基于HART协议的智能电气阀门定位器解析

SIEMENS SIPART PS26DR5210定位器讲课稿讲师：刘莹一、简介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，能够更好的改善调节阀的流量特性和性能，提升生产控制能力，为装置的安全稳定生产提供保障。

西门子定位器是应用最广泛的智能电气阀门定位器，可用于直行程和角行程的阀门。

二、6DR5210定位器的组成简单的说，6DR5210是一种具有HART通信协议的阀门定位器，由三部分组成：2.1.1、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；2.1.2、电/气动转换器模件的压电阀；2.1.3、阀位传感器。

2.2、阀门定位器内部各部件的位置阀门定位器在安装接线、初始化和使用过程中，需要设置和调节一些小部件，图1、2介绍了各部件的具体位置。

图1图1中，1是滑动摩擦离合器调节轮，2是滑动摩擦离合器锁紧轮，3是传动比例选择杆，4是Y1输出限流器调节螺钉，5是排气口消声器，6是单作用压电阀。

图2图2中，1是PA总线屏蔽接地卡子，2是传动比例选择杆的锁紧轮，3是位置反馈Iy模块，4是Alarm报警模块，5是PA总线阀门定位器主板。

三、6DR5210的工作原理6DR5210采用微处理器对给定值和位置反馈作比较。

如果微处理器检测到偏差，它就用一个五步开关程序来控制压电阀，压电阀进而调节进入执行机构气室的气流量。

五步为：第一步确定阀门定位器的正反作用第二步确定阀门定位器的零点和量程第三步确定阀门的开关时间第四步确定最小的定位增量第五步根据执行机构实际情况优化瞬态响应四、西门子定位器与传统定位器的优势1、SIPART PS2智能阀门定位器电子控制单元采用了微处理器，控制阀门开度的输入信号和阀位的反馈信号，通过CPU运算处理，输出给压电阀，压电阀接收到的信号是脉宽可调的脉冲信号，使阀门的控制精度更高。

由于采用了压电阀作为电气转换的元件，压电阀只有在阀门有偏差并执行调节动作时才耗气，所以可以实现低耗能的目的。

HART协议的智能阀门定位器的设计和实现互联网2012-09-26 09:19:29∙»NI模块化数字万用表技术资源包∙»NI InsightCM 全新企业级状态监测解决方∙»NI LabVIEW高性能FPGA开发者指南摘要：针对二线制智能阀门定位器的低功耗特性，基于自适应控制理论，设计了一种基于HART协议的智能阀门定位器。

分别对HART通信协议、协议接口等技术进行了研究，并具体给出了HART通信的阀门定位器原理和智能阀门定位器的软硬件设计方案。

现场运行表明，系统的稳态精度、动态响应特阀门定位器是调节阀的重要辅助附件之一，它已广泛应用于电力、冶金、石化、轻纺、食品、医药等行业。

随着现场总线技术在工业过程控制领域的应用，自动化系统逐渐朝网络化、总线化趋势发展，而原有的智能阀门定位器由4-20mA模拟信号控制圈，不能进行数字通信。

HART协议是一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议，兼容数字信号和模拟信号的特点，在不影响模拟信号控制的前提下可以进行数字通信;并且具有现场和远程参数监控的功能;在降低系统成本、提高控制精度和系统可靠性方面具有不可比拟的优势。

本文开发了一种基于HART协议的二线制智能阀门定位器。

该定位器不仅具有良好的控制品质，而且通信可靠稳定;此外，它还具有参数组态、行程特性修正等功能;利用HART通信功能，它可以实现对现场仪表的远程组态，为故障定位提供更加丰富的诊断信息。

一、HART通信的阀门定位器原理基于HART通信的智能型阀门定位器由采样电路、电源电路、人机界面、MCU控制单元、HART通信单元、I/P控制单元(压电阀)和阀位反馈检测单元(位移传感器)构成，其原理如图1所示。

