執(zhí)行器作為控制系統(tǒng)的終端主近代元件，被廣泛地用于過程自動化控制中。氣動執(zhí)行器由于具有本質(zhì)安全防爆、結(jié)構(gòu)簡單可靠、維修方便等突出的優(yōu)點，一直是執(zhí)行器的主流產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于電力、冶金、石化、輕紡等行業(yè)。為了提高氣動執(zhí)行器的性能，閥門定位器是其不可缺少的配套產(chǎn)品。

     目前，國內(nèi)廣泛使用的電/氣閥門定位器一般是采用模擬信號和力平衡原理生產(chǎn)的傳統(tǒng)氣動儀表。近年來，隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，國外許多著名公司相繼推出了數(shù)字化、通信化、智能化以及支持現(xiàn)場總線的智能閥門定位器,大大提高了閥門定位器的控制性能,這是閥門定位器發(fā)展的主流。

     為此，我們在研究分析幾家國外著名公司智能閥門定位器產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，綜合各家產(chǎn)品的先進技術(shù)及優(yōu)點，投入科研力量開發(fā)了具有自主版權(quán)的ZPZD1000型智能閥門定位器。

      二、模塊

     ZPZD1000型智能閥門定位器內(nèi)含CPU和智能控制模塊、包括主模塊、操作面板模塊、模擬反饋與報警模塊、通信模塊。主模塊執(zhí)行閥控制功能，接受來自控制系統(tǒng)（如DCS、PLC等）的4~20mA模擬閥位設(shè)定信號，檢測當(dāng)前的閥位，執(zhí)行閥位控制軟件，控制氣動執(zhí)行機構(gòu)的動作。帶LCD顯示和按鍵的本地操作面板模塊，支持菜單式人機界面，可進行參數(shù)組態(tài)和功能調(diào)用。模擬反饋與報警模塊可向控制系統(tǒng)提供4~20mA的閥位反饋信號和上下限報警信號。通過模塊可通過RS-232或RS-485通信實現(xiàn)遠程配置和遠程監(jiān)控。主模塊上的二級制電源模塊可使儀表僅由4~20mA信號線供電，二線制功能可節(jié)省工業(yè)自動化系統(tǒng)中的線纜數(shù)量和布線工作，并且使傳統(tǒng)閥門定位器的技術(shù)更新不需要增加或修改線纜，非常方便。

       三、工作原理

     智能閥門定位器與傳統(tǒng)閥門定位器在工作原理上有所不同。傳統(tǒng)閥門定位器接受來自控制系統(tǒng)的4~20mA模擬信號，直接驅(qū)動力矩電動機產(chǎn)生電磁力作用于主杠桿上；閥位變化經(jīng)由閥位反饋桿、凸輪、副杠桿和反饋彈簧傳遞到主杠桿上；受主杠桿上的力平衡影響的擋板噴嘴機構(gòu)經(jīng)由氣動放大器控制氣動執(zhí)行機構(gòu)的進氣與排氣，使閥位到達設(shè)定點。也就是說，傳統(tǒng)閥門定位器是利用機構(gòu)力平衡原理來實現(xiàn)閥位控制的。

     智能閥門定位器則采用新的電子化、數(shù)字化的工作原理。智能閥門定位器接受來自控制系統(tǒng)的4~20mA閥位設(shè)定信號，進行高精確度的A/D采樣轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字設(shè)定值變量；閥位變化經(jīng)由閥位反饋機構(gòu)得到閥位電信號，同樣進行高精確度的A/D采樣轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字設(shè)定值變量和閥位變量，兩者經(jīng)過智能控制軟件的SP-PV處理模塊的計算處理，得到閥位控制信號，經(jīng)由I/P控制與驅(qū)動去控制I/P模塊（電/氣轉(zhuǎn)換模塊）的動作，從而控制氣動執(zhí)行機構(gòu)氣室的進氣與排氣，使閥位到達設(shè)定點。也就是說，智能閥門定位器是利用數(shù)字平衡（或電平衡）原理來實現(xiàn)閥位控制的。

      四、硬件與軟件

      ZPZD1000型智能閥門定位器硬件原理框圖如圖1所示。
 


                           圖1 ZPZD1000型智能閥門定位器硬件原理框圖

     現(xiàn)對其主要部件作一些介紹。CPU包含了12KB的ROM、512B的RAM、512B的EEPROM，用于存放智能控制軟件、工作數(shù)據(jù)、組態(tài)參數(shù)。A/D采用24位的高精確度ADC。信號前處理對信號進行限壓保護，瞬時脈沖保護、共模干擾抑制、信號濾波等。LCD采用適合工業(yè)控制的寬溫寬屏的4位8段LCD，可顯示閥位、信號、偏差、操作菜單、組態(tài)參數(shù)。鍵盤采用簡潔的3個按鈕（SELECT-下減），可組合復(fù)用成OK-確定、CANCEL-取消、FASTUP-快增、FASDOWN-快減等諸多功能鍵。電源模塊實現(xiàn)二級制供電功能，從4~20mA信號線上取低于3.9mA的電流供給儀表。報警模塊實現(xiàn)無源泉的上下限報警和嚴重故障報警（斷電、斷氣等）。

