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控制閥產品智能化及其發(fā)展趨勢

來源：大連亨利測控儀表工程有限公司   2011年10月31日 11:58  

摘要：本文闡述了智能型控制閥產品種類、功能及回顧了控制閥產品發(fā)展過程，概括介紹了智能型控制閥的發(fā)展趨勢。
關鍵詞：控制閥、執(zhí)行、智能電－氣閥門定位（控制）器、智能電動（電液）執(zhí)行機構、通訊、現場總線
一 引言
        自動化控制中的執(zhí)行是過程控制系統檢測、調節(jié)、執(zhí)行等部分非常關鍵、*的環(huán)節(jié)之一，盡管每個過程控制系統的結構和組成方式不盡相同。而控制閥又是執(zhí)行環(huán)節(jié)的非常重要的執(zhí)行元件，控制閥工作性能直接影響過程控制的性能，對系統能否可靠地運行、保證調節(jié)品質都有十分重要影響?？刂崎y產品隨著過程控制系統的不斷發(fā)展而發(fā)展。
        控制閥作為執(zhí)行器之一，在過程控制系統中起著十分重要的作用，它是整個控制系統的“手腳”?？刂崎y一般由氣（電）動或電液執(zhí)行機構和調節(jié)機構組成氣（電）動、電液控制閥，而氣動控制閥常需配用定位器來使用。
        控制閥接受標準控制信號（模擬、數字），將控制信號變成相應的機械位移（如直線、轉角等），改變閥門、風門、擋板等的流通面積，從而達到對被控對象參數（壓力、流量、溫度、液位等）的控制目的，保證過程控制系統連續(xù)、有效的正常運行。
        隨著各種*技術的不斷發(fā)展，氣動、電動控制閥的智能化產品相繼問世，它們的共同特點是：集微處理器、控制技術、通訊技術及診斷技術于一身，是一種高技術、高可靠性的智能產品，代表著當代控制閥的發(fā)展方向。
二 控制閥技術的發(fā)展及智能產品的特點
        近年來，隨著控制技術、微電子技術、通訊技術的迅速發(fā)展，智能化控制閥產品也得到了迅速發(fā)展。智能電－氣閥門定位（控制）器、智能電動（電液）執(zhí)行機構的相繼開發(fā)及完善，為控制閥產品的智能化提供了可靠的保證。
        按動力劃分，控制閥分為氣動、電動、電液三種。由于氣動控制閥自身的結構特點，若使之實現智能化只能配用智能電－氣閥門定位（控制）器來實現。電動、電液控制閥由于自身配用電源，不需外配其他附件即可實現智能控制。
        我國控制閥的研制是從六十年代開始的，并且只對結構相對簡單的氣動控制閥進行仿制，隨著歷史的發(fā)展，氣動控制閥經歷了從仿制、國家行業(yè)統一設計到引進、合作、自主開發(fā)的過程。與此同時氣動控制閥技術的發(fā)展帶動了電動控制閥技術的不斷發(fā)展，在電動控制閥解決了結構復雜、可靠性低的問題以后，電動控制閥有了快速的發(fā)展。從簡單模擬技術發(fā)展到現在的微電子技術、通訊技術在氣動、電動控制閥技術上的成功應用，為控制閥從模擬到智能跨越鋪平了道路。
1、模擬定位器的不足及數字、智能定位器的特點
        在模擬時代，氣動控制閥的工作是靠自身或配用模擬定位器實現的，而在數字時代氣動控制閥的工作是配用數字智能定位器實現的。因此，對于氣動控制閥的數字化、智能化實際上就是對定位器數字化、智能化。
        模擬定位器由于本身結構的限制，存在著以下不足：
        ☆ 機械結構復雜，零、部件加工、裝配復雜，調試不易。
        ☆ 安裝、調試困難，需反復調試，才可達到要求。
        ☆ 無自我診斷、補償功能，易漂移，工作不穩(wěn)定。
        ☆ 無通訊功能，系統無法了解閥門工作情況。