电源电路将4-20mA电流信号转换成电压信号，而该电压信号为HART通信单元、采样电路、MCU控制单元、FP控制单元提供工作电压;采样电路完成控制信号的采样;人机界面用来显示调节阀的工作状态;MCU控制单元根据阀位反馈单元提供的阀位信号和采样电路提供的设定值信息，产生相应的控制策略，以驱动FP控制单元工作;FP控制单元驱动压电阀动作，从而实现调节阀的动作;HART通信单元实现与MCU控制单元的数据交换以及与外界的数字通信。

智能定位器调节阀通过HART通讯实现运行监控发布时间：2021-08-03T06:41:09.914Z 来源：《电力设备》2021年第5期作者：刘卓[导读] 可以大大提高维修效率，减少维修及停机时间，降低维修成本。

（中国石油哈尔滨石化分公司仪电车间）摘要：智能定位器调节阀在线监测、诊断、组态、校验等，实行一体化管理方案，对调节阀的实际状况进行实时性监控及处理，能够提供准确有效的数据，编制有针对性的维修策略。

以Honeywell的PKS系统模拟量输出AO卡为基础，通过HART通讯，采集智能定位器实时运行数据，实现调节阀在线监测与诊断，达到调节阀预知维修的目的。

中关键词：预知维修；智能定位器；调节阀；HART通讯；模拟量输出AO卡；阀门监控前言工业4.0时代下，利用大数据以及智能仪表的数据分析而推出的预知性维修，已经成为发展趋势。

智能定位器调节阀在线监测、诊断、组态、校验等，实行一体化管理方案，对调节阀的实际状况进行实时性监控及处理，能够提供准确有效的数据，编制有针对性的维修策略，使调节阀的维护更加方便可靠。

可以大大提高维修效率，减少维修及停机时间，降低维修成本。

一、调节阀专业维修存在的短板现阶段，调节阀专业维修工作主要以“事后维修”为主，“预防维修”为辅，不能有效开展预知维修工作。

主要体现在以下方面：1.机械式定位器调节阀，通过DCS系统完成基本的调节控制。

缺乏对调节阀本体的实时监测功能，缺乏对调节阀运行状况变化的分析与预测功能。

对于调节阀卡涩、动作偏差、运行缓慢故障等不能进行预警。

2.智能定位器调节阀，虽然支持HART协议，但未能实现与DCS系统的实时通讯，缺乏对调节阀本体的实时监测功能。

在日常工作中，维护人员只能以“点对点”模式进行维护。

利用手操器，在现场对单台智能定位器进行参数整定、自动校验等操作，效率低下。

而且，智能定位器的自诊断、在线组态、在线校验等功能，未能与DCS系统相互融合，未能充分发挥智能定位器的作用，DCS系统缺乏对整套装置智能定位器集中监测管理的功能。

收稿日期:2004-02-19作者简介:肖素枝(1979-),女,河北邢台人,硕士,主要从事智能式仪表设计与开发。

基于HART 协议的二线制智能阀门定位器肖素枝,王化祥(天津大学自动化学院,天津300072) 摘要:介绍了基于H ART 协议的二线制智能阀门定位器系统硬件、软件设计及H ART 通信,并重点讨论实现系统的低功耗设计措施。

该系统可与智能现场设备或上位机进行双向通信,具有自诊断、远程参数设定等功能。

关键词:H ART 协议;智能阀门定位器;二线制;低功耗中图分类号:TP273;TP336 文献标识码:B 文章编号:100020682(2005)022*******A tw o 2wire smart valve positioner based on the HART protocolXI AO Su 2zhi ,W ANG Hua 2xiang(Tianjin University ,Tianjin 300072,China ) Abstract :This paper presents a smart valve positioner based on the H ART protocol and the design of its hardware and s oftware as well as the im plementation of the H ART communication for the positioner.The paper als o discusses the strategy of achieving low 2power consum ption.This system can perform bidirectional communi 2cation with a field bus ,transmitters or a m onitoring com puter ,and posseses the functions of rem ote 2setting oper 2ating parameters ,self 2diagnosis and s o on.K ey w ords :H ART protocol ;smart valve positioner ;tw o 2wire system ;low 2power consum ption0　引　言 笔者研制的基于H ART 协议的智能阀门定位器在兼容原有模拟信号传输的基础上,增加了与上位机和现场设备的通信功能。

