智能阀门定位器PID自整定方案评价设计

2017年12月 设备管理 分析气动智能阀门定位器设计与实现 吴凯飞谢力民（浙江省特种设备检验研究院，浙江杭州310000） 摘要：现代化的工业生产、加工过程中，阀门成为了非常重 要的元件，并且在很多方面都会产生特别大的影响。气动智能 阀门是比较常见的应用类型，同时在功能上较为突出。近年 来，气动智能阀门定位器的设计、实现，开始得到业界内的广泛 关注。文章就此展开讨论，并提出合理化建议。 关键词：气动；阀门；智能；定位器 随着时间的推移，气动智能阀门定位器，需要不断的做出 优化处理，要进一步的对工业生产、加工的多项需求做出良好 的适应。定位器本身表现出的精确程度较高，为了在今后的工 作中不断得到更好的成绩，需要在具体的设计过程中，加强数 据和信息的有效分析；努力在相关的测试工作中，投入较多的 努力，完善定位器的科学性设计。 1气动智能阀门定位器的

智能阀门定位器是气动调节阀实现智能化的必备附件,为了满足现代工业过程控制的智能化、网络化的发展需要,开发研制具有自主知识产权的智能阀门定位器已迫在眉睫。产品设计中采用了压电技术、电磁效应原理、pid和模糊控制理论、气动放大原理、现场总线通信等关键技术,实现了控制室与现场信息的双向传输,提高了气动调节阀在工业过程控制中的调节精度、可靠性和效率。hvp智能阀门定位器填补了国内空白,受到广大用户的一致好评。可以预见,在未来几年内,智能阀门定位器必将成为该领域的主流产品。

上海范氏自动化控制设备有限公司 ·· 概况 avp3000alphaplus是一种配置了微处理器的智能型电－气 定位器，能够直接在目前的4～20madc控制仪表上使用。 这是一种使用上要比传统的电－气定位器更为方便，单 一规格就能够供各种型号规格阀门使用的智能型电－气定位 器。此外，提高了调节阀的控制性能以及用于监控调节阀的 动作（带开度信号变送功能时）等，能够最大限度地发挥效果。 具有通讯能力，自动配置程序和自诊断功能，可以大大 提高生产率和工厂生产的效益。 特点 1、自动设定 自动设定使定位器进入自动调整状态，可实现下列设定： 零点/满度 最佳的执行机构动作速度 对应执行机构的尺寸大小 对应填料的摩擦系数 2、智能通信器 智能通信器可对各类仪表进行功能设定，包括信号量程设定，设定执行机构的作用，阀的作用等，而这一切只需通过 菜单进行即可。 3、气路维护 作为智能仪表，

针对hart协议产品的要求,开发基于hart协议低功耗的智能定位器,给出具体的硬件设计和软件设计,特别是针对阀门定位器的低功耗特性作出分析。

由于使用常规pid控制策略或模糊控制策略控制阀门定位器的方法存在达到稳态时间长和抗干扰能力差等问题,现提出基于灰色预测的模糊—pid控制方法。运用灰色预测对模型更为准确的预测功能,结合模糊控制和pid控制的优点,经过仿真,该方法具有很强的快速响应能力和抗干扰能力。在实践中也证明了该智能阀门定位器的优越性。

在电厂调节系统中,气动执行器是特别常用的终端控制元件。为了适应电厂的安全生产和自动控制技术水平的不断发展,气动执行器在精确性、灵敏性和稳定性等方面的性能也需要不断提高。文章通过许昌龙岗发电有限责任公司对常规机械式阀门定位器的改造实例,使得新型智能阀门定位器在提升气动执行器的各方面性能上表现出明显的优越性。同时,重点介绍了带有三断自锁装置的新型智能定位器的工作原理、调试方法、功能特点等。

本文首先简述常规定位器的不足,然后介绍智能阀门定位器的原理及其在化工生产中的应用,最后介绍智能阀门定位器在化工生产中的问题以及解决的办法.在化工生产过程中运用智能阀门定位器可以提高控制的精确性以及稳定性,从而保证其应用更广泛.另一方面,智能阀门定位器具有独立的模块基座,可以通过切换模块进行重新组合,采用二线制输入输出信号,提高其安全性.随着现代科技的发展以及化工业的增长,智能阀门定位器将会有很好的发展前景.

