一种阀定位器，用以向一个机械上连结于一个阀的阀致动器提供一个控制压力，该定位器包括： 连接于通信环路并用来接收一个代表所需阀位置的输入的接收装置； 用来提供代表过程的状态变量的检测装置，一个状态变量代表阀的位置而另一个代表控制压力； 接收一个压缩空气源和一个指令输出并用来作为该指令输出的函数来提供控制压力的变换装置；以及 连接于该检测装置和该接收装置的控制装置，用来作为所需的阀位置、所检测的位置以及所检测的压力的时间导致的函数来提供该指令输出。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）
Valve positioner with pressure feedback, dynamic correction and diagnosis
A valve positioner, valve actuator to a machine connected to a valve with a pressure control, the positioner comprises a receiving device connected to the communication loop for receiving a required valve position detection device is used to input; the state variables provide a state representative process. The variable representing the position of the valve and the other represents the control pressure; receiving a compressed air source and a command output is used as a function of the command output to control the pressure conversion device; and a control device connected to the detection device and the receiving device, used as a function valve position, position detection the required pressure detection and time to provide the command output.
【技术实现步骤摘要】
本专利文件的一部分公开包含受到版权保护的资料。该版权持有人不反对任何人对该专利文件或该专利公开的传真复制，像它在专利和商标局的档案或记录中出现的那样，但是在任何别的场合都保留所有版权。
技术介绍
本专利技术涉及一种用来控制一个影响过程变量的阀的阀定位器，更确切地说，涉及带有微处理器的这种阀定位器。希望提高阀定位器工作的精度、动态性能和稳定性，并为了质量检查的要求向控制间提供一个实时诊断，从而可以预测维修和设备停工时间而不遭受应急停机或不必要的例行阀维修。在过程控制行业里使用各种类型的阀定位器。一些定位器机械地连结于一个致动器而一些则在该定位器内包含致动器，致动器提供在物理上定位该阀的手段，并且可以是电气的、液压的或气动的。电气致动器有一个电流信号，该信号驱功使该阀定位的电动机。液压致动器有用来使该阀定位的充有油的装置。到目前为止在过程控制行业中最常用的是一个气动致动器有一个活塞或一个弹簧与隔膜的组合。取决于应用场合和控制集成程度，定位器接收来自一个控制器的几种类型的输入，这些输入代表所需的阀位置。一种类型是一个具有4～20mA或10～50mA量值的电流输入，另一种是一个叠加在该电流信号上的数字信号，而第三种是一个诸如Fieldbus或Modbus之类的全数字输入。或者，该定位器可以接收一个代表所需的阀位置的3～15磅每平方英寸(PSI)的气动输入。取决于集成度及应用场合，定位器有不同类型的输出。一些定位器向一个电动机提供一个输出电流，而另一些有一个快速响应的液压输出。定位器输出的最常见类型是一个0～200PSI的气动输出。定位器，当该词用于此申请时，如果适用，包括所有这些现场安装的仪器(包括各种输入和输出)，以及它们用来使阀定位的各自装置。在一个弹簧与隔膜致动器这一最常见的场合中，该隔膜随着由该定位器输出的压力而偏移，借此分别在一个控制阀杆或转动构件上施加一个力或力矩，以便改变该阀的位置。几乎所有的定位器都有一个机械的或一个电子的位置传感器以提供一个位置信号，而它们中的某些则把该位置信号反馈到该定位器的一个以微处理器为基础的控制部。无论用来输出力以使阀定位的是什么样的具体装置，带有基于微处理器的控制算法的定位器都是已知的。