西门子定位器调试及智能定位器技术介绍

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1、西门子定位器调试 及智能定位器技术介绍压电阀介绍：1、引言传统的气动阀中大量使用了电磁铁作为电机械转换级，其把电控制信号转换为机械的位 移，推动阀芯，实现气路的切换或气体压力、流量的比例控制。作为电机械转换级的电磁铁 有价格低廉，操作使用方便等优点；但其也有很多缺点：如功耗大、响应速度不够快、存在发 热及有电磁干扰等。把压电材料的电机械转换特性引入到气动阀中，作为气动阀的电机械 转换级，这是一项不同于传统气动阀的全新技术。采用了压电技术的气动阀在性能上有着传统 气动阀无可比拟的优势。2、压电效应简介对于晶体构造中不存在对称中心的异极晶体，加在晶体上的张紧力、压应力或切应力，除 了产生相应的变形

2、外，还将在晶体中诱发出介电极化或电场。这一现象被称为正压电效应；反 之，若在这种晶体上加上电场，从而使该晶体产生电极化，则晶体也将同时出现应变或应力， 这就是逆压电效应。两者通称为压电效应。1880 年居里兄弟发现了电气石的压电效应，从此开 始了压电学的历史。压电式气动换向阀即是利用压电逆效应而研制的。3、压电技术在气动阀中的应用1、微型直动式换向阀利用压电材料在电场作用下的变形，来实现气动阀阀口的开启和关闭，这样就可以做成微 型直动式换向阀。如下图所示的微型二位三通换向阀，1 口为进气口，2 口为输出气口，3、口 为排气口，阀中间的弯曲部件为压电材料组成的压电片。当没有外加电场作用时，阀处于

3、：图1 状态：进气口关闭，输出气口2 经排气口3 通大气。当在压电阀片上外加控制电场后，压电阀 片产生变形上翘，上翘的压电阀片关闭了排气口3，同时进气口1 和输出气口2 连通。这样就完全实现了传统二位三通电磁换向阀的功能。图2图12、压电式电气比例调压阀压电材料的变形量正比于施加在其上的电场强度，利用这一特点，可以开发出比例调压阀。如 图3 所示，施加不同的控制电压到压电阀片上，压电阀片产生不同的弯曲变形量，这样就在进 气口1 与输出气口2 之间及输出气口2 与排气口3 之间形成不同的气流阻力，从而在输出气口2 的得到不同的气体压力。由于压电阀片在变形过程中不受机械摩擦力，且压电阀片有响应快功

4、 耗低的特点，基于压电阀片的电气比例调压阀很多性能优于传统的比例调压阀。例如其没有死 区，压力可以从零开始连续调节；其响应快，可满足高速系统的应用要求；其功耗低，对电源 功率要求低。图33、压电阀为先导的气动换向阀把微型压电阀作为先导级，对其气体流量及压力进一步放大，就可以得到符合各种国际 标准外形尺寸的压电式气动阀，同样，其很多性能特点都优于传统的电磁阀。4、压电式气动阀的独特优势及其应用 相对于传统的电磁气动阀，采用压电技术的换向阀，有功耗低、响应快及没有电磁影响等优点，所以其开辟了很多气动技术应用的新领域。4、总结 压电式气动换向阀是把压电技术引入到气动阀中的一项新技术，相对于传统的气动

5、阀，其有 功耗低、响应快、没有电磁干扰、寿命长及不会发热等优点。其在工业及过程自动化控 制领域有广阔的应用。智能定位器：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，能够改善调节阀的流量特性和性能，可以通过与 DCS 或 总线设备进行数字信息通讯，提升企业生产控制能力，为装置的安全稳定生产提供保障。1 常规定位器存在的不足1）常规定位器多为机械力平衡原理，它采用喷嘴挡板机构，可动件较多，容易受温度波动、 外界振动等干扰的影响，耐环境性差；弹簧的弹性系数在恶劣环境下能发生改变，会造 成调节阀非线性，导致控制质量下降；外界振动传到力平