        數字、智能閥門定位器采用微處理技術和現場總線通訊技術，模塊化設計，兼容模擬定位器，可*替代模擬定位器，可應用于當代的控制系統，其特點如下：
        ☆ 模塊化結構，裝配、更換及其方便簡單。
        ☆ 自動初始化技術，安裝、調試方便，可實現自動修正、校正，不易漂移和變化，現場工作非常穩(wěn)定可靠。
        ☆ 定位器自身帶有PID調節(jié)功能
        ☆ 可通過系統、手操器或定位器本身根據控制需要自定義設置和編程或對定位器指標進行修正。
        ☆ 在不改變閥門結構的情況下，通過智能閥門定位器的自定義設置改變閥的流量特性。例如：直線特性變成等百分比特性或等百分比特性變成直線特性或將非標準特性變成標準流量特性。
        ☆ 定位器本身帶有通訊接口，可按照不同的總線通訊協議（例如：HART、FF、PROFIBUS等）實現系統與現場定位器的雙向通訊，實時了解和掌握控制閥現場工作的情況，為科學決策提供準確數據。
        ☆ 自身帶有閥位信號反饋指示，無需外配其他附件。
        ☆ 診斷功能，對控制閥的工作情況、故障進行自動診斷。如閥芯、閥座的磨損情況，填料、閥桿的密封、磨損情況，氣動執(zhí)行機構的密封情況等進行診斷，為閥門的維修、更換提供科學依據。
        基于以上特點：智能電－氣閥門定位（控制）器的應用將會逐步取代模擬電－氣閥門定位器得到普及，從而使氣動控制閥的智能化控制達到一個新的水平，滿足日益發(fā)展的*控制技術的要求。
2、模擬電動執(zhí)行機構的不足及數字、智能電動執(zhí)行機構的特點
        模擬電動執(zhí)行機構主要由伺服放大單元和控制執(zhí)行單元組成，它接受控制系統、調節(jié)器、手操器等輸出的標準控制信號，輸出與控制信號相對應的機械位移，帶動調節(jié)機構（閥門）產生位移，從而達到控制介質（的流量、壓力、溫度、液位等）目的。雖然模擬電動執(zhí)行機構能夠基本滿足過程控制的基本要求，但是它仍然許多缺點和不足：
        ☆ 電路結構復雜，多采用分立元件，故障率高，可靠性低。平均*工作時間較短。
        ☆電動執(zhí)行機構與伺服放大器分體設計，需在現場連接調試，且連接、調試困難，故障排除不易。
        ☆ 無力矩保護、行程開關，長期使用容易損壞或縮短產品使用壽命。
        ☆ 元器件易損壞，平均*時間短。
        ☆ 主要產品性能指標相對落后，不能滿足高精度要求的場合。
        ☆ 制動器易磨損，不能機械自鎖，對制動器可靠性要求較高。
        新型智能電動執(zhí)行機構除了能夠完成模擬電動執(zhí)行機構能夠完成的任務和功能外，還能實現模擬電動執(zhí)行機構無法也不可能實現的功能，它采用微處理技術和現場總線通訊技術，采用伺服、執(zhí)行一體化設計，通過系統、手操器或現場根據控制需要自定義設置和編程，可以實現控制閥與控制系統雙向通訊、自動初始化、PID調節(jié)、閥位信號反饋、自動標定、自動診斷和校正等功能，滿足控制系統的各種要求，同時新型智能電動執(zhí)行機構實現了多項自動保護和新技術，如：過載保護、電機過熱保護、故障報警等。
        新型智能電動執(zhí)行機構由于采用了微處理技術，數字通訊技術，數字顯示技術，與傳統電動執(zhí)行機構相比具有以下特點：
        ☆ 采用*的微機技術、數顯技術。智能控制器將伺服放大、執(zhí)行合二為一，無需外掛伺服放大器?？娠@示信號數值、閥門開度、報警、初始化設置及自動標定等數值。
        ☆ 控制器一體化設計，單一控制器即可實現多項、多功能控制。主要技術參數指標高于模擬電動執(zhí)行機構，可以滿足高精度控制的要求。
