工業(yè)過(guò)程扼制對(duì)氣動(dòng)執(zhí)行器的智能化要求一天比一天十分急切，而智能閥門定位器是成功實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)執(zhí)行器智能化的關(guān)鍵附件。在場(chǎng)總線技術(shù)的迅疾進(jìn)展和一天一天地走向完備，加速助推了智能閥門定位器產(chǎn)品的研討。在海外，F(xiàn)ISHER、ABB、SIEMENS、AZBIL、SAMSON等企業(yè)已經(jīng)出產(chǎn)成熟的智能閥門定位器產(chǎn)品，并廣泛應(yīng)用于冶煉金屬、石化、電力等行業(yè)。國(guó)內(nèi)的主導(dǎo)產(chǎn)品仍基于力均衡原理的機(jī)械式電氣閥門定位器，智能閥門定位器的開(kāi)發(fā)尚處于初等階段，研發(fā)出的幾款數(shù)碼式閥門定位器不可以滿意在場(chǎng)總線及開(kāi)放式扼制系統(tǒng)對(duì)智能閥門定位器的要求。開(kāi)發(fā)高性能、高靠得住性和低成本的國(guó)產(chǎn)智能閥門定位器十分不可缺少，HVP系列智能閥門定位器就是在這一背景下而預(yù)設(shè)。不銹鋼球閥

  1 扼制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

  在扼制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器、定位器、執(zhí)行器、變送器等構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)扼制網(wǎng)絡(luò)

  扼制器總體結(jié)構(gòu)概況圖

  中r是被調(diào)量的設(shè)定值，u是來(lái)自DCS系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的閥位扼制信號(hào)，f是定位器的輸出信號(hào)，y是氣動(dòng)執(zhí)行器的輸遠(yuǎn)門程，c是位置反饋信號(hào)，ym是被調(diào)量的實(shí)際勘測(cè)值。定位器對(duì)換節(jié)器過(guò)來(lái)的調(diào)節(jié)信號(hào)(4～20mA)與執(zhí)行器反饋歸來(lái)的閥門位相信號(hào)施行比較，判斷其是否與預(yù)先期待的關(guān)系相般配，假如相般配，則定位器將執(zhí)行器保持在此位置，否則將使執(zhí)行器動(dòng)作直到兩信號(hào)相般配，成功實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門的非常準(zhǔn)確扼制和定位。

  2 定位器硬件局部別設(shè)置計(jì)

  定位器硬件系統(tǒng)的預(yù)設(shè)框圖所示。

  定位器硬件系統(tǒng)框圖

  2.1 超低功耗電源電路的預(yù)設(shè)

  HVP智能閥門定位器是基于二線制4～20mA電流信號(hào)輸入形式，實(shí)際電路中需求取得一組扼制電路所需的電源電壓，這些個(gè)電源電壓均取自4～20mA輸入信號(hào)，故要求系統(tǒng)務(wù)必在極低的功耗下辦公。

  2.2 數(shù)值搜集和處置電路的預(yù)設(shè)

  智能閥門定位器需求搜集來(lái)自調(diào)節(jié)器的4～20mA扼制信號(hào)和閥位反饋桿反饋歸來(lái)的閥位信號(hào)，因?yàn)檫@個(gè)，為增長(zhǎng)系統(tǒng)的群體性能，要求數(shù)值的搜集和處置具備精密度高、運(yùn)算速度快、功耗低的獨(dú)特的地方。

  2.3 二線制儀表

  整個(gè)兒扼制系統(tǒng)的電源、扼制信號(hào)都來(lái)自于兩根導(dǎo)線上傳道輸送來(lái)的4～20mA環(huán)路電流，這就是所說(shuō)的的二線制儀表。二線制儀表的最大獨(dú)特的地方就是電源和信號(hào)線共用兩根導(dǎo)線，整個(gè)兒儀表的供電均從扼制信號(hào)中提出取得，不運(yùn)用不論什么其它外部電源。認(rèn)為合適而使用二線制預(yù)設(shè)的優(yōu)勢(shì)在于，系統(tǒng)能夠滿意工業(yè)過(guò)程扼制中基本的安全防爆要求，定位器辦公的安全性和靠得住性有所增長(zhǎng)，定位器的運(yùn)用范圍擴(kuò)張，群體成本減低。

  圖3 二進(jìn)制閥門定位器扼制單元構(gòu)成

  3 HART通訊預(yù)設(shè)

  HART協(xié)議是基于Bell202標(biāo)準(zhǔn)通信基礎(chǔ)進(jìn)步展起來(lái)的通信協(xié)議，運(yùn)用頻移鍵控FSK(FrequencyShiftKeying)技術(shù)，將HART信號(hào)疊加在標(biāo)準(zhǔn)4～20mA過(guò)程扼制摹擬信號(hào)上，它成功地使摹擬信號(hào)與數(shù)碼信號(hào)同時(shí)雙向通信，而不互相干擾。HART還可以在一根雙絞線上以盡數(shù)字的形式通信，支持15個(gè)在場(chǎng)設(shè)施的多站網(wǎng)絡(luò)，況且能明白地描寫在場(chǎng)儀表的各項(xiàng)特別的性質(zhì)。

