智能阀门定位器控制系统设计

在线更换西门子智能阀门定位器

流程工业中，调节阀操作要保证工艺装置安全可靠平稳运行。调节阀维护中，仪表工程师经常要更换阀门定位器，这种情况下，有用户采用打开旁路方式，然后再更换阀门定位器；有干脆切断工艺物流；一些重要控制回路中,可能需要停车处理；这样操作，对工艺装置正常运行造成影响，损失大，有高达百万。能不能采用一种更好操作方式，实现阀门定位器线更换呢？西门子智能阀门定位器可以实现上述功能，即，调节阀保持正常操作位置情况下，线更换阀门定位器，使这种维护对工艺装置运行影响及损失降到最低。

一 西门子智能阀门定位器能够实现线更换功能

1） 西门子智能阀门定位器位置反馈，是电位器( potentiometers )实现。电位器下限与上限分别是0和100。正常工作状况下，电位器工作下限(P0)与工作上限(P100)这两者之间，比如对应某线性特性调节阀零点(0%)和满行程(100%)，电位器值可能是P0=20.5(对应调节阀零点0%)到P100=80.4(对应调节阀满行程100%)。某一工况下电位器值，智能阀门定位器微处理器(CPU)可以计算出当前实际调节阀阀位，并显示智能阀门定位器液晶显示屏(LCD)上。

P0值和P100值可以故障诊断功能参数表中读取，操作方法是，同时按住液晶显示屏下面三个操作按键，保持5秒钟以上，进入故障诊断功能菜单，用最左边按键翻页，即可读出P0值和P100值。

电位器值，可以调整轮来实现改变。调整轮见附图。

调整轮

2） 西门子智能阀门定位器支持智能通信，通信方式有HART通信，Profibus总线通信，Foundation Fieldbus总线通信。通信，可以把所有智能定位器初始化参数数据（脉冲宽度、上下行程运行时间等）上传到系统中并加以保存。

HART通信，可以把智能阀门定位器中数据上传到控制系统中，笔记本中，或HART手操器中，反之，也可以把这些数据下载到现场智能阀门定位器中。

第２８卷第４期　２００７年４月　仪　器　仪　表　学　报　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　Ｖ０１．２８　Ｎｏ．４　Ａｐｒ．２００７　

智能电气阀门定位器的研制木　

尚群立，蒋鹏　（杭州电子科技大学信息与控制研究所杭州３１００１８）　摘要：智能电气阀门定位器已成为智能气动执行器的核心控制部件，文章在分析了其发展现状及发展趋势的基础　上，提出了一种运用了多项先进技术的设计方案，并据此自主研发了ＳＥＶＰ型压电阀式智能电气阀门定位器。本文在　对该智能电气阀门定位器的功能及实现方法作了简要说明后，详细分析了其系统总体结构、硬件系统设计、软件系统　设计、关键技术等内容。实际应用表明，该智能电气阀门定位器具有技术先进、功能齐备、智能化程度高、操作使用维　护方便等特点。　关键词：智能电气阀门定位器；气动执行器；现场总线　中图分类号：ＴＰ２１４．７　文献标识码：Ａ　国家标准学科分类代码：５１０．８０　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｅｌｅｃｔｒｏ－ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ｖａｌｖｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒ　

Ｓｈａｎｇ　Ｑｕｎｌｉ，Ｊｉａｎｇ　Ｐｅｎｇ　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ＆Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｄｉａｎｚｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１００１８，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｅｌｅｃｔｒｏ－ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ｖａｌｖｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｉｍｐｏ￣ａｎｔ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ａｃｔｕａ－　ｔｏｒｓ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｔａｔｕｓ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｔｅｎｄｅｎｃｙ，ａ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｃｈｅｍｅ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｍａｋｅｓ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｍａｎｙ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｅｌｅｃｔｒｏ－ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ｖａｌｖｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒ，　ｎａｍｅｄ　ｔｙｐｅ　ＳＥＶＰ　ｗａｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ｈａｒｄｗａｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｓｉｇｎ，ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｓｉｇｎ，　ａｎｄ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｌｙ．Ｔｈｉｓ　ｔｙｐｅ　ｏｆ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ａｄｏｐｔｉｎｇ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｈａｖｉｎｇ　ｒｉｃｈ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，ｈｉｇｈ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，ｅａｓｙ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，ｅｔｃ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｅｌｅｃｔｒｏ－ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ｖａｌｖｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒ；ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ａｃｔｕａｔｏｒ；ｆｉｅｌｄｂｕｓ　

文章编号：１００１—９９４４（２０１０）０９．００１７—０４　

新型全电子式智能阀门定位器的设计与实现　

蔡　明　

（北京京仪集团有限责任公司，北京　１０００２２）　

摘要：针对目前高性能智能阀门定位器严重依赖进口的局面．采用压电比例阀作为电气转　换和功放器件，研制了一种新型电子式智能阀门定位器。设计中采用了硬件超低功耗、自适　应ＰＩＤ控制算法等关键核心技术，与同类产品相比，具有功耗低、控制性能好、成本低廉等优　点　其新颖的驱动模式．属于国内首创　关键词：智能阀门定位器；ＨＳＰ４３０：压电阀；超低功耗；ＰＩ　Ｄ控制算法　中图分类号：ＴＨ１３８．５２　文献标志码：Ａ　

Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｎｅｗｅｓｔ　Ｔｙｐｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｍａｒｔ　Ｖａｌｖｅ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒｓ　

ＣＡＩ　Ｍｉｎｇ　

（Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｊｉｎｇｙｉ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００２２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆａｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｆａｃｔ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｓｍａｒｔ　ｖａｌｖｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒｓ　ｂｅｉｎｇ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　ｍａｎｅｔ　ａｒｅ　ｉｎｐｕｔ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｏｔｈｅｒ　ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ，ｗｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｅｗｅｓｔ　ｔｙｐｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｓｍａｒｔ　ｖａｌｖｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒｓ，ｕｓｉｎｇ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　ｐｉｅｚｏ　ｖａｌｖｅ　ａｓ　ａ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　ｄｅｖｉｃｅ　ｆｒｏｍ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｐｏｗｅｒ　ｔｏ　ａｉｒ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｎｄ　ａｎ　ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，ａｌｓｏ　ｕｓｅｄ　ｓｏｍｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ａｎｄ　ｋｅｒｎｅｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｆｏｒ　ｅｘａｍｐｌｅｓ，ｓｕｐｅｒ　ｌｏｗ－ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｉｎ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｓｅｌｆ－ｒｅａｃｔｉｎｇ　ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ．Ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｍａｎｙ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｏｔｈｅｒｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ　ｆｉｅｌｄｓ，ｔｈａｔ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｓｕｐｅｒ　ｌｏｗ—　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｈｉｇｈ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ，ｌｏｗｅｒ　ｃｏｓｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．Ｔｈｅ　ｏｕｔｐｕｔ　ｍｏｄｅ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｂｅｉｎｇ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｉｓ　ｉｎｉｔｉａｔｅｄ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｍａｒｔ　ｖａｌｖｅ　ｐ０ｓｉｔｉｏｎｅｒ；ＭＳＰ４３０　ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ　ｃｏｍｐｕｔｅ　；ｐｒ０ｐ０ｒｔｉｏｎａｌ　ｐｉｅｚｏ　ｖａｌｖｅ；ｓｕｐｅｒ　ｌｏｗｅｒ－ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｓｕｍｐ—　ｔｉｏｎ；ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ　

浙江大学信息与电子工程学系

硕士学位论文

基于HART协议的智能电气阀门定位器

姓名：舒欢

申请学位级别：硕士

专业：电路与系统

指导教师：徐新民

20100312浙江大学硕士学位论文摘要

摘要

智能阀门定位器具有高灵敏度、高可靠性以及内设整定参数可选择性，使

有死区的阀门动态响应得到很大的改善，并使阀门行程精确和稳定地操作。阀

门定位器向数字化、集成化和总线化方向发展。ＨＡＲＴ协议兼容模拟信号和数

字信号，使得基于ＨＡＲＴ协议的智能阀门定位器具有较大的开发前景。

本文研究的是气动执行机构、喷嘴挡板式的１／Ｐ转换单元的智能电气阀门

定位器。该智能电气定位器由控制单元、采样单元、输出转换电路、Ｉ／Ｐ转换单元，阀门位置反馈单元等组成。控制单元比较当前位置ＰＶ和目标位置ＳＰ

的值，根据定位算法产生ＰＷＭ方波，该方波经过积分、反馈等电路，输出至

线圈，最后由线圈产生的电磁场场强大小驱动精密机械装置带动控制器进行定

位。阀门位置反馈单元借助磁阻角度传感器实现，将角信号转换为电信号。使

用分行程分段ＰＩＤ控制，能够实现快速、精确、稳定的定位，满足控制系统的

静态特性和动态特性。通过自整定算法解决了阀门种类繁多，行程不一、摩擦

力不同的参数自适应调节问题。４．２０ｍＡ提供整个定位器的电源，并且可以叠

加ｈａｒｔ协议信号对定位器进行组态、参数设置。

关键字：

ＨＡＲＴ协议磁阻传感器ＰＷＭ方波ＰＩＤ控制自整定算法

ＩＩ浙江大学硕士学位论文ＡＢＳＴＲＡ（Ｔ

ＡＢＳＴＲＡＣＴ

Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｖａｌｖｅｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒｗｉｔｈｈｉｇｈｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ，ｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄ

ｅｑｕｉｐｐｅｄｗｉｔｈｏｐｔｉｏｎａｌｔｕｎｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ＳＯｔｈａｔｄｅａｄｚｏｎｅｏｆｔｈｅｖａｌｖｅ

ｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｈａｖｅｂｅｅｎｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ，ａｎｄｍａｋｅｔｈｅｖａｌｖｅｓｔｒｏｋｅ

ａｃｃｕｒａｔｅａｎｄｓｔａｂｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｖａｌｖｅｐｏｓｉｔｉｏｎｅｄｉｓ