0 引言

　　氣動(dòng)執(zhí)行器是以壓縮空氣為動(dòng)力的執(zhí)行器，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、工作平穩(wěn)等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過程的自動(dòng)調(diào)節(jié)和遠(yuǎn)方控制。比如發(fā)電廠再熱蒸汽和過熱蒸汽溫度自動(dòng)控制、高低壓加熱器液位自動(dòng)控制等。氣動(dòng)執(zhí)行器與電氣轉(zhuǎn)換器、閥門定位器配合使用，能連續(xù)接收dcs發(fā)出的控制指令，輸出直線位移，此時(shí)定位器和執(zhí)行器組成一個(gè)閉環(huán)回路，可以克服閥桿摩擦力和閥芯的不平衡力，從而保證調(diào)節(jié)閥位置按dcs輸出的電流信號(hào)成比例的準(zhǔn)確定位，通過調(diào)整定位器還可以修改調(diào)節(jié)閥的流量特性和作用形式。如果氣動(dòng)執(zhí)行器再配置保位閥、電磁閥、位置反饋、限位開關(guān)等配件，能實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的三斷自鎖功能(即斷電、斷信號(hào)、斷氣源時(shí)，閥門保持當(dāng)前位置不動(dòng))，還能實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥在緊急情況下的全開(或全關(guān))，保證工藝系統(tǒng)的安全，并及時(shí)將閥門開度和狀態(tài)返回到控制室，氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)配件連接示意圖如圖1所示。

　　圖1 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)配件連接示意圖

　　1 常規(guī)國(guó)產(chǎn)定位器存在的主要問題

　　常規(guī)國(guó)產(chǎn)定位器由反饋凸輪、連桿、氣動(dòng)功率放大器等部件組成，是利用力矩平衡原理工作的，能消除執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜片有效面積和彈簧剛度的影響，保證閥芯按調(diào)節(jié)信號(hào)定位，能提高調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。常規(guī)國(guó)產(chǎn)定位器是一種純粹利用機(jī)械傳動(dòng)和彈性元件變形來工作的，是一種比較精密的儀表，內(nèi)部噴嘴、節(jié)流孔、彈性元件較多。長(zhǎng)期使用，由于受壓縮空氣中水分、油分和固態(tài)雜質(zhì)、腐蝕性氣體以及振動(dòng)、高溫下工作環(huán)境的影響，很容易使定位器失效，無法遠(yuǎn)控操作調(diào)節(jié)閥。這種情況的出現(xiàn)會(huì)影響自動(dòng)調(diào)節(jié)的品質(zhì)，特別是在高低壓加熱器液位控制等重要系統(tǒng)中，一旦定位器故障、閥門操作不動(dòng)，將是十分危險(xiǎn)的，直接導(dǎo)致高低壓加熱器液位控制失靈。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)這種情況出現(xiàn)的機(jī)率較多，將故障定位器拆至試驗(yàn)室解體，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部積油和雜質(zhì)比較嚴(yán)重，減壓過濾器本身污染也較嚴(yán)重，因此有必要選擇一種可靠性高、安裝方便、能良好適應(yīng)壓縮空氣品質(zhì)的智能定位器來替換現(xiàn)有的部分重要系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)常規(guī)定位器。定位器是調(diào)節(jié)閥的主要配件，一般隨氣動(dòng)執(zhí)行器成套供貨，在國(guó)產(chǎn)氣動(dòng)執(zhí)行器上換裝進(jìn)口定位器還是首次，需要改變氣源管路，可靠連接各種配件，精確調(diào)試，才能確保可靠投運(yùn)。

　　為慎重起見，首先對(duì)西門子SIPART PS2系列智能定位器進(jìn)行熟悉，深入了解它的組成、特點(diǎn)、工作原理等方面的知識(shí)，并選擇非重要系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥，進(jìn)行更換試用。

　　2 智能定位器的組成

　　該智能閥門定位器是一種采用高集成度微處理器的數(shù)字式現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，在結(jié)構(gòu)和工作原理上與常規(guī)定位器有很大的不同。它體積小、重量輕，定位器內(nèi)部能輸出位反信號(hào)和限位開關(guān)信號(hào)，使用該定位器不需要額外增加位反和限位開關(guān)，定位器內(nèi)部主要由以下部件組成：

　　① 電路板組件。它是一種帶微處理器和輸入電路的主板，LCD屏和操作按鈕位于該電路板，電路板安裝架留有數(shù)個(gè)插槽，按編號(hào)分別可以插入具有位置反饋和報(bào)警功能的模塊。位置反饋模塊能輸出4～20mA位反電流信號(hào);在自動(dòng)方式時(shí)如果執(zhí)行單元達(dá)不到設(shè)定位置(開到位和關(guān)到位)或發(fā)生故障時(shí)，輸出一個(gè)報(bào)警信號(hào)，并將故障代碼顯示在LCD屏上。閥位反饋模塊和報(bào)警模塊以及SIA模塊的信號(hào)之間，在電氣上都是隔離的，防止相互干擾。

　　② 由壓電閥組構(gòu)成的氣路控制及放大部分，能控制進(jìn)入執(zhí)行器的供氣量。

　　③ 限位開關(guān)觸發(fā)器模塊(SIA)，可發(fā)出“開到位和關(guān)到位”的限位信號(hào)。

　　3 智能定位器的特點(diǎn)