制造业自动化基于ＨＡＲＴ协议的智能电气阀门定位器王化祥，　马 敏，　肖素枝（天津大学　电气与自动化工程学院，　天津　３０００７２）摘要：二线制智能电气阀门定位器是阀门定位器的主流发展方向。

本文详细阐述了基于ＭＳＰ４３０单片机的智能阀门定位器软硬件设计，给出了ＨＡＲＴ协议通讯的实现方法，提出了阀门定位器低功耗设计中应采取的软硬件技术措施。

实际应用表明，该定位器的主要技术性能明显优于传统的阀门定位器。

关键词：二线制；智能电气阀门定位器；压电陶瓷阀；ＨＡＲＴ协议；ＨＴ２０１５；ＭＳＰ４３０中图分类号：ＴＨ８６文献标识码：Ａ 文章编号：１００９－０１３４（２００６）０２－００２７－０４Intelligent electrical valve positioner based on HART protocolＷＡＮＧ　Ｈｕａ－ｘｉａｎｇ，　ＭＡ　ｍｉｎ，　ＸＩＡＯ　Ｓｕ－ｚｈｉ（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，　Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　Ｔｉａｎｊｉｎ　３０００７２，　Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｅｌｅｃｔｒｏ－ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ｖａｌｖｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｗｏ－ｗｉｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｍａｉｎｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｖａｌｖｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒｓ．　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄｈａｒｄｗａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｖａｌｖｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒ　ｕｓｉｎｇ　ＭＳＰ４３０　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｈｉｐ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｇｉｖｅｓ　ｔｈｅ　ｒｅａｌｉｚｉｎｇ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＨＡＲＴ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ，　ａｎｄ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｓｔｒａｔｅｇｅｓ　ｆｏｒ　ｌｏｗ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｗｏ－ｗｉｒｅｖａｌｖｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒ．　Ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｒｅｏｂｖｉｏｕｓｌｙ　ｓｕｐｅｒｉｏｒ　ｔｏ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｖａｌｖｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒｓ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　ｔｗｏ－ｗｉｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ；　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｖａｖｌｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒ；　ｐｉｅｚｏ－ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｃｅｒａｍｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌｖａｌｖｅ；　ＨＡＲＴ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ；　ＨＴ２０１５；　ＭＳＰ４３０收稿日期：２００５－０９－３０作者简介：王化祥（１９４４－），男，教授，博士生导师，天津大学电气与自动化工程学院。

使用HART 通信协议的智能阀门定位器AVP302型SVP3000 Alphaplus AVP302型是一种电－气动智能阀门定位器。

SVP3000 Alphaplus 接收来自控制设备的DC 电流信号并控制气动阀门。

除了基本功能以外，SVP3000Alphaplus 还具有通信功能、自动设定程序以及自诊断功能，极大地提高了生产力和效率。

使用HART 通信装置可执行校准、设定和自诊断。

使用方便•自动设定自动设定功能是一种全自动配置程序，可指定执行机构和调整阀门的零点和量程。

您可使用外部开关方便地打开该程序，因此即使在危险地区也可迅速安全地执行阀门调整。

阀门诊断（软件版本3.A 或更新）通过HART 通信装置或调节阀维护支持系统“Valstaff ”可对下列参数进行监控。

•咬卡•总行程•开度直方图•周期计数•关闭计数•最大开度速度概 述特 点高可靠性•阀座密封如果输入信号低于之前设定的水平，阀座紧密密封功能将完全关闭阀门。

这样就增强了阀门的完全关闭能力。

•自诊断用户使用自诊断功能可随时检查定位器的状态并在发生故障时发出警报。

单一型号适用于多种规格您可在不更换任何部件的情况下更改SVP Alphaplus 的设定。

对单个型号进行设定修改即可适合各型号规格的调节阀。

•输入范围：可设定为任何量程值以进行分程。

•流量特性：线性、等百分比、快开或自定义用户特性•执行机构类型：双作用或单作用型执行机构（需要选购的双作用放大器）HART 通信可使用275型HART 通信装置进行校准、设定和自诊断。