6、衡机构，易造成部件磨损以及 零点和行程漂移，也使定位器难以工作；2）由于喷嘴本身的特性，执行器在稳定状态时也要大量消耗压缩空气，若使用执行器数量 较多，能耗较大；而且喷咀本身是一个潜在故障源，易被灰尘或污物颗粒堵住，使定位 器不能正常工作；3）常规定位器手动调校时需要使用专用设备、不隔离控制回路是不可能的，且零点和行程 的调整互相影响，须反复整定，费时费力，非线性严重时，则更难调整。2智能阀门定位器的组成和原理2.1 智能阀门定位器的组成智能阀门定位器是一种具有 HART 通信协议的阀门定位器，由三部分组成：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；电/气动转换器模

7、件的压电阀； 阀位传感器。2.2 智能阀门定位器的工作原理整个控制回路由两线、420mA信号控制。HART模件送出和接收叠加在420mA信号上 的数字信息，实现与微处理器的双向数字通信。模拟量的420mA信号传给微处理器， 与阀位传感器的反馈进行比较，微处理器根据偏差的大小和方向进行控制计算（一级控 制），向压电阀发出电控指令使其进行开、闭动作。压电阀依据控制指令脉冲的宽度对 应于气动放大器输出压力的增量，同时气动放大器的输出又被反馈给内控制回路，再次 与微处理器的运算结果进行比较运算（二级控制），通过两级控制输出信号到执行机构， 执行机构内空气压力的变化控制着阀门行程。当控制偏差很大时，压电

8、阀发出宽幅脉冲 信号，使定位器输出一个连续信号，大幅度的改变至执行机构的信号压力驱动阀门快速 动作；随着阀门接近要求的位置，命令要求的位置与测得位置的差值变小，压电阀输出 一个较小脉宽的脉冲信号，断续、小幅度的改变至执行机构的信号压力，使执行机构接 近新命令位置的动作平缓。当阀门到达要求的位置（进入死区）时，压电阀无脉冲输出，定位器输出保持为零，使阀门稳定在某一位置不动。3智能定位器的调校 通过就地用户界面设置开关，可完成定位器的增益、正反作用、定位器特性以及是否允 许自动调校等基本设置；在不增加工具的条件下，能够进行自动或手动校准定位器；并 且可以通过就地用户界面手动控制按钮,实现手动控制调

9、节阀。4智能阀门定位器的其他特点1）通过多种组合指示操作状态或警告工况，具有诊断、监测功能；2）耗气量非常小，在0.6MPa稳定状态下，仅为0.12NM3/h，不足常规定位器的8 %；对 气源压力的变化不敏感；3）采用同一型号既可用于直行程又可用于角行程；通过选配双作用模件，可以实现控制双 作用活塞缸执行器；4）使用 HART 通讯协议，与定位器进行双向通信； 5在实际使用中应该注意的问题5.1 对调节信号的带负载能力有较高的要求 在实际使用过程中，智能定位器的输入阻抗较高，当输入信号为 20mA 时，供电电压的最小要求值为12VDC、带负荷能力不小于600Q，否则定位器不能正常工作；最小输入

10、电 流不小于 3.6mA 时，才能确保其性能。5.2 应合理设置定位器的动作死区 定位器死区设置越小，定位精度越高，这就给人们造成一个误区，以为死区越小越好， 但这样会使压电阀及反馈杆等运动部件的动作越频繁，有时会引起阀门振荡，影响定位 器和阀门的使用寿命，故定位器的死区设置不易过小；定位器设置更改后，必须重新调 校后才能生效；5.3 定位器的安装 定位器的安装有一个重要原则就是，定位器、阀杆、反馈杆三部分要构成闭环负反馈。 安装时可以这样检验：定位器安装后，阀杆和反馈杆不连接，用手转动反馈杆，若阀杆 动作方向与反馈杆动作方向相反，则说明已构成闭环负反馈；此时要将调节阀阀位置于 50%，并使反

