關(guān)于智能電氣閥門定位器的應(yīng)用探討

2013-09-03 牟鐵江 新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局

  智能電氣閥門定位器是智能氣動執(zhí)行器的核心控制部件,其采用了先進(jìn)的集成電路控制技術(shù),配合氣動執(zhí)行器中其他設(shè)備實現(xiàn)對工業(yè)機械的全方位控制,提高實際生產(chǎn)效率;同時其克服了傳統(tǒng)閥門定位器的缺陷,提高了調(diào)節(jié)閥門控制的速度和精確度,使閥門的控制更加精確和完善,F(xiàn)從電氣閥門定位器的發(fā)展歷史出發(fā),探討智能電氣閥門定位器的研制及實際應(yīng)用。

  智能電器閥門定位器是閥門定位器發(fā)展史上的一個里程碑,它克服了傳統(tǒng)閥門定位器耗能大、速度慢的缺陷,大大地提高了工業(yè)生產(chǎn)的工作效率。智能電氣閥門定位器耗能低、功率大,在國外已較為普遍的研發(fā)應(yīng)用,其技術(shù)也在應(yīng)用的基礎(chǔ)上不斷進(jìn)行革新升級。我國智能電氣閥門定位器的研發(fā)和應(yīng)用起步較晚,目前,應(yīng)用較普遍的仍是20世紀(jì)80年代傳統(tǒng)的電氣閥門定位器,其已越來越不能滿足我國工業(yè)化進(jìn)程的要求。為了進(jìn)一步完善工業(yè)機械控制系統(tǒng),做好智能電氣閥門定位器的研制工作迫在眉睫。

1、智能電氣閥門定位器的發(fā)展及其在我國的應(yīng)用

  氣動閥門定位器在不同階段有著不同的技術(shù)特點,初期的氣動閥門定位器是利用力的平衡原理,這種定位器工作時易磨損、速度較慢、精度較低,在安裝過程中需要經(jīng)歷一個復(fù)雜而冗長的過程,不能保證達(dá)到預(yù)期的控制效果。而且這種閥門定位器缺乏靈活性,不能根據(jù)各程序的需要進(jìn)行靈活的調(diào)節(jié),給相關(guān)工作帶來了極大的不便。隨著時代的發(fā)展,新型的閥門定位器應(yīng)運而生,在技術(shù)上逐漸替代了傳統(tǒng)閥門定位器,使其性能得到極大的提高。目前,我國機械制造業(yè)中對閥門定位器的應(yīng)用還處于轉(zhuǎn)型階段,智能電氣閥門定位器并沒有得到普及,傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電氣閥門定位器依然占有較大比例。為了滿足現(xiàn)階段我國大規(guī)模工業(yè)化需求,我國正積極進(jìn)行智能電氣閥門定位器的研發(fā)和應(yīng)用推廣工作,這對提高我國工業(yè)機械的綜合生產(chǎn)能力有很大的幫助。從某種意義上講,智能電氣閥門定位器代表了工業(yè)發(fā)展的新方向,我國必須跟上這一發(fā)展主流。

2、智能電氣閥門定位器的研制方向

  智能電氣閥門定位器的研發(fā)主要從以下幾個方面入手:

  (1)二線制智能執(zhí)行器的電源設(shè)置;

  (2)取樣電路的設(shè)置;

  (3)構(gòu)建基于MSP430單片機的控制系統(tǒng);

  (4)電氣轉(zhuǎn)換控制部分;

  (5)閥位反饋單元。

  我們只有從以上幾方面入手進(jìn)行深入研究,結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)對調(diào)節(jié)控制技術(shù)提出要求,并在實際機械控制作業(yè)中對智能電氣閥門定位器技術(shù)進(jìn)行有針對性的研發(fā),才能不斷完善,加速其應(yīng)用和普及速度。

3、智能電氣閥門定位器的相關(guān)技術(shù)

  智能電氣閥門定位器的技術(shù)難點主要包括:超功耗電源電路的設(shè)計、超低功耗MSP430單片機系統(tǒng)的設(shè)計以及取樣電路的設(shè)計3大部分。電源電路是控制電路設(shè)計中不可忽視的環(huán)節(jié)之一,電源電路設(shè)計的合理與否直接影響整個控制系統(tǒng)的耗電量及運行效率。在設(shè)計單片機系統(tǒng)時,首先要根據(jù)單片機的特性,合理優(yōu)化整個系統(tǒng),將多個環(huán)節(jié)銜接起來,從整體考慮如何優(yōu)化設(shè)計,結(jié)合整個軟件系統(tǒng)將設(shè)計進(jìn)行到底。新型的閥門定位器之所以優(yōu)越于傳統(tǒng)的氣動閥門定位器,耗能小是最主要的優(yōu)點。因此在取樣電路的設(shè)計中也要充分考慮能耗的大小,應(yīng)用單電源以減少耗能。尤其是在取樣電路的設(shè)計過程中,低端電流檢測極易引入外來的電阻,對控制系統(tǒng)具有較大的破壞性,如何解決這一問題具有較高的技術(shù)難度,需要技術(shù)人員投入一定的精力進(jìn)行攻關(guān)。

4、智能電氣閥門定位器的應(yīng)用優(yōu)勢

  智能電氣閥門定位器隨著時代的發(fā)展應(yīng)運而生,它具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