SS4-AVP302-0100 (2版)山武公司适用的执行机构•单作用和双作用型执行机构•直行程和角型行程执行机构认 证JIS隔爆认证Ex d IIC T6 认证 No.C16388FM防爆认证防 爆：I级，1类，A、B、C、D组粉尘防爆：II级，1类，E、F、G组适 用：III级，1类隔 爆：I级，1区，AEx d IIC T6在环境温度< 80°C下认证号3001246安装时需要遵循国家电子委员会的规定。

基于HART协议智能阀门定位器的研究作者：刘会森董全林丁莹张玉莲张春熹来源：《现代电子技术》2016年第15期摘要：针对工控领域阀门控制系统对阀门控制精度高、能耗低的要求，对基于HART协议智能阀门定位器进行了研究，在符合设计要求的基础上，给出了二线制HART型智能阀门定位器的软硬件设计方案。

硬件电路以主控芯片MSP430单片机为主，配以信号采样电路、阀位反馈电路、HART通信电路等组成硬件系统；软件设计采用模块化设计，各响应均以中断请求的方式进行。

该系统满足系统的低功耗，阀位准确控制，具备HART通信等要求，对相关产品的研制具有指导意义。

关键词：阀门定位器； MSP430； HART协议；控制电路中图分类号： TN915.04⁃34； TP273 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2016）15⁃0160⁃04Abstract： Since the valve control system in industrial control field has the demand for the high control accuracy and low energy consumption of the valve， the intelligent valve positioner based on HART protocol is studied. On the basis of complying with the design requirement， the software and hardware design schemes of the intelligent valve positioner of two⁃wire HART type are given. Thehardware circuit takes MSP430 microcontroller as the main controller. The hardware system iscomposed of signal sampling circuit， valve feedback circuit and HART communication circuit. The software design adopts the modular design， and each response are conducted in the form of interrupt request. This system can meet the requirements of low power consumption and accurate valve position control， and has HART communication function. This study has the guide significance to the development of related products.Keywords： valve positioner； MSP430； HART protocol； control circuit0 引言随着工业控制领域不断向着智能化方向发展，各类过程控制仪器也逐渐实现了数字化、智能化、网络化的转变。

智能阀门定位器及其工作原理
智能阀门调节定位器是一种不需要人工矫正和调整的阀门定位器。

它可以自动检测调节阀零点、满度、摩擦系数，并自动设置控制参数。

与传统的阀门定位器不同，智能阀门定位器接受来自控制系统的4～20mA模拟信号，通过驱动力作用于主杠杆，阀门器上阀位的变化通过反馈杆、凸轮、副杠杆和反馈弹簧传递到主杠杆上。

主杠杆上的平衡直接影响挡板喷嘴机构，经由气动放大器来控制气动执行机构的进气与排气，达到设定点。

智能阀门定位器利用物理上的力平衡理论，自动控制阀门，不需要人工干预。

智能阀门调节定位器的特点是数字化控制，能够实现高精确度的气流控制。

通过数字平衡原理来对阀位进行位移控制，能够实现更加精准的控制。

基于HART协议的双向数字通讯，能够实现跟微处理器双向交流的数字通讯，提高了控制的精确度和稳定性。

同时，智能阀门定位器是一个控制回路，具有两级控制，能够实现更加精细的控制。

因此，智能阀门控制器的运用已经成为现代机器控制中不可或缺的一部分，可以提高控制水平和减少故障发生率。

基于HART总线的超低功耗智能阀门定位器的研究和设计的开题报告一、研究背景随着工业自动化的不断发展，智能化的阀门定位器越来越受到企业和用户的青睐。

阀门定位器在过程控制系统中起到非常重要的作用，能够准确地控制工业阀门的开启和关闭状态。

而随着工业自动化的不断深入，阀门数量越来越多，其定位调节的工作也越来越繁重。

同时，阀门的寿命也取决于其开启和关闭的次数，因此需要一种智能化的阀门定位器，能够精确地控制工业阀门的开启和关闭状态，并能实时监测阀门状态，帮助企业进行设备维护和管理。