11、馈杆处于水平位置，然后将反馈杆和阀杆固定，这样可以保证定位器工作 在最佳线性段。定位器安装不平正，也会增加其线性偏差。5.4 定位器流量特性的选择 调节阀的流量特性是由阀芯的加工特性所决定的，如果工艺要求与其相符，则定位器的 输出特性应选择线性输出；在实际使用中，若阀芯特性与工艺要求不符，则可以通过定 位器输出特性的设置来改变阀门的整体流量特性，如可以将阀芯为线性特性的调节阀通 过把定位器输出特性设置为等百分比特性，即可将具有线性阀芯的阀门变为等百分比流 量特性的阀门来使用。5.5 定位器的维修 定位器不同的功能模块损坏，造成定位器无法使用时，如果整体更换，费用高昂；这时 可以利用无故障的模块

12、对定位器进行重新组装，但组装后要根据不同的调节阀进行重新 设置，由于使用定位器的调节阀（行程等）变了，利用自动调校可能达不到使用要求， 这时可以先手动调校确定其行程，然后再用自动调校校准。这样可以使调节阀定位精准、 具有合适的响应速度，从而满足过程控制的要求，也可节约大量的资金。西门子定位器的调试： 由于有多种应用，所以定位器装配后必须与执行机构相适应（初始化）。初始化可用以下三种 方式进行：自动初始化 初始化是自动进行的。定位器顺序测定作用方向，行程或转角、执行器的行程时间，并配以执行 器动态工况时的控制参数。 手动初始化执行机构的行程或转角可用手动调整；其余参数同自动初始化一样自动测定。这

13、一功能在软端停 时需要。复制初始化数据（定位器的置换）对具有HART功能的定位器，其初始化数据可以读出并传送到另一个定位器。因此，更换一台故 障定位器，不会因为初始化而中断生产过程。初始化之前，你只需对定位器设置很少参数。其余 参数带有缺值，通常不必修改。只要你遵循如下几点，调试不会有任何问题。注：同时按下匕 键和键，你可以返回前一参数。1.1 直行程执行器调试准备1用相应的安装配件安装定位器。注意： 杠杆比率开关的位置对定位器非常重要。冲程杆比率开关位置5 20mm短33（及以下）25 35mm短90（及以上）40130mm长90（及以上）2推动杆上驱动销钉的位置，到达额定冲程的位置或更高的

14、一个刻度位置后， 用螺帽拧紧驱动销钉。 3用气动管缆连接定位器与执行机构，给定位器提供气源。4连接相应的电流或电压源。5现在定位器处于“ P manual ”方式。在显示屏上一行显示当前电位计的百分比电压值（P）， 例如“P 37.5 ”，显示屏下行“ NOINI”在闪烁：P31.S显示：_6通过 和键移动执行机构达到每一个最终位置，来检查机械装置是否可在全部调整范围内 自由移动。注： 当你保持第一方向键向下按压的同时下压另一方向键时，可快速移动执行机构7现在移动执行器，使杆达到水平位置，显示屏将显示一个介于P48.0到P52.0之间的值。如果 不是这种情况，调整磨擦夹紧单元，直到杆水平并显示

15、“ P50.0 ”时。确切的说，你达到了这一值，定位器能测定的位移将更精确。1.1.1 直行程执行机构的初始化正确移动执行机构，离开中心位置，开始初始化。1 下按方式键丨5秒以上，进入组态方式。bfly显示：2通过短按方式键I響，切换到第二参数。3390显示：己用或：麻注：这一参数必需与杠杆比率开关的设定值相匹配。3用方式键迪切换到下列显示OFF显示：3 ，曲如果你希望在初始化阶段完成后，计算的整个冲程量用 mm 表示，这一步必须设置。为此，你 需要在显示屏上选择与刻度杆上驱动钉设定值相同的值。显示：5下按 键超过5秒，初始化开始用方式键宓切换到如下显示：Gtrfc显示：初始化进行时，“ RU