普通阀门定位器与智能阀门定位器的主要区别 1.控制阀流量特性的实现方式不同 智能定位器的反馈部分采用线性反馈，所需控制阀流量特性是在设定回路实现的。普通 定位器的反馈部分是不同形状的凸轮，通过改变凸轮形状来实现所需控制阀流量特性。详见 5.3节。 2.输入输出方式不同 通常，智能阀门定位器是智能电气阀门定位器。与一般电气阀门定位器比较，智能电气 阀门定位器的输入信号是标准的4～20ma或1～5v电信号，它需要经模数转换后作为微 处理器的输入信号。而一般电气阀门定位器输入信号虽然是4—20ma或l～5v电信号，但 它不需要经模数转换，可直接送电磁线圈产生电磁力，实现力平衡。智能阀门定位器的输出 信号是数字信号，它通常送压电阀组，通过压电阀组的开关来调节送控制阀膜头的气压，一 般电气阀门定位器的输出信号是经气动放大器放大后的气信号。 3.采用的控

阀门定位器是一个非线性、时变及未知模型系统,普通pid无法满足应用过程中快速、高精度要求.文中提出将常规pid控制方法和模糊技术相结合的的控制方式.在分析系统满足ziegler-nichols条件的基础上,运用其设定方法对pid参数进行了归一化处理,并对处理后的单个参数设计了模糊自适应控制算法.实验证明该控制算法控制效果明显优于普通pid.算法计算量小、调节可靠、自适应性强,能够满足工业应用需要.

智能阀门定位器是智能电气调节阀的控制核心,其中的阀位控制算法是实现调节阀阀杆位置精确定位和阀门开度精确调节的关键。传统的五接点开关算法具有算法简单、响应速度快的特点,但是存在参数调整困难,无法适应不同阀芯、不同行程调节阀精确定位的控制要求。为此将传统五节点开关控制与pid控制算法相结合,研究实现了一种阀位自适应控制算法。通过系统初始化程序实现了控制参数的初始整定并在阀位控制过程中实现了pid控制参数的自适应微调。阀门定位控制试验结果表明:该阀位自适应控制算法实现了阀位的准确控制,阀位定位精度满足±1%fs的设计要求。

阀门定位器 一、产品[智能阀门定位器（机内和机外均可）]的详细资料： 产品型号：zxq2003、2004 产品名称：智能阀门定位器（机内和机外均可） 产品特点：zxq2003、zxq2004电动阀门智能定位器是经工业单片机为核心的智能信号采集控制系统，体积小巧，可选择安装在电动执行器的接线盒内或以din 导轨方式固定在外，能直接接收工业仪表或计算机等输出的4-20madc信号（其它输入信号类型可在出厂前定制），与电位器反馈的电动执行器配套对各种阀门 或装置进行精确定位操作，能对电动执行器的转角（或位移）进行自由标定，同时输出4-20madc的执行器转角位置（或位移）反馈转换信号，可按键精确设定 执行器转角位置的下限限位值和上限限位值，定位器采用3个按键操作，9个led灯可直接显示定位器模态，4位数码led通过按键切换显示阀位实际开度值、 阀位设定开度值、定位器壳内

文中介绍了用89系列微控制器作为控制核心,以固态继电器为驱动器,设计远程控制阀门定位器的方法。给出了控制系统的设计原理、控制要求、主要的硬件电路及软件流程。采用复合数字滤波的方法,消除了脉冲干扰,提高了系统的可靠性。实验结果表明:该系统操作方法简单易行、定位准确、控制精度高、能耗低,完全可以满足现场定位控制的要求。

调节阀具有大滞后特性,且进气和排气过程的静摩擦力不同。针对上述控制难点,设计了非对称一维模糊控制算法的阀门定位器,根据给定电压与阀位反馈电压的偏差符号,判断执行进气或排气动作。模糊控制器采用两段式量化因子和比例因子及非均匀性划分的模糊子集;以偏差值作为输入信号,输出信号是pwm波的占空比值。基于dspace实时仿真系统实现智能阀门定位器,实验结果表明:阀门在不同起始阀位处,都能够快速无超调的响应不同幅度的给定输入信号。

