具有多功能、智能化的產(chǎn)品正以常規(guī)產(chǎn)品不可比擬的優(yōu)勢，逐步在控制系統(tǒng)得到應(yīng)用，因此，智能化將成為控制閥行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

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原創(chuàng)作者：浙江金鋒自動化儀表有限公司