目前，基于HART总线的智能阀门定位器已经被广泛应用于各种工业控制系统中，其在控制系统中的优越性能和高精度的控制能力得到了广泛认可。

然而，目前市面上的智能阀门定位器存在一些问题，如耗能较高、精度不够高、响应速度较慢等，这些问题制约了其在实际应用中的推广和发展。

因此，本课题旨在研究和设计一种基于HART总线的超低功耗智能阀门定位器，提高定位器的精度和响应速度，减少其能耗，从而能够更好地应用于工业自动化控制系统中。

二、研究内容1. 研究HART总线的原理和特点，分析其在工业自动化控制系统中的应用优势和不足。

2. 分析目前市场上智能阀门定位器存在的问题和局限性，确定本研究的设计目标和要求。

3. 设计基于HART总线的超低功耗智能阀门定位器的电路原理，确定其硬件结构和工作方式。

4. 设计定位器的软件系统，包括实时监测阀门状态、精确控制阀门开启和关闭状态等功能。

5. 对超低功耗智能阀门定位器进行实验验证，验证其能够满足设计要求，具有良好的性能和稳定性。

三、研究意义本课题的研究成果有着很大的实际应用价值。

开发一种基于HART 总线的超低功耗智能阀门定位器，能够提高定位器的精度和响应速度，减少其能耗，从而能够更好地应用于工业自动化控制系统中。

定位器具有良好的性能和稳定性，能够实时监测阀门状态，精确控制阀门开启和关闭状态，为企业的设备维护和管理提供了便利。

Metso-neles NDX 系列智能阀门定位器原理和应用李宝华摘要：metso （美卓）旗下的neles （耐莱斯）在阀门定位器领域有着超过五十年的研发和生产经验，智能阀门定位器高端产品方面已有ND9000系列和ND7000系列，而技术研发始终以市场需求为导向，根据工业领域各应用客户的需求和建议来推动新品研发，美卓于2016年新推出一款NDX 系列智能阀门定位器，主要针对应用HART 通信的一般用户，适用于各个工业领域的单作用气动执行机构/控制阀，为不同用户提供通用的解决方案和设备智能管理的技术支持。

关键词：NDX ；智能阀门定位器；原理；结构；应用引言metso （美卓）旗下的neles （耐莱斯）在阀门定位器领域有着超过五十年的研发和生产经验，参见图1，从1961年生产第一台NP 系列气动阀门定位器开始，又先后推出NE 系列电气阀门定位器和ND800系列智能阀门定位器，之后在ND800基础上研发新一代智能阀门定位器，2003年发布ND9000系列智能阀门定位器，2010年推出增强的故障诊断、在线诊断以及具有鲁棒性、控制性能改善的ND9000系列新版本，随后在2013年推出ND9000固件简化后的ND7000系列智能阀门定位器，ND9000系列和ND7000系列均属智能阀门定位器高端产品，得到市场广泛认可。

美卓的技术研发始终以市场需求为导向，根据工业领域各应用客户的需求和建议来推动新品研发，于2016年新推出一款NDX 系列智能阀门定位器，主要针对应用HART 通信的一般用户，具有超群的性能、独特的增强版诊断、高可靠性和高可用性，适用于各个工业领域的单作用气动执行机构/控制阀，易于安装和组态，可为不同应用提供通用的解决方案、可靠服务和设备智能资产管理的技术支持。

NDX 系列与ND9000/7000系列形成产品层级搭配，有利于多品种差异化选择对比营销。

NDX 系列智能阀门定位器图1 metso-neles 阀门定位器的发展历程图2 metso-neles NDX 系列智能阀门定位器NDX系列智能阀门定位器参见图2，结构分解图参见图3。