| SAMSON電/氣閥門定位器原理及功能 |
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閥門定位器伴隨著控制閥的應(yīng)用已有幾十年的歷史了，由于閥門定位器的出現(xiàn)，使控制閥的控制度、抗干擾能力、響應(yīng)時(shí)間、流量特性等得到了大大地改善，現(xiàn)在幾乎所有的控制閥都使用了閥門定位器，它已經(jīng)成為控制閥*的搭檔，在自控元件中起著越來(lái)越重要的角色。本文主要介紹SAMSON 閥門定位器的工作原理和功能，通過(guò)列舉模擬和數(shù)字閥門定位器，使大家能夠比較全面地掌握閥門定位器，其目的是為了我們更地理解和應(yīng)用閥門定位器。
雖然閥門定位器由Z初的氣/氣閥門定位器、電/氣閥門定位器發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)字閥門定位器、區(qū)域總線閥門定位器，但它們的基本原理和主要功能都沒(méi)有大的改變。 SAMSON的閥門定位器也跟隨著控制技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了由氣動(dòng)、電動(dòng)、數(shù)字、發(fā)展到現(xiàn)在的區(qū)域總線閥門定位器。在世界同類產(chǎn)品中，SAMSON 的閥門定位器以它的結(jié)構(gòu)緊湊、耗氣量低、工作、定位器中可選附加功能多等勢(shì)得到了大家廣泛的評(píng)。
為了便于大家討論，我們先復(fù)習(xí)一下定位器中的基本自控元件。
定位器中基本自控元件介紹--電/氣轉(zhuǎn)換器原理
隨著儀表技術(shù)的發(fā)展，氣動(dòng)儀表領(lǐng)域已逐步被電動(dòng)儀表和計(jì)算機(jī)控制所占領(lǐng)，現(xiàn)在只有在一些特殊的場(chǎng)合還在使用氣動(dòng)儀表，作為儀表中的閥門附件“定位器”也由原來(lái)的氣動(dòng)閥門（P/P）定位器逐步由電/氣（E/P）閥門定位器所代替。
那么在電/氣閥門定位器中輸入的電信號(hào)是如何轉(zhuǎn)換成氣信號(hào)的呢？我們以SAMSON 6111 型電/氣轉(zhuǎn)換器為例介紹一下它的工作原理見圖1：
圖1 Function Diagram of 6111
圖1A Type 4763 氣動(dòng)功率放大器（8）在設(shè)計(jì)時(shí)；選用合適的彈簧力（8.2），使當(dāng)輸入信號(hào)為0 mA 時(shí)保持輸出PA 在100mbar ，這樣輸出的壓力通過(guò)恒節(jié)流孔（8.4）使噴嘴（7）內(nèi)有一定的背壓。
當(dāng)輸入的信號(hào)增加時(shí)；通電的線圈（2）切割*磁鐵（3）的磁力線，產(chǎn)生向上的力→擋板（6）靠近噴嘴（7）使背壓（PK）增加→膜片（8.3）↓→打開閥芯（8.5）→輸出PA↑。
當(dāng)輸入信號(hào)減少時(shí)；擋板（6）離開噴嘴（7）→背壓（PK）減少→輸出壓力（PA）作用下膜片（8.3）↑→閥芯（8.5）關(guān)死→輸出壓力通過(guò)閥芯（8.5）釋放。
當(dāng)PA 同PK 平衡時(shí)輸出壓力保持不變；這時(shí)電信號(hào)在線圈（2）中產(chǎn)生的力也同背壓（PK）取得平衡。
這樣輸入的電信號(hào)就轉(zhuǎn)換成氣信號(hào)了。
定位器的組成
以SAMSON 的4763 電/氣閥門定位器（圖1A）為例，定位器主要組成部分見圖2。
圖2
1.反饋桿（1） 2.反饋彈簧（6） 3.反饋風(fēng)箱（7） 4. 氣動(dòng)功率放大器（7下部） 5. 電/氣轉(zhuǎn)換器（21） 定位器工作原理
1. 模擬定位器
我們還是以SAMSON的4763定位器為例（參考圖3）。我們?cè)O(shè)：調(diào)節(jié)閥為FC（氣開）；定位器為正作用
圖3 A）閥位根據(jù)輸入信號(hào)成比例動(dòng)作