        ☆ 自身帶有PID調節(jié)功能，可直接接受變送器的信號，可通過系統、手操器或執(zhí)行機構本身根據控制需要自定義設置和編程或對執(zhí)行機構指標進行修正。
        ☆ 具有自適應、自調整、自診斷和報警功能，能在執(zhí)行機構上顯示故障代碼或故障狀態(tài)，并能將故障代碼或故障狀態(tài)遠傳到控制室。
        ☆ 部分智能電動執(zhí)行機構具有流量特性修正功能，可方便、靈活地設定、改變控制閥的流量特性，而無需更換閥門的調節(jié)機構，用一種固有流量特性的閥門，實現任意改變流量特性的目的。并可使一些非標準特性的閥門修正為標準特性，滿足控制要求。
        ☆ 采用*的電機及電機控制技術，提高整機的可靠性，平均*工作時間比模擬電動執(zhí)行機構有很大提高。
        ☆ 采用總線通訊技術，可按照不同的總線通訊協議（例如：HART、FF、PROFIBUS等）實現系統與執(zhí)行機構的雙向通訊，實時監(jiān)控閥門的工作情況。
        ☆ 自身帶有閥位反饋裝置，方便使用。
三 智能控制閥產品的發(fā)展趨勢
        控制閥產品的智能化實際上就是電－氣閥門定位器、電動執(zhí)行機構的智能化，目前，我國智能控制閥的應用處在逐步上升階段，用戶已經使用的智能控制閥決大多數是用的是一般的智能功能，在現場總線控制系統沒有很普及的情況下，真正使用*智能化的、帶有通訊和診斷等功能控制閥并不十分普遍。隨著現場總線技術的不斷發(fā)展，*智能化的、帶有通訊和診斷的智能控制閥的應用將會逐步普及并取代模擬控制閥成為控制閥的主流。
        我們可以看出：智能化控制技術和數字控制技術將逐步取代一般電子控制技術和模擬控制技術；機電一體化、模塊化結構將逐步取代組合、分立結構；帶遙控的非接觸調試技術將逐步取代手動接觸調試技術；總線通訊技術會逐步普及。這是智能化控制閥的發(fā)展趨勢。
        當前，現場總線控制系統（FCS）的發(fā)展給自動化控制系統帶來了一場革命，它集計算機技術、通訊技術、和控制技術于一體，代表了控制系統發(fā)展方向，現場總線控制技術的發(fā)展必然要求現場儀表滿足控制技術的要求。現代控制技術要求作為執(zhí)行器之一的控制閥不單單只是實現簡單的執(zhí)行功能，而是要求控制閥在可靠地完成執(zhí)行功能的同時，能夠具有控制、運算、診斷和通訊等功能。由此可以看出，控制閥的智能化不是簡單的數字化，不是簡單的模擬換數字。智能控制閥的發(fā)展步伐已經相對落后于智能調節(jié)儀表、智能檢測儀表的發(fā)展，因此對控制閥的智能化的研究和開發(fā)還有許多工作要做，目前已經應用的產品還有許多地方需要完善，相信隨著研究工作的不斷深入，智能控制閥將會有很大的發(fā)展。
 

四 結束語
        在過程控制領域中，控制閥扮演著十分重要的角色，而常規(guī)的模擬控制閥已經不能*現代控制技術的要求，需要一種集微電子技術、控制技術、通訊技術、軟件技術和常規(guī)控制技術于一身的控制閥來替代常規(guī)控制閥，智能型控制閥就是這樣一種產品，而這種具有多功能、智能化的產品正以常規(guī)產品不可比擬的優(yōu)勢，逐步在控制系統得到應用，因此，智能化將成為控制閥行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。（注：大連亨利儀表電子工程有限公司可為用戶提供各種智能型控制閥及模擬控制閥產品，您可將您對產品的各種要求傳真至大連亨利儀表電子工程有限公司即可，其余的事交給我們來做。）

 

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