16、N1 ”至“ RUN5”一个接一个出现于显示屏下行。 注： 初始化过程依据执行机构，可持续 15 分钟。有下列显示时，初始化完成。nr&i在你短促下压方式键匕后，出现显示:4 rNiTH通过下按方式键 超过5秒，退出组态方式。约5秒后，软件版本显示，在你松开方式键时，处于手 动方式。如想进一步设定参数，请见“操作简明概况”或手册。你可在任何时候用自动或手动方式开始初始化。1.1.2 直行程执行器手动初始化利用这一功能，不需硬性驱动执行机构到终点位置即可进行初始化。杆的开始和终止位置可手工设 定。初始化剩下的步骤（控制参数最佳化）如同自动初始化一样自动进行。 直行程执行机构手动初始化的顺序步骤。

17、1对直行程执行机构实行初始化。通过手工驱动保证覆盖全部冲程，即显示电位计设定处于 P5.0 和P95.0的允许范围中间。2下按方式键丨5秒以上，你将进入组态方式。yRy显示：3短按方式键丨，切换到第二参数:3390显示：己闻或己何.注：这一值必需与传送速率选择器的设定相对应。（33。或90 ） 4.用方式键转到下列显示：QFF显示：= 如果你希望初始化过程结束时，测定的全冲程用 mm 表示，你需要在显示器中选择与驱动销钉在杆 刻度上设定的值相同，或对介质调整来说下一个更高的值。5通过下按方式键丨两次：6下按增加键5秒以上，开始初始化显示:7. 5秒之后，显示改变：用增加键（）和减少键（）趋动执

18、行机构到你规定的两个终端位置的第一个位置。然后下按方式键 。用这种方法，当前位置被终点位置1 取代，并将切换到下一步。注：如果信息RANGE在出现，所选终点位置在规定测量范围之外。可通过以下措施纠正这一错误：调整磨擦夹紧单元，直到出现OK,然后再按一次方式键。用增加键和减少键趋动到另一个结束位置。下按方式键，中断初始化，你已切换到手动方式，按照第1步校正行程和测量位置。 8第7步成功完成后，出现下列显示：现在用增加（）和减少（）键驱动执行机构到你希望规定的第二终点位置。然后下按方式键当 前位置将被终点位置2 取代。注：如果信息RANGE出现在下行，所选终点位置超出允许的测量范围，或者是测量跨度

19、太小。 有几种选择可纠正这一错误：用增加和减少键驱动到另一终点位置。通过下按方式键中断初始化，这样你已切换到P Manual方式，按照步骤1修改行程和进行 位置测量。注：如果信息Set Middle出现，杆臂需要增加和减少键移到水平位置，并按压方式键。这样调整 直行程执行机构正弦修正基准点。9初始化的停止是自动出现的。RUN1到RUN5顺序出现在显示屏的下行。当初始化已全部完成 时，岀现如下显示：显示：腮如果已有3YWAY参数输入设置了杆长，显示屏首行附加出现以mm表示的规定冲程。短按方 式键 ， 5INITM 再次出现在下行。这表示，你现在是重来一次组态方式。下按方式键 超过5 秒 离开杆组

20、态方式。接近5 秒后，软键显示将出现。松开方式键后，装置将在 Manual 方式。1.2 角行程执行器调试准备1.234.注：非常重要： 切换杠杆比率开关成为 90 用相应的配件安装定位器用气动管缆连接执行机构和定位器，并给定位器提供气源、 连接适当的电流或电压源定位器现处于“ P manual”方式。显示屏上行，显示当前电位计电压（P）的百分比值，例如： P 37.5 ”，下行“ NOINI ”在闪烁：P375IDIN!5用和键调整执行机构到每一个最终位置，自由移动遍及全部设定范围，从而可检验机械装置 注： 当你保持第一方向键下按时，再按另一个键，可快速移动执行机构。1.2.1 角行程执行机