輸入信號(hào)↑→Pe 點(diǎn)氣壓↑→反饋風(fēng)箱中連桿（9）向左動(dòng)作→壓緊彈簧（6），擋板（10.2）靠近噴嘴（10.1）→輸出風(fēng)壓↑→閥桿（對(duì)于氣開閥）↑→壓緊彈簧（6）→ 反饋風(fēng)箱中連桿（9）向右動(dòng)作→擋板（10.2）離開噴嘴（10.1）→輸出氣壓（Pst）↓。當(dāng)反饋彈簧的力與反饋風(fēng)箱的力平衡時(shí)，閥位保持與輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的位置。
B）定位
當(dāng)輸入信號(hào)不變時(shí)：由于條件變化導(dǎo)致閥桿↑→壓緊執(zhí)行器彈簧→壓緊彈簧（6）→反饋風(fēng)箱中連桿（9）向右動(dòng)作→擋板（10.2）離開噴嘴（10.1）→輸出氣壓↓→由執(zhí)行器向下的彈簧力使閥位回到原來(lái)的地方。
由于條件變化導(dǎo)致閥桿↓→放松執(zhí)行器彈簧→放松彈簧（6）→反饋風(fēng)箱中連桿（9）向左動(dòng)作→擋板（10.2）靠近噴嘴（10.1）→輸出氣壓↑→使執(zhí)行器向上運(yùn)動(dòng)使閥位回到原來(lái)的地方。
2.數(shù)字閥門定位器
數(shù)字閥門定位器與模擬閥門定位器的主要區(qū)別是：偏差計(jì)算、反饋信號(hào)處理、輸入/輸出信號(hào)處理等采用了數(shù)字集成電路和微處理器進(jìn)行處理。
以SAMSON TYPE 3780為例，參考圖4和圖5：
圖4 3780 Positinoer
圖5 Function Diagram of 3780 定位器的輸入模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后至微處理器（2）；閥門的變化信號(hào)經(jīng)過(guò)位置感應(yīng)傳感器（5）和A/D轉(zhuǎn)換也同時(shí)到達(dá)微處理器。微處理器根據(jù)輸入信號(hào)和閥位信號(hào)的偏差經(jīng)過(guò)計(jì)算和輸出控制信號(hào)使供氣電磁閥3和排氣電磁閥4工作，使閥位與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)。通信用的HART信號(hào)是經(jīng)過(guò)解調(diào)器（1）后至微處理器。
3.HART 定位器
HART定位器同模擬定位器的主要區(qū)別是：
1）定位器在接收4~20mA 模擬信號(hào)的同時(shí)，還可接收到在4~20mA 模擬信號(hào)上疊加的一個(gè)帶有HART 傳輸協(xié)議的交流信號(hào)。2）模擬的4~20mA 信號(hào)用于控制閥位，定位器可以用模擬信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行閥位調(diào)校。3）HART 信號(hào)主要用于定位器的設(shè)定和組態(tài)以及閥門的故障診斷（取決于定位器功能）。
4.PROFIBUS 和Fieldbus 定位器
主要特點(diǎn)是：
1）信號(hào)的傳輸是通過(guò) PROFIBUS 或Fieldbus 協(xié)議的區(qū)域總線進(jìn)行的。2）定位器不能直接接受4~20mA 的模擬信號(hào)。3）定位器中含有符合相關(guān)協(xié)議的輸入，輸出及PID 控制模塊。4）檢查和調(diào)校定位器；必須用能與定位器進(jìn)行通訊和含有應(yīng)用軟件的設(shè)備進(jìn)行。
定位器的基本功能
1. 比例動(dòng)作和定位作用
比例動(dòng)作：根據(jù)輸入的信號(hào)，使閥門的閥位與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)。定位作用：當(dāng)輸入信號(hào)固定時(shí)，閥位不受條件的變化而變化。
2. 功率放大
針對(duì)氣動(dòng)輸入信號(hào)而言，定位器可將輸入的氣信號(hào)；通過(guò)定位器中的氣動(dòng)功率放大器進(jìn)行放大，使微小的信號(hào)就可以控制閥門動(dòng)作。
3. 提閥門的控制度