  基于HART協(xié)議的智能閥門定位器扼制結(jié)構(gòu)框圖

  由智能閥門定位器扼制結(jié)構(gòu)(圖4)可以發(fā)覺(jué)，MCU與HARTModem的接口預(yù)設(shè)是成功實(shí)現(xiàn)HART通信的關(guān)鍵，只有在MCU與HARTModem之間成功通信在這以后，智能儀表能力變成具備HART功能的在場(chǎng)儀表，能力成功實(shí)現(xiàn)HART協(xié)議的長(zhǎng)程通信和參變量組態(tài)等功能。

  4 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

  4.1 輸入信號(hào)濾波電路預(yù)設(shè)

  因?yàn)楣I(yè)在場(chǎng)背景普通比較卑劣，各種干擾較多，智能閥門定位器在此背景下正常辦公時(shí)需求有EMI抗干擾預(yù)設(shè)。EMC(電磁兼容)是指在有限的空間、時(shí)間和頻譜范圍內(nèi)，各種電氣設(shè)施并存而不引動(dòng)性能減退。一臺(tái)具有令人滿意電磁兼容性能的設(shè)施，應(yīng)當(dāng)既不受四周圍電磁背景的影響也錯(cuò)誤四周圍導(dǎo)致電磁擾亂。輸入信號(hào)濾波電路(圖5)的運(yùn)用要得智能閥門定位器可以在卑劣的工況下正常、牢穩(wěn)的辦公，不受外界干擾的影響。

  圖5 輸入信號(hào)濾波電路

  4.2 DC/DC電源板塊預(yù)設(shè)

  智能閥門定位器的輸入僅為4～20mA電流信號(hào)而無(wú)另外的電源提供，但系統(tǒng)正常辦公時(shí)，需求一組電源電壓提提供系統(tǒng)各個(gè)局部，這就要求系統(tǒng)有電源改換裝置來(lái)成功實(shí)現(xiàn)IV改換。鑒于定位器的低功耗要求和扼制單元大小的限止，電源板塊的預(yù)設(shè)尤為關(guān)鍵。HVP系列智能閥門定位器認(rèn)為合適而使用的是變壓器隔離DCDC，它能隨著負(fù)載的變動(dòng)半自動(dòng)調(diào)試占空比，因此能在較大的動(dòng)態(tài)負(fù)載變動(dòng)下維持極好的輸出牢穩(wěn)性和極高的速率(可達(dá)85百分之百)。這個(gè)之外，它的整個(gè)兒辦公溫度范圍頻率變動(dòng)不超過(guò)10百分之百，溫度的變動(dòng)幾乎不影響其輸出電壓和速率。

  (1)能+羭縷取得。當(dāng)總線電流通過(guò)DCDC板塊輸入端時(shí)，因?yàn)檩斎攵伺c7.5V穩(wěn)壓二級(jí)管并聯(lián)，則進(jìn)入了板塊的最小理想能+羭縷為W：W=7.5×3.6=27(mW)。變壓器速率約為70百分之百，所以最小理想能+羭縷約為W=27×70百分之百=18.9(mW)，那里面7.5V為穩(wěn)壓二級(jí)管實(shí)際穩(wěn)壓值，3.6mA為保障儀表正常辦公的最小輸入電流。

  (2)隔離變壓器。變壓器輸入電壓：Ui=7.5-0.3=7.2(V)(不思索問(wèn)題變壓器內(nèi)部電阻)，開(kāi)關(guān)管電壓Uceo=0.3V。覺(jué)得變壓器為理想變壓器，則3V繞組輸出電壓：

  28V繞組輸出電壓：

  反饋電壓：

  那里面N為變壓器各繞組匝數(shù)，作別為48，22，180，8匝。

  HVP智能閥門定位器認(rèn)為合適而使用的DCDC由自激電路、隔離變壓器、緩和沖突輸出3局部組成，涵蓋數(shù)碼電路電源輸出局部和驅(qū)動(dòng)電路電源輸出局部(線圈扼制局部)。

  HVP智能閥門定位器組成

  5 結(jié)束語(yǔ)  不銹鋼球閥

  本文紹介了自主開(kāi)發(fā)的HVP型壓電閥式智能閥門定位器。在克化借鑒海外同類產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，自主創(chuàng)新，在國(guó)產(chǎn)化智能閥門定位器的研究制造方面作了考求和試驗(yàn)，成功研究制造出了完整的具有通訊功能的智能閥門定位器扼制系統(tǒng)。預(yù)設(shè)了閥門定位器與HART協(xié)議的接口電路和通訊手續(xù)，要得閥門定位用具備在場(chǎng)總線的接口，可以成功實(shí)現(xiàn)在場(chǎng)或長(zhǎng)程扼制，運(yùn)用扼制室上位機(jī)或手操器可以對(duì)閥門定位器施行組態(tài)、調(diào)整和診斷。

  實(shí)踐證實(shí)，該系列定位器扼制系統(tǒng)的各項(xiàng)性能優(yōu)秀，在某些方面(青灰填料閥門的扼制過(guò)程中，扼制效果表面化超過(guò)了一點(diǎn)海外產(chǎn)品)達(dá)到或超過(guò)了海外產(chǎn)品的性能。該系列產(chǎn)品現(xiàn)已經(jīng)過(guò)國(guó)度有關(guān)技術(shù)鑒定，從2002年直到現(xiàn)在，HVP系列智能閥門定位器經(jīng)歷了多次升班換代，不斷更新，現(xiàn)已有數(shù)萬(wàn)臺(tái)定位器正在在場(chǎng)運(yùn)用，主要散布在冶煉金屬、化工、電力、煉油等行業(yè)，已經(jīng)變成國(guó)內(nèi)智能閥門定位器的上層品牌。