专利名称：智能电气阀门定位器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种生产过程自动化用仪表，更具体地说，涉及一种调 节阀用辅助装置一电气阀门定位器。
背景技术：
在自动控制系统中，电动调节器或DCS输出的控制信号4^20mA DC, 经电一气转换，变成气动信号，作用于调节阀膜头上或工作气缸，推动调节 阀阀芯动作，执行自动调节功能，阀门定位器的作用在于，将气动调节阀执 行器的输出位移反馈回来，隨时与其输入量信号进行比较，修正输出，以提 高调节系统精确度，消除执行机构中特性不稳定部件对系统特性的影响，克 服机械性干摩擦的影响，增加阀杆的移动速度，提高调节系统的响应速度， 增加推动作用的动力，以达到改善调节系统的静态特性和动态特性。目前，西方工业发达国家生产的智能电气阀门定位器内均设有微处理器, 支持智能通讯，通讯的方式有HART通信和profibus、 FF总线通信，通过通 信，可以把所有智能阀门定位器初始化的参数及其他参数上传到DCS自动控 制系统中，并加以保存，智能阀门定位器还具有故障诊断功能，以及防止电 磁干扰、参数液晶显示等优势，已经在过程工业，特别是在炼油、化工、轻 工、石油化工生产装置中得到广泛地应用。SAMSON的3730、 FISHER的
DVC6000、DVC2000、METSONELES的ND9000、S正MEN的PS2、FOXBORO 的SRD991、 YAMATAKE的SVP3000、 YOKOGAWA的FVP等市售产品深受 欢迎，销量大，市场占有率高，美中不足在于，现有的智能电气阀门定位器 的电气转换器和气动放大器容易出故障，在工业生产中，仪表用气源，由于 工程设计或生产操作不当，气源中的水、油、尘粒难以除净，由于节流孔的 直径仅为0.3mm,喷嘴孔的直径仅为0.9mm，容易堵塞，气体流动不畅，这 类阀门定位器运行不好的故障，时有发生，影响生产过程自动化系统的运行。发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种新结构智能电气 阀门定位器。本实用新型，从其原理讲，采用双闭环回路控制系统，其内闭环回路， 用于控制伺服阀的阀芯位置，其外闭环回路，则用于控制输出旋转轴的位置。在外闭环回路中，角位移传感器测得输出旋转轴位置信号与控制指令信 号相比较，如果存在偏差，则通过控制算法软件，通过CPU将输出一个控制 信号到内闭环回路，该回路将控制伺服阀的阀芯位置，使其按照偏差的正、负，作上、下移动，从而使驱动气缸两侧的压力Pa、 Pb大小改变，驱动输出 轴的旋转。输出轴的旋转会减少控制指令信号和旋转位置信号间的偏差，此 过程是不断进行的，从理论上说，直至偏差为零，从而实现自动控制系统的 应有功能。在内闭环回路中，由控制算法送来的控制信号与差压传感器13测得的差 压信号相比较，如果存在偏差，则会改变CPU的PWM输出的占空比，按此占 空比输出的脉冲电压，经过电压放大模块放大后，驱动PIEZ0压电阀17,压
电阀17则按驱动电压的高低控制差动薄膜气缸12上腔的压力P"从而通过 主弹板11达到控制伺服阀7阀芯位置的目的，而差动薄膜气缸12上腔压力 Pi的变化会减少控制算法送来的控制信号与差压传感器13测得差压信号之间 的偏差，而这个过程连续地进行，从理论而言，直至偏差为零。一种智能电气阀门定位器，包括壳体，壳体上设有隔爆腔、空腔、电缆 接头、精密过滤器、减压阀、Ps气源接口、 Pa输出接口、 Pb输出接口，内设差 压传感器、CPU及其线路板、液晶显示器、操作键、角位移传感器，其特征在于，本实用新型设有双闭环回路控制系统 外闭环回路控制输出旋转轴的位置； 内闭环回路控制功率放大器的伺服阀的阀芯位置；所述内闭环回路是由微处理器的PWM输出，电压放大模块、差动薄膜气 缸、差压传感器、主弹板、压电阀构成；所述外闭环回路是由伺服阀、驱动气缸和角位移传感器构成； 通过CPU将内、外闭环回路连接起来。所述内闭环回路，设有主弹板、差动薄膜气缸、差压传感器，通过差压 传感器测取差压信号的反馈，控制差动薄膜气缸上腔的压力，使之与CPU输 入的控制信号成比例；所述的外闭环回路，设有伺服阀作功率放大器；本实用新型，在I/P电气转换器件中，前置放大部位设有P正ZO压电阀， 所述压电闳是一只比例式压电阀。本实用新型具有自校准、自适应、自诊断功能，内设有CPU，有着其响 应迅速，结构小巧、重量轻、耗气少、精度高、工作稳定、使用寿命长的特 点，是现代技术和新的电子、气动元件的完美结合，具有很高的推广价值，
具有很好的市场前景。