　　智能閥門定位器能實(shí)現(xiàn)非常高的質(zhì)量控制，它有許多常規(guī)定位器無法達(dá)到的特點(diǎn)：

　　① 通過三個(gè)按鍵和LCD顯示可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)捷的操作和調(diào)試，而常規(guī)定位器只能憑借調(diào)試人員的經(jīng)驗(yàn)，通過手動(dòng)調(diào)節(jié)零位和滿度旋鈕進(jìn)行調(diào)試，一般人員不易掌握;

　　② 溫度和壓縮空氣壓力的變化對(duì)定位器的影響可以忽略;

　　③ 接收的4～20mA指令信號(hào)，帶HART通信協(xié)議，能通過通信器采集和修改定位器參數(shù)，方便檢修人員進(jìn)行更換。

　　4 智能定位器的功能

　　智能閥門定位器除具備常規(guī)定位器的全部功能外，還具有以下常規(guī)定位器不具有的功能：

　　① 具有零位和各行程范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)整的功能;

　　② 具有自診斷功能，并將故障代碼顯示在LCD屏上，方便檢修人員排除故障;

　　③ 可設(shè)置閥門“緊密關(guān)閉”功能，確保對(duì)閥座最大的定位壓力，防止閥門關(guān)閉不嚴(yán)，產(chǎn)生漏流;

　　④ 定位器內(nèi)部的行程檢測(cè)組件和控制器可以分離安裝到定位器罩殼的外部，在溫度過高或振動(dòng)過強(qiáng)的工作環(huán)境，這一功能非常有用。

　　5 智能定位器的工作原理

　　智能電氣閥門定位器的工作原理與傳統(tǒng)定位器完全不同。它采用微處理器對(duì)給定值和位置反饋?zhàn)鞅容^，微處理器檢測(cè)偏差(給定值-位置反饋信號(hào))的大小和方向，用一個(gè)五步開關(guān)程序來控制壓電閥，壓電閥將控制指令轉(zhuǎn)換為氣動(dòng)位移增量。當(dāng)控制偏差很大時(shí)，定位器輸出一個(gè)連續(xù)信號(hào);當(dāng)控制偏差不大時(shí)，定位器輸出脈沖連續(xù);當(dāng)控制器偏差很小時(shí)，則沒有控制指令輸出。壓電閥的主導(dǎo)元件是一個(gè)壓電開關(guān)，它同主控氣路連在一起。壓電閥由于質(zhì)量小，可以釋放很短的控制脈沖，因而能夠達(dá)到很高的定位精度。定位器采用適當(dāng)?shù)陌惭b組件固定到執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移通過安裝的組件檢測(cè)并由一個(gè)剛性連接的導(dǎo)電塑料電位器轉(zhuǎn)換，裝在直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的組件檢測(cè)得到的角度誤差被自動(dòng)地校正。

　　6 智能定位器的調(diào)試

　　6.1 調(diào)試準(zhǔn)備

　　檢查定位器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否已準(zhǔn)確連接，并接線正確，給定位器提供1.4～7bar的工作氣源和18～35V電壓源或4～20mA電流源。通過三個(gè)按鍵檢查執(zhí)行器在全部調(diào)整范圍內(nèi)能自由移動(dòng)，然后移動(dòng)執(zhí)行器使桿達(dá)到水平位置，顯示屏將顯示一個(gè)48.0%～52.0%之間的值，這樣定位器能測(cè)定的位移將更精確，否則調(diào)整定位器連桿。

　　6.2 自動(dòng)或手動(dòng)進(jìn)行初始化

　　由于這種執(zhí)行器應(yīng)用廣泛，初始化的過程，實(shí)際是定位器微處理器采集執(zhí)行器數(shù)據(jù)，從而與該執(zhí)行器相匹配的過程。定位器能自動(dòng)測(cè)定執(zhí)行器的作用方向、行程時(shí)間，并配以手動(dòng)設(shè)置其他少量的參數(shù)，大多數(shù)參數(shù)默認(rèn)即可。

　　6.3 復(fù)制初始化數(shù)據(jù)，定位器更換

　　當(dāng)某臺(tái)定位器出現(xiàn)故障，需要進(jìn)行更換，而工藝系統(tǒng)又不允許對(duì)定位器進(jìn)行初始化時(shí)，可以使用這一功能對(duì)定位器調(diào)試。更換一臺(tái)沒有經(jīng)過初始化的定位器給另外正在運(yùn)行的執(zhí)行器時(shí)，用HART通信器從需要更換的定位器采集數(shù)據(jù)，并復(fù)制到新定位器，就能夠滿足工藝系統(tǒng)的要求。等到工藝系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)，再對(duì)該定位器進(jìn)行初始化，提高控制精度。

　　7 結(jié)束語(yǔ)

　　經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用的比較，可以看出常規(guī)定位器和智能定位器的差距，智能定位器以其質(zhì)量可靠、調(diào)試簡(jiǎn)單、故障率低，能滿足工藝系統(tǒng)的高要求。

　　以微處理器為核心的智能定位器，代表了定位器的發(fā)展方向。只要執(zhí)行器本身在全行程內(nèi)動(dòng)作平穩(wěn)，就可以用智能定位器對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行準(zhǔn)確可靠地定位，滿足對(duì)工藝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)的要求。