气动阀门定位器控制系统的研究

唐文军 刘俊清

江南阀门有限公司

气动阀门定位器控制系统的研究

唐文军 刘俊清

江南阀门有限公司

气动调节阀就是以压缩空气为动力源，以气缸为执行器，并借助于阀门定位器、转换器、电磁阀、保位阀等附件去驱动阀门，实现开关量或比例式调节，接收工业自动化控制系统的控制信号来完成调节管道介质的流量、压力、温度等各种工艺参数。气动调节阀的特点就是控制简单，反应快速，且本质安全，不需另外再采取防爆措施。基于此，本文将着重分析探讨气动阀门定位器控制系统，以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。

气动阀门；定位器；系统

1 、气动调节阀概述

气动调节阀就是以压缩空气为动力源，以气缸为执行器，并借助于阀门定位器、转换器、电磁阀、保位阀等附件去驱动阀门，实现开关量或比例式调节，接收工业自动化控制系统的控制信号来完成调节管道介质的流量、压力、温度等各种工艺参数。它是石油、化工、电力、冶金等工业企业广泛使用的工业过程控制仪表之一。化工生产中调节阀在调节系统中是必不可少的，它是组成工业自动化系统的重要环节，它如生产过程自动化的手脚。

2 、气动阀门定位器控制系统

2.1 气动阀门定位器硬件构成

2.2.1 压电阀。压电阀是里面的压电陶瓷发生形变，研制出的一款两位H通的控制阀。单片机控制驱动电路对压电阀进行控制使其法到关断的作巧，一般的给压电阀提供足够的电压，其就能进行动作，功耗消耗很少几乎为零。它的动作原理如下：没有电压时候如图1加上电压时候如图2所示，压电阀中由压电陶瓷晶体当处于电场中时候产生了变形，从而达到气动阀的开关作用。压电阀在掉电的状态是图1中PV：OFF的模式，此时压电陶瓷片作用在进气口2，切断气源，1和3先导腔连通，输出口1经排气日3通大气。当压电阀通电工作时，压电陶瓷片上翅，工作状态是图1的PV：ON状态，排气口3被堵住，1和2连通构成一个整体，这就好像一个两位H通的换向阀，用来控制阀口的开关。

图1 压电阐掉电状态

图2 压电阀通电状态

2.2.2 气动执行单元。气动执行单元式控制系统中的主要控制部件，它是里面包括调节阀和气化。一般的调节阀有两位两通和两位兰通，本文中用的是两位H通的，两位对格的是大气或者接气源，在PWM脉冲控制下，两位交替工作，并且让气缸里面的活塞一直是处于气室平衡点的左右位置，进而对其进行了控制。它接受的是控制单元的输出信号，并且把其变化成角度或者直线位移，调节阀的通道口的大小被改变，接着对输入和输出的流量进行控制，完成对变量的自动控制。

2.2 气动阀门定位器的软件设计

2.2.1 气动阀门定位器功能规划。参照标准产品功能配置，本文气动阀门定位器只针对直行程特定调节阀对象而设计，部分参数在处理单元内部初始化设定，所以本设计人机监控界面功能包含全部基本参数操作和部分特殊参数功能，模式配置规划为自动模式、手动模式、组态模式和阀门模式。自动模式初始化默认设置参数和状态，显示当前行程、设定信号、占空比和动态偏差手动模式实现切换到手动输入设定信号、手动输入设定值的操作和正反作用方式的选取组态模式完成参数的整定和分程值的输入阀门模式功能包含流量特性选择、死区设定、报警处理功能、信号报警下限和信号报警上限参数修改。

2.2.2 气动阀门定位器软件系统任务设计。采用μC/OS -II实时操作系统，在编写系统的程序之前，必须要对系统任务进行划分并安排优先级。任务划分的目标是：1)满足实时性能。即在最坏的情况下系统中所有对实时性有要求的功能都能正常实现。2)任务数目要合理。任务数目过多每个任务要实现的功能就简单，任务设计简单，但任务方的调度操作与任务间的通信活动增加，使系统运行效率低，资源开销大，任务数目过少，则每个任务需要实现的功能就繁杂，但可免除不少通信工作，减少共享资源数量，减轻操作系统的负担，减少资源开销。3)简化软件系统。一个任务要实现其功能，除了需要操作系统的调度功能支持外，还需要操作系统的其他服务功能，如时间管理功能、任务之间的同步功能、任务之间的通信功能、内存管理功能等，合理划分任务，可以减少对操作系统的服务要求，使系统的功能得到裁剪，简化软件系统，简小代码规模。4)降低资源需求。合理划分任务，减少或简化任务之间的同步和通信要求，就可以减少相应数据结构的内存规模，从而降低对系统资源的需求。

总而言之，阀门定位器是调节阀控制系统中的核心部件，它与调节阀、传感器等一起构成一个闭环控制回路。 阀门静态特性和动态特性的不同直接影响了阀门的质量特性，特别是具有流量调节作用的调节阀。 阀门定位器的使用有助于克服流体介质的扰动和阀门填料的摩擦力，可提高系统控制精度，同时增加控制的灵活性。 气动调节阀也是石油、化工、电力、冶金等工业企业广泛使用的工业过程控制仪表之一。这就要求我们在以后的实际工作中必须对其实现进一步研究探讨。

[1]董盛昕. 开关阀控双作用式气动阀门定位器控制研究[D].哈尔滨工业大学，2013.

[2]孙冰恒. 双作用式开关阀控气动阀门定位器控制研究[D].哈尔滨工业大学，2008.

[3]赵明南. 均热炉排烟阀门智能定位器控制系统的研究[D].武汉科技大学，2014.

[4]武自才，郭万军. 智能阀门定位器控制系统设计[J]. 仪器仪表标准化与计量，2006，06：39-41.