21、构的自动初始化 通过正确调整角度，你能移动执行机构，离开中心位置，开始自动初始化：1 下按方式键 超过5 秒，进入组态方式。BRy2用 键调整参数到“ turn ” :3用短按方式键切换到第二参数。第二参数自动设在90显示4 rNJTrl显示5下按 键超过5秒，初始化开始。4用方式键切换到下列显示:显示初始化进行时，“ RUN1 ”至“ RUN5”顺序出现在显示器下行 注： 依据执行机构，初始化可持续 15 分钟。下列显示出现时，初始化完成：上行值是执行机构旋转的全部角度值。（例如 93.5）935在你短按方式键后，下列显示出现：l_L_世L下按方式键 超过5 秒，退出 组态方式。大约5 秒后

22、，软件版本显示。当你松开方式键，单元处于手 动方式。如果想进一步调整参数，利用散页“操作简要说明”或手册。你可随时从自动或手动方 式开始初始化。1.2.2 角行程执行机构手动初始化 利用这一功能，定位器初始化不需要硬性驱动执行机构到终点停止。手工调整行程的开始和终止位 置。初始化步骤的保存（最佳控制参数）可与自动初始化一样自动测定。角行程执行机器手动初始化的顺序步骤：1 按照P18页7.2章，完成对角行程执行机构初始化准备，通过手动驱动保证遍及全部行程，该 行程显示的电位器设定处于允许的P5.0至到P95.5范围之间。2下按方式键超过5秒，用此方法进入组态方式。删显示：3用减少键（一）调整参数

23、YFCT改变。turn显示：4短按方式键，切换到第二参数。注：保证传输速率选择在 905按方式键两次，到下列显示：门口日示 5脚阳显示：下面的步骤与直行程执行机构初始化的第 6 到第9 步相同。 初始化完成后，测定的转角度数出现在显示屏下行。短按方式键后 ， 5INITM 出现在显示屏下行。 现在你再一次处于组态方式。下按方式键 超过5 秒，退出组态方式。接近5 秒软件版本出现。松开 方式键，装置处于手动方式。1.3 复制初始化数据（定位器置换） 有了这一功能，你可以不经初始化即可对定位器调试。这样，就可以不中断生产过程置换一台没经 初始化的定位器给一正在运行的设备。注：初始化（自动或手动）尽

24、可能在后来进行。因为只有这样做，才是对执行机构的机械和动态特 性最佳化调整的定位器。从被置换定位器到置换定位器的数据传输通过 HART 通讯接口。如要置换定位器，必需完成如下步骤：1 从被置换的定位器中，通过PDM或HART通讯器和存贮器中读出装置参数和初始化数据（初 始化时测定的）。如果装置已由 PDM 初始化并且数据已被储存，这一步可以不要。2固定执行器在通常位置上（机械的或气动的）。3从被置换的定位器的显示中读出当前位置值并且记录。如果电子器件有故障，通过执行机构或 阀门的测定来测出当前位置。4拆下定位器，安装定位器杆臂到置换装置上，安装置换定位器的附件，送置传送速率选择开关 在与故障装

25、置相同的位置。读出装置数据和来自PDM或Handheld的初始化数据。5如果显示的当前值与从故障定位器记录的值不一样，用磨擦夹紧装置调出正确值。6现在定位器已经可以操作。 与正确初始化过的定位器相比，精度和动态特性是有限的。特别是硬件停的位置和相应的工作 数据将显出偏差。因而，初始化必需在下一个可能的机会完成。结论：由于采用微处理器和新型元件，智能定位器的性能有了很大的提高，适用范围更广，使 用更加简便、可靠。有很多厂家生产的智能阀门定位器，像 SIEMENS 的 PS2、FISHER 的 DVC5000、YAMATAKE 的 AVP100 等在功能上大同小异，性能上各有优劣，而且也都在进一 步开发软件功能，使其得到充分应用，提高过程控制品质，提升企业管理水平。