图1为本实用新型的系统构成方框图。图2为本实用新型的工作原理图。 图3为本实用新型的结构示意图。 图4为差动薄膜气缸12的工作状态示意图。图中有壳体l、隔爆腔2、电缆接头3、精密过滤器4、减压阀(定值器) 5、空腔6、伺服阀7、 Pb输出接口 8、供气气源接口9、 Pa输出接口 10、主 弹板ll、差动薄膜气缸12、差压传感器13、电子线路板14、液晶显示器15、 操作键16、压电阀17、角位移传感器18、伺服阀阀芯19。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作出进一步地详细描述。 本实用新型，可以在本质安全自动控制系统中应用，也可以在非本质安全 自动控制系统中应用，图3给出的具有隔爆结构的智能电气阀门定位器，壳 体1内设有隔爆腔2，其内装有差压传感器13、电子线路板14、液晶显示器 15、操作键16、压电阀17、角位移传感器18;在壳体的空腔6内设有减压阀 (定值器)5、精密过滤器4、伺服阀7、主弹板ll;壳体l固定在调节阀的 执行器上，本实用新型，可以适用直行程执行器，也可以适用角行程执行器, 可以直接作用在调节阀的膜头上，也可以连接双作用气缸或单作用气缸，带 动大口径，大功率的执行机构，可以形成系列化产品，适应不同调节对象的 需求。
本实用新型在技术上的重要特点，在于定位器的控制系统中采用双闭环控制系统，应用了市售伺服阀7,采用了压电阀17、取代气动节流孔、喷嘴 一挡板结构。压电阀17和差压传感器13体积小、重量轻，装配方便、容易，不仅降 低阀门定位器的自身重量，减少其体积，对隔爆结构处理带来了方便。伺服阀是精度高、响应快、性能稳定、耐用的功率放大元件，适用范围 广，伺服阀的阀芯又可更换，对于需要排气量小的系统，可选用4>4咖阀芯的 伺服阀，对于需要排气量大的系统，可选用小6咖阀芯的伺服阏，不同阀芯尺 寸的伺服阀的外形，连接关系，尺寸相同，为定位器的设计、制造、组装带 来了方便。电气阀门定位器所用功率放大器，各个厂家的产品并不相同，如SIEMENS 产品采用双开关放大器，容易磨损，难于调整，如SAMSON产品，采用比例放 大器，其工作稳定，响应速度慢，精度低，而本实用新型采用伺服阀7进行 功率放大，又设有减压阀5，即在内部加有定值器，其好处不仅工作稳定，响 应速度快，故障率降低，又进一步提高了其控制精度。本实用新型，采用压电阀，不用节流孔、喷嘴、挡板类元件，使其故障 率大为降低。市场上销售的P正ZO压电阀有两种 一种为比例式压电阀、另一种是开 关式压电闽。比例式压电阀的优点是响应速度快，动态性能好，使用寿命长，本实用 新型采用此种压电阀，控制差动薄膜气缸上腔的压力。市售S正MENS公司智能电气阀门定位器利用开关式压电阀，而且是采用 两只压电阀，每只压电阀控制两个开关阀，共四个开关阀， 一个开关阀控制 驱动气缸一端进气，另一个开关阀控制驱动气缸的另一端排气，其作用是一 只压电阀控制输出旋转轴正向旋转，而另一只压电阀控制输出旋转轴的反向旋转，两只压电阀交替工作，SIEMENS公司产品采用单闭环控制系统，其功 率放大部分由上述四个开关阀完成。本实用新型不仅具备现有的智能电气阀门定位器的应有功能，而且由于 采用现代技术，新的电子、气动元件构成，同时它又具有精度高、响应迅速、 结构小巧、重量轻，工作稳定，故障率低，使用寿命长的优点，是一个全新 的产品，具备很高的推广应用价值，具有很好的市场前景。
权利要求1、一种智能电气阀门定位器，包括壳体(1)，壳体(1)上设有隔爆腔(2)、电缆接头(3)、精密过滤器(4)、减压阀(5)、空腔(6)、Pb输出接口(8)、Ps气源接口(9)、Pa输出接口(10)，内设差压传感器(13)、CPU及其线路板(14)、液晶显示器(15)、操作键(16)、角位移传感器(18)，其特征在于，本实用新型设有双闭环回路控制系统外闭环回路控制输出旋转轴的位置；内闭环回路控制伺服放大器的伺服阀的阀芯位置；所述内闭环回路是由微处理器的PWM输出、电压放大模块、差动薄膜气缸(12)、差压传感器(13)、主弹板(11)、压电阀(17)构成；所述外闭环回路是由伺服阀(7)、驱动气缸和角位移传感器(18)构成；通过CPU将内、外闭环回路连接起来。
2、 按照权利要求1所述智能电气阀门定位器，其特征在于，所述内闭环 回路，设有主弹板(11)、差动薄膜气缸(12)、差压传感器(13),通过差压 传感器测取差压信号进行反馈，控制差动薄膜气缸(12)上腔的压力，使之 与CPU输入的控制信号成比例。
3、 按照权利要求l所述智能电气阀门定位器，其特征在于，所述外闭环 回路，设有伺服阀(7)作功率放大器。
4、 按照权利要求1所述智能电气阀门定位器，其特征在于，在I/P电气 转换器件中，前置放大部位设有P正ZO压电阀(17)。
5、 按照权利要求4所述智能电气阀门定位器，其特征在于，所述P正ZO 压电阀(17)是一只比例式压电阀。
专利摘要本实用新型公开一种生产过程自动化仪表，更具体地说，公开一种电气阀门定位器，其特征在于设有双闭环回路控制系统外闭环回路控制输出旋转轴的位置；内闭环回路控制功率放大器的伺服阀的阀芯位置；内闭环回路由微处理器的PWM输出，电压放大模块、差动薄膜气缸、差压传感器、主弹板、压电阀构成；外闭环回路由伺服阀、驱动气缸、角位移传感器构成；通过CPU将内、外闭环回路连接起来；本实用新型不仅具备现有智能电气阀门定位器的应有功能，而且由于采用现代技术，新的电子、气动元件构成，同时它又具有精度高、响应迅速、结构小巧、重量轻，工作稳定，故障率低、使用寿命长的优点，是一个全新产品，具备很高的推广价值，具有很好的市场前景。
文档编号F16K37/00GK201215215SQ20082007207
公开日2009年4月1日 申请日期2008年6月28日 优先权日2008年6月28日
发明者潘琳琳, 潘辉义 申请人:潘辉义