  (1)在石化原料生產(chǎn)的過程中,智能電氣閥門定位器的高精度性可以提高其生產(chǎn)的質(zhì)量和速度。

  (2)可使用智能電氣閥門定位器改善總體的生產(chǎn)及加工系統(tǒng),進(jìn)而改善控制系統(tǒng),克服落后技術(shù)造成的負(fù)面影響。

  (3)在其他的工業(yè)領(lǐng)域,例如石油、冶金、化工方面都可以充分發(fā)揮其作用,使其更好地服務(wù)于社會。

  (4)智能電氣閥門定位器使生產(chǎn)加工的過程變得更加簡潔、高效率,在生產(chǎn)加工過程中提高了安全性,也取得了更大的經(jīng)濟效益。

5、智能定位器的調(diào)試

  智能電氣閥門定位器在控制過程中利用智能閥門的特性可以實現(xiàn)高效率的調(diào)節(jié),從而確保和增加生產(chǎn)及加工的精確性和穩(wěn)定性,實現(xiàn)機械設(shè)備更好的運轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)閥是控制體系中的終端,其一旦發(fā)生故障,將對整個裝置的安全性能產(chǎn)生巨大影響,影響設(shè)備的穩(wěn)定運行。而運用智能閥門定位器就可以方便、快捷地改善調(diào)節(jié)閥的整體性能和流量特性,并通過和DCS系統(tǒng)以及總線設(shè)備進(jìn)行實時數(shù)字信息的傳遞或通訊,以保障裝置的穩(wěn)定性和安全性,確保生產(chǎn)的順利進(jìn)行。下面以智能電氣閥門定位器在氣動執(zhí)行器中的應(yīng)用為例進(jìn)行簡要說明。

5.1、調(diào)試準(zhǔn)備

  檢查定位器與執(zhí)行器是否準(zhǔn)確連接,并接線正確,定位器是否提供1.4×105~7×105Pa的工作氣源和18~35V電壓源或4~20mA電流源。在操作過程中,通過3個按鍵檢查執(zhí)行器在全部調(diào)整范圍內(nèi)是否可以自由移動,然后移動執(zhí)行器使桿達(dá)到水平位置,這時顯示屏將顯示一個48%~52%之間的值,這樣定位器就能夠較為準(zhǔn)確地測定桿的位移,進(jìn)而調(diào)整定位器連桿。

5.2、自動或手動進(jìn)行初始化

  氣動執(zhí)行器,其初始化的過程實際上是定位器微處理器采集執(zhí)行器數(shù)據(jù)的過程,從理論上講,是定位器與執(zhí)行器相匹配的過程。在數(shù)據(jù)采集過程中,定位器能自動測定和設(shè)置執(zhí)行器的作用方向、行程時間以及大多數(shù)的執(zhí)行參數(shù),少數(shù)參數(shù)需要技術(shù)人員根據(jù)實際需要進(jìn)行手動設(shè)置。

5.3、復(fù)制初始化數(shù)據(jù),定位器更換

  當(dāng)某臺定位器出現(xiàn)故障,需要更換,而工藝系統(tǒng)又不允許對定位器進(jìn)行初始化時,可以使用這一功能對定位器進(jìn)行調(diào)試。采用一臺未經(jīng)初始化的定位器與當(dāng)前執(zhí)行器進(jìn)行連接,用HART通信器從需要更換的定位器中采集數(shù)據(jù),并復(fù)制到新定位器上,待工藝系統(tǒng)停運時,再對該定位器進(jìn)行初始化,這樣數(shù)據(jù)沒有丟失,工藝系統(tǒng)可以正常運行。

5.4、定位器的綜合適應(yīng)能力

  如何保證智能電氣閥門定位器在極端高溫或低溫環(huán)境以及震動強烈的管道或強輻射、強磁的環(huán)境中能夠正常工作,是智能電氣閥門定位器未來的發(fā)展方向。針對這方面的問題,國內(nèi)研究人員開發(fā)了將閥位傳感器與智能定位器進(jìn)行分離式安裝的技術(shù),在一定程度上起到了穩(wěn)定智能電氣閥門定位器工作狀態(tài)的作用。但在目前的技術(shù)水平下,雖然可以保證極端環(huán)境下智能電氣閥門定位器的正常工作,但也大大降低了智能閥門的使用壽命。這種技術(shù)并不能從根本上解決智能電氣閥門定位器在惡劣作業(yè)環(huán)境中的高損耗問題。因此,作為衡量智能電氣閥門定位器性能的重要指標(biāo),提高智能電氣閥門定位器對極端環(huán)境的適應(yīng)能力至關(guān)重要。

6、結(jié)語

  智能電氣閥門定位器的出現(xiàn)具有劃時代的意義,其應(yīng)用普遍提升了工業(yè)制造業(yè)的生產(chǎn)及加工效率,提高了生產(chǎn)力水平,促進(jìn)了生產(chǎn)關(guān)系的協(xié)調(diào)發(fā)展。隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展,科技的不斷進(jìn)步,包括CPU在內(nèi)的新型器件的不斷更新和應(yīng)用,推動了智能電器閥門定位器的性能的提升,其精度和應(yīng)用范圍也不斷擴大,前景廣闊。針對我國工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)實要求,在實際應(yīng)用中還應(yīng)選擇控制效果更好,能夠充分匹配調(diào)節(jié)回路,能夠適應(yīng)特殊環(huán)境要求且使用壽命較長的智能電氣閥門定位器。這樣,才能在實際應(yīng)用中使其性能得到充分的發(fā)揮,進(jìn)而帶動工業(yè)和其他相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。

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