针对目前高性能智能阀门定位器严重依赖进口的局面,采用压电比例阀作为电气转换和功放器件,研制了一种新型电子式智能阀门定位器。设计中采用了硬件超低功耗、自适应pid控制算法等关键核心技术,与同类产品相比,具有功耗低、控制性能好、成本低廉等优点。其新颖的驱动模式,属于国内首创。

智能阀门定位器由于具有控制简单,反应快速,精度高等一系列的优点,取代传统的机械式的定位器已经成为一种趋势。同时阀门控制精度与采样信号的精度息息相关,文章介绍了一种采样电路,并对采样精度进行了分析。

目前,智能阀门定位器的设计存在诸多问题,一般情况下,定位器位置反馈机构的设计多采用了机械结构,这种结构具有磨损大、精度低、寿命短等缺点,不利于智能阀门定位器的全面发展。霍尔式智能阀门定位器设计建立在霍尔传感器技术的基础之上,是一种新型的智能阀门控制技术,不仅改善了传统设计结构磨损大、精度低、寿命短等缺点,还实现了无接触精准测量,产品定位精度等性能得到了显著提升。

控制阀细节分析之14_智能阀门定位器的气动部件

文章介绍了智能阀门定位器的原理和特点,总结了调试智能阀门定位器中出现的问题及解决方法,为带智能阀门定位器的调节的调校及故障处理给出了借鉴。

本技术公开了一种能够反馈信号的安全型智能阀门定位器，安装在气动执行机构上，包括： 主控板以及与所述主控板相连的lks适配器、i/p模块以及位置传感器；所述lks适配器用于 连接控制室电脑；所述i/p模块与所述主控板之间设置有安全开关，用于诊断线路中电流是 否超载荷，且所述i/p模块的输出端与所述气动执行机构相连，用于控制气动执行机构；所 述位置传感器包括有开关位置反馈模块，所述开关位置反馈模块的输入端与所述i/p模块相 连，输出端与所述主控板相连，通过上述方式，本技术能够在室内即可实现对户外阀门的远 程操控，并且能够实时对户外阀门进行自动诊断，并将户外阀门所处状态通过信号反馈至电 脑，操作安全便捷。 技术要求 1.一种能够反馈信号的安全型智能阀门定位器，安装在气动执行机构上，其特征在于，包 括：主控板以及与所述主控板相连的lks适配器、i/p模块以及位置传感器； 所述

目前,智能阀门定位器的位置反馈机构,多采用机械结构,存在磨损大、精度低、寿命短等缺点。基于霍尔传感器技术和新型压电阀控制技术,研制了一款国产新型霍尔式智能阀门定位器,实现了无接触精确测量。同时,该产品具有无机械磨损、滞后小、结构简单可靠、运行寿命长、精度高等诸多优点。设计中,研制了线性位移霍尔传感器,硬件电路中应用了超低功耗技术,控制算法中应用了模糊控制等智能控制技术。产品定位精度等性能得到了显著提升,其中,线性霍尔传感器设计及其低功耗应用技术,属于国内首创,产品整体水平具有行业领先优势。

带智能阀门定位器的气动控制阀 这类控制阀的结构与普通控制阀相同，因附带智能阀门定位器而使控制阀具 有智能化功能智能阀门定位器与普通阀门定位器的主要区别如下 1.控制阀流量特性的实现方式不同。智能定位器的反馈部分采用线性反馈， 所需控制阀流量特性是在设定回路实现的。普通定位器的反馈部分是不同形状的 凸轮，通过改变凸轮形状来实现所需控制 阀流量特性。详见5.3节。 2.输入输出方式不同。通常，智能阀门定位器是智能电气阀门定位器。与一 般电气阀门定位器比较，智能电气阀门定位器的输入信号是标准的4～20ma或 1～5v电信号，它需要经模数转换后作为微处 理器的输入信号。而一般电气阀门定位器输入信号虽然是4—20ma或l～5v电 信号，但它不需要经模数转换，可直接送电磁线圈产生电磁力，实现力平衡。智 能阀门定位器的输出信号是数字信号，它通常 送压电阀组，通过压电阀组的开关来调节送控

本文介绍了智能阀门定位器的原理和特点,总结了调试智能阀门定位器中出现的问题及解决方法,为带智能阀门定位器的调节的调校及故障处理给出了借鉴。