由于定位器是根據(jù)輸入信號(hào)與閥門位置的偏差對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)整的，一旦輸入信號(hào)與閥門位置有偏差，定位器將自動(dòng)調(diào)整輸出信號(hào)以改變閥位，直到閥位與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)為止，這樣大大提了閥門的控制度。
4. 克服摩擦力
由于定位器本身的定位閉環(huán)控制，當(dāng)摩擦力變化時(shí)（指閥桿的填料、執(zhí)行器的密封等部分的摩擦力）；定位器可以根據(jù)由摩擦力造成的位置偏差，自動(dòng)增加或減少輸出到執(zhí)行器的壓力，以克服摩擦力對(duì)閥門開度造成的影響。
5. 改變作用方式
通過(guò)定位器我們可以改變閥門的作用方式。
6.改變閥門特性曲線
閥門的流量特性，除了在閥門制造時(shí)通過(guò)改變閥芯/座的形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)外；我們還可以在定位器中，通過(guò)改變反饋量（模擬定位器）和設(shè)定參數(shù)（數(shù)字定位器）來(lái)改變閥門的流量特性。SAMSON 定位器中只有數(shù)字定位器（3730-2/3，3780，3785，3787）和在角行程應(yīng)用時(shí)的3767模擬定位器；可以通過(guò)定位器改變閥門的流量特性。用定位器改變閥門流量特性的實(shí)質(zhì)是：通過(guò)改變定位器輸入信號(hào)和閥位的關(guān)系來(lái)改變閥門的開度，實(shí)現(xiàn)不同的閥門流量特性。我們看一下通過(guò)閥芯形狀實(shí)現(xiàn)等百分比特性和通過(guò)定位器實(shí)現(xiàn)等百分比特性有何不同呢？
當(dāng)利用閥芯形狀改變調(diào)節(jié)閥的流量特性時(shí)，無(wú)論線性和等百分比特性的閥門，它們的開度（行程指示牌）同輸入的信號(hào)是相對(duì)應(yīng)的。（但實(shí)際閥門內(nèi)部的開度是不同的）而通過(guò)定位器實(shí)現(xiàn)等百分比特性的閥門開度；相對(duì)線性特性而言，其輸入信號(hào)同閥位的關(guān)系有明顯的不同，而且它們關(guān)系與閥門的結(jié)構(gòu)和類型以及閥門固有的流量特性有關(guān)。如果閥門的固有流量特性是線性特性，我們就可以利用定位器很方便地改變它們的特性，反之我們要慎重行事。
7.信號(hào)轉(zhuǎn)換/分程控制
我們可以通過(guò)定位器實(shí)現(xiàn)電/氣轉(zhuǎn)換，也可以利用定位器來(lái)實(shí)現(xiàn)閥門的分程控制。
8. 閥門故障診斷（數(shù)字定位器）
在數(shù)字定位器中，我們可以利用定位器實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門的故障進(jìn)行診斷。
9. 整合其它功能（回訊開關(guān)，電磁閥，位置變送器等）
利用定位器我們可以將：回訊開關(guān)，電磁閥，位置變送器等整合在一起，這樣可使閥門的附件之間的連接更加緊湊和，同時(shí)也可提定位器的性能價(jià)格比。
定位器分類
SAMSON 閥門定位器有多種類型和功能，我們按主要類型歸納如下：
1.氣動(dòng)閥門定位器
氣動(dòng)閥門定位器有：Type 3760，4765，3766，3761。
2.電/氣閥門定位器
模擬定位器有：Type 3730-1，3760，3761，3766，4763；數(shù)字定位器有：Type 3730-2，3730-3（HART），3780（HART），3785（PROFIBUS），3787（Fieldbus）。
3.電動(dòng)閥門定位器
模擬電動(dòng)閥門定位器：已經(jīng)整合在3274，5824 等電動(dòng)執(zhí)行器中。
結(jié)束語(yǔ)
由于定位器在閥門使用中起著舉足輕重的作用，如何在實(shí)際應(yīng)用中選用定位器，對(duì)閥門的性能價(jià)格比，過(guò)程控制的穩(wěn)定性有很大關(guān)系，我們只有充分理解和了解定位器，才能充分發(fā)揮它的作用。 |
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