      ZPZD1000型智能閥門定位器軟件原理框圖如圖2所示。
 


                              圖2 ZPZD1000型智能閥門定位器軟件原理框圖

     現(xiàn)對其主要模塊作一些介紹。A/D中斷模塊從A/D轉(zhuǎn)換器中讀取4~20mA設(shè)定信號值和當(dāng)前閥位信號值。SP-PV處理模塊完成SP、PV和偏差的計算處理，實現(xiàn)分程控制、流量特性修正、非線性修正、關(guān)斷值操作、死區(qū)調(diào)節(jié)等功能。I/P控制模塊完成I/P模塊的控制，實現(xiàn)I/P的行程控制、速度調(diào)節(jié)等功能。4~20mA反饋模塊完成當(dāng)前閥位的反饋。人機界面模塊實現(xiàn)菜單式操作的人機界面和LCD、鍵盤管理。鍵盤模塊完成鍵盤的去抖動、延時重復(fù)等功能。LCD模塊實現(xiàn)數(shù)值顯示、字符顯示等功能。自診斷模塊完成信號超量程、斷氣等故障的實量偵測診斷功能。自校正模塊完成定位器安裝時的自動校正功能。遠程通信模塊完成數(shù)據(jù)收發(fā)、鏈路層中幀的分析處理、應(yīng)用層的命令的解釋處理等功能，實現(xiàn)與遠程組態(tài)軟件的通信。報警模塊完成開關(guān)量報警功能。

      五、特點

      與傳統(tǒng)的閥門定位器相比較，ZPZD1000型智能閥門定位器的主要優(yōu)點為：

     （1）精確度高、可靠性好。傳統(tǒng)的閥門定位器根據(jù)機械的力平衡原理工作，由于機械制造誤差、機械傳動誤差導(dǎo)致其精確度較低，可動的機構(gòu)零件較多，導(dǎo)致抗振性差，易磨損，可靠性差；智能閥門定位器采用電平衡原理，閥位反饋直接采用高精確度位置傳感器、經(jīng)過高精確度A/D轉(zhuǎn)換為很精確的數(shù)字量閥位信號，閥位控制采用數(shù)字式開、關(guān)、停信號控制，抗振性好，可靠性高、最小行程分辨力可達0.05，控制精確高，因此智能閥門定位器可獲得較高的精確度和良好的可靠性。

     （2）易安裝、適應(yīng)性強。傳統(tǒng)閥門定位器的儀表特性及工作參數(shù)（例如零點、量程、作用方向）由機械結(jié)構(gòu)來確定，其調(diào)整通過調(diào)節(jié)螺釘?shù)仁侄芜M行，并需要一定的測量校正裝置，安裝難且不精確，而且對氣源壓力變化較敏感，適應(yīng)性弱，給過程自動化和生產(chǎn)技術(shù)的更新帶來很大的限制與障礙。智能閥門定位器的儀表特性及工作參數(shù)是以控制軟件中數(shù)字變量的存在為基礎(chǔ)，其調(diào)整只需鍵盤操作即可實現(xiàn)，在現(xiàn)場安裝時可自動校正零點與量程，并且可適應(yīng)一定范圍的氣源壓力變化，符合現(xiàn)代過程自動化對儀表柔性化、適應(yīng)性強的要求。

     （3）更好的控制性能。傳統(tǒng)閥門定位器由于死區(qū)值、上下行程速度等儀表參數(shù)在產(chǎn)品生產(chǎn)出來后就已確定且無法更改，不能很好地滿足過程自動化的要求，智能閥門定位器的死區(qū)值、上下行程速度等的儀表參數(shù)，可以根據(jù)系統(tǒng)要求，很方便地加以更改，對于需要獲得最優(yōu)化的過程控制具有重要意義。

     （4）流量特性修正。傳統(tǒng)閥門定位器需要通過更改凸輪來調(diào)節(jié)流量特性曲線；智能閥門定位器采用軟件實現(xiàn)流量特性的修正，用戶可在不停機狀態(tài)下輸出任意的特性曲線，為生產(chǎn)過程自動化帶來極大的方便。

     （5）人機界面良好。傳統(tǒng)閥門定位器通過指針指示閥位，通過螺釘更改儀表參數(shù)；智能閥門定位器采用LCD顯示、按鈕和菜單操作界面來進行儀表參數(shù)的組態(tài)、閥位和信號顯示，簡潔直觀方便。

     （6）故障自診與報警。傳統(tǒng)閥門定位器沒有故障報警能力，當(dāng)故障發(fā)生時只有在生產(chǎn)過程中反映出來后才能被系統(tǒng)測知和處理，缺乏實時性；智能閥門定位器能對故障作實時偵查和診斷，并采用LCD顯示報警、開關(guān)量報警、遠程通信報警等多方位手段向系統(tǒng)主動報警，以便及時作故障處理。

     （7）遠程通信。傳統(tǒng)閥門定位器要調(diào)整工作參數(shù)必須到現(xiàn)場進行；帶有遠程通信功能的智能閥門定位器要調(diào)整其工作參數(shù)，只需要在控制室的控制機上就可對遠處現(xiàn)場的多個設(shè)置進行工作參數(shù)的遠程配置，并可隨時查看現(xiàn)場儀表的狀態(tài)和參數(shù)。

     （8）低能耗。氣動執(zhí)行器依靠壓縮氣體工作，節(jié)省氣源泉能耗很重要。傳統(tǒng)閥門定位器由于其工作原理及結(jié)構(gòu)的原因，耗氣量很大；智能閥門定位器因為其工作原理先進，在控制信號不變時閥位進給處于停止，耗氣僅在很小的噴嘴處，耗氣量很小，這對于生產(chǎn)節(jié)能、降低成本有重要意義。

       六、結(jié)束語