西门子定位器调试

西门子定位器调试及智能定位器技术介绍

压电阀介绍：

1、引言

传统的气动阀中大量使用了电磁铁作为电－机械转换级，其把电控制信号转换为机械的位移，推动阀芯，实现气路的切换或气体压力、流量的比例控制。作为电－机械转换级的电磁铁有价格低廉，操作使用方便等优点；但其也有很多缺点：如功耗大、响应速度不够快、存在发热及有电磁干扰等。把压电材料的电－机械转换特性引入到气动阀中，作为气动阀的电－机械转换级，这是一项不同于传统气动阀的全新技术。采用了压电技术的气动阀在性能上有着传统气动阀无可比拟的优势。

2、压电效应简介

对于晶体构造中不存在对称中心的异极晶体，加在晶体上的张紧力、压应力或切应力，除了产生相应的变形外，还将在晶体中诱发出介电极化或电场。这一现象被称为正压电效应；反之，若在这种晶体上加上电场，从而使该晶体产生电极化，则晶体也将同时出现应变或应力，这就是逆压电效应。两者通称为压电效应。1880 年居里兄弟发现了电气石的压电效应，从此开始了压电学的历史。压电式气动换向阀即是利用压电逆效应而研制的。

3、压电技术在气动阀中的应用

1、微型直动式换向阀

利用压电材料在电场作用下的变形，来实现气动阀阀口的开启和关闭，这样就可以做成微型直动式换向阀。如下图所示的微型二位三通换向阀，1 口为进气口，2 口为输出气口，3、口为排气口，阀中间的弯曲部件为压电材料组成的压电片。当没有外加电场作用时，阀处于：图1 状态：进气口关闭，输出气口2 经排气口3 通大气。当在压电阀片上外加控制电场后，压电阀片产生变形上翘，上翘的压电阀片关闭了排气口3，同时进气口1 和输出气口2 连通。这样就完全实现了传统二位三通电磁换向阀的功能。

图1 图2

2、压电式电气比例调压阀

压电材料的变形量正比于施加在其上的电场强度，利用这一特点，可以开发出比例调压阀。如图3 所示，施加不同的控制电压到压电阀片上，压电阀片产生不同的弯曲变形量，这样就在进气口1 与输出气口2 之间及输出气口2 与排气口3 之间形成不同的气流阻力，从而在输出气口2 的得到不同的气体压力。由于压电阀片在变形过程中不受机械摩擦力，且压电阀片有响应快功耗低的特点，基于压电阀片的电气比例调压阀很多性能优于传统的比例调压阀。例如其没有死区，压力可以从零开始连续调节；其响应快，可满足高速系统的应用要求；其功耗低，对电源功率要求低。

图3

3、压电阀为先导的气动换向阀

把微型压电阀作为先导级，对其气体流量及压力进一步放大，就可以得到符合各种国际

标准外形尺寸的压电式气动阀，同样，其很多性能特点都优于传统的电磁阀。

4、压电式气动阀的独特优势及其应用

相对于传统的电磁气动阀，采用压电技术的换向阀，有功耗低、响应快及没有电磁影响等优点，所以其开辟了很多气动技术应用的新领域。

4、总结

压电式气动换向阀是把压电技术引入到气动阀中的一项新技术，相对于传统的气动阀，其有

功耗低、响应快、没有电磁干扰、寿命长及不会发热等优点。其在工业及过程自动化控

制领域有广阔的应用。

智能定位器：

调节阀是控制系统的终端，一旦其发生故障，将直接影响装置的安全运行，对生产过程影响非常大。运用智能阀门定位器，能够改善

调节阀的流量特性和性能，可以通过与DCS或总线设备进行数字信息通讯，提升企业生产控制能力，为装置的安全稳定生产提供保障。

1．常规定位器存在的不足

1) 常规定位器多为机械力平衡原理，它采用喷嘴挡板机构，可动件较多，容易受温度波动、

外界振动等干扰的影响，耐环境性差；弹簧的弹性系数在恶劣环境下能发生改变，会造

成调节阀非线性，导致控制质量下降；外界振动传到力平衡机构，易造成部件磨损以及

零点和行程漂移，也使定位器难以工作；

2) 由于喷嘴本身的特性，执行器在稳定状态时也要大量消耗压缩空气，若使用执行器数量

较多，能耗较大；而且喷咀本身是一个潜在故障源，易被灰尘或污物颗粒堵住，使定位

器不能正常工作；

3) 常规定位器手动调校时需要使用专用设备、不隔离控制回路是不可能的，且零点和行程

的调整互相影响，须反复整定，费时费力，非线性严重时，则更难调整。

2．智能阀门定位器的组成和原理

2.1智能阀门定位器的组成

智能阀门定位器是一种具有HART通信协议的阀门定位器，由三部分组成：微处理器电子

控制的模件，包括HART通信模块和就地用户界面开关；电/气动转换器模件的压电阀；

阀位传感器。

2.2智能阀门定位器的工作原理

整个控制回路由两线、4～20mA信号控制。HART模件送出和接收叠加在4～20mA信号上

的数字信息，实现与微处理器的双向数字通信。模拟量的4～20mA 信号传给微处理器，

与阀位传感器的反馈进行比较，微处理器根据偏差的大小和方向进行控制计算（一级控

制），向压电阀发出电控指令使其进行开、闭动作。压电阀依据控制指令脉冲的宽度对

应于气动放大器输出压力的增量，同时气动放大器的输出又被反馈给内控制回路，再次

与微处理器的运算结果进行比较运算（二级控制），通过两级控制输出信号到执行机构，

执行机构内空气压力的变化控制着阀门行程。当控制偏差很大时，压电阀发出宽幅脉冲

信号，使定位器输出一个连续信号，大幅度的改变至执行机构的信号压力驱动阀门快速

动作；随着阀门接近要求的位置，命令要求的位置与测得位置的差值变小，压电阀输出

一个较小脉宽的脉冲信号，断续、小幅度的改变至执行机构的信号压力，使执行机构接

近新命令位置的动作平缓。当阀门到达要求的位置（进入死区）时，压电阀无脉冲输出，

定位器输出保持为零，使阀门稳定在某一位置不动。

3．智能定位器的调校

通过就地用户界面设置开关，可完成定位器的增益、正反作用、定位器特性以及是否允

许自动调校等基本设置；在不增加工具的条件下，能够进行自动或手动校准定位器；并

且可以通过就地用户界面手动控制按钮,实现手动控制调节阀。

4．智能阀门定位器的其他特点

1)通过多种组合指示操作状态或警告工况，具有诊断、监测功能；

2) 耗气量非常小，在0.6 MPa稳定状态下，仅为0.12NM3/h，不足常规定位器的8 ％；对

气源压力的变化不敏感；

3) 采用同一型号既可用于直行程又可用于角行程；通过选配双作用模件，可以实现控制双

作用活塞缸执行器；

4) 使用HART通讯协议，与定位器进行双向通信；

5．在实际使用中应该注意的问题

5.1 对调节信号的带负载能力有较高的要求

在实际使用过程中，智能定位器的输入阻抗较高，当输入信号为20mA时，供电电压的最