现有的定位器改善了环路动态响应，但有一个有限的带宽，以致它们的应用限于一些慢控制环路，如像控制一个容器中的液位或一个反应器中的温度一样的一个环路。对理想的阀动态位置控制的一个障碍在于阀特性(在此申请中定义为流量与阀杆位置或角度之间的关系)偏离所发表的阀特性多达五个百分点。该不理想性代表了所有三个主要类型的控制阀的特性线性、等百分数和快速开启。此外，转杆或滑杆阀可能表现出提供给阀的致动器力与穿过阀的流量之间的非线性关系，该关系对于原本线性的定位器而言，即使在有阀杆位置反馈时也难以控制。其实，作为流动在阀中引起的球/蝶形板上动态力矩的结果，转阀具有力矩对流量的非单调函数。阀件上的日常磨损也在控制环路中产生不理想性。实践中新装设的环路被“离调(detuned)”或故意地指定是不理想的控制常数，从而来补偿磨损，以便该环路在各种工况下保持稳定。综合这些静态和动态控制的精度，与阀有关的环路停机对工业生产来说是不希望的和昂贵的。电力研究所估计，如果每个控制阀每年仅多工作一个星期，则电力利用率将节省4亿美元。大多数工厂都计划定期维修停机来监测并修理阀，更换磨损的填料和磨损的阀组件，以避免更昂贵且危险的紧急停机。监测阀的完整性的诊断系统是已知的，但一般配置成在脱离开过程的阀中来诊断问题。一个实时控制阀具有有限的诊断能力。一个定位器、控制阀和致动器被组装并正确地配置以便在一个称为实验设定(bench—setting)的费力的过程中得以装设。在实验设定期间，操作者手动地设定阀的最大移动位置(称为行程位置)、最小移动位置(称为零)、限位止挡和刚度参数。该过程是反复的，因为这些设定不是彼此独立的。于是，需要一种易于在实验设定时配置的以微处理器为基础的阀定位器，它具有提高了的带宽、改善了的动态定位精度，还具有实时诊断以提供阀和致动器的完整性信息。
技术实现思路
在本专利技术中，一个阀定位器向一个机械上连结于一个阀的阀致动器，作为一个代表阀位置的信号、一个从控制器收到的所需位置设定点和所检测的控制压力的时间导数的函数来提供一个控制压力。该定位器包括连接于电流环路的用来接收该设定点的接收装置，用来检测该阀位置和该控制压力的检测装置，以及变换装置，该变换装置用来把气动空气的供应作为从该定位器中的控制电路收到的一个指令输出的函数转换成该控制压力。在本专利技术的另一实施例中，一个阀定位器有一个带位置反馈的控制电路，包括一个用来检测与阀性能有关的一组状态变量的检测电路。该定位器包括一个诊断电路，它用来存储该阀的一个特性并作为所存储的阀特性和所选择的诸状态变量之一的函数提供一个输出。所存储的阀特性的例子有位置对流量、力矩对位置和力矩对流量曲线。在本专利技术的另一实施例中，该定位器包括一个实验设定控制电路，该电路使该控制压力在一个初始控制压力与一个最终控制压力之间并在其返回该初始压力时做斜坡变化，同时采样具体控制压力及其相应位置，以便提供一个表示对一个致动器弹簧的正确弹簧预载力的输出。在本专利技术的另一实施例中，一个阀定位器有一个带位置反馈的控制电路，该控制电路向一个变换器电路提供一个指令输出，该变换器电路作为该指令输出的函数提供一个控制压力。该定位器包括一个用来检测与阀性能有关的一组状态变量的检测电路。该定位器包括一个校正电路，该校正电路存储一个受诸物理参数之一影向的阀特性，并作为所检测的物理参数和所存储的阀特性的函数来动态补偿该指令的输出。附图概述附图说明图1是一个包含一种先有技术阀定位器的控制环路的控制流程图。图2是一个根据本专利技术的阀定位器的方块图，该定位器连接于一个主控制器和一个机械连结于一个阀的致动器。图3是一个根据本专利技术的阀定位器的方块图，该定位器连接于一个主控制器和一个机械连结于一个阀的致动器。图4是针对快速开启阀、线性阀和等百分数阀的阀杆位置作为流量函数的曲线图。图5A是针对蝶形阀的单位力矩作为角位置函数的曲线图；图5B是在管路中的该蝶形阀的平面图。图6是一个根据本专利技术的阀定位器的方块图，该定位器连接于一个主控制器和一个机械连结于一个阀的致动器。图7是作为阀座磨损函数的位置对流量的曲线图。图8是作为阀座磨损函数的致动器力矩对角位移的曲线图。图9是一个根据本专利技术的阀定位器的方块图，该定位器与一个手持通信器通信并连接于一个机械连结于一个阀的致动器。优选实施方案的详细描述定位器一般用于较慢的过程控制环路，例如液位和时间，以改变环路性能。典型的先有技术电气气动定位器的控制原理图示于图1中，其中一个内级联环路20包括一个用来产生在控制器设定点24与位置传感器反馈26之间差值的误差发生器22，一个电流至压力转换器28，一个连接于阀30的致动器和一个位置传感器32。一个总标号为34的外环路包括一个用来求出所需的设定点38与代表过程42的状态的测量值40之间差值的误差发生器36，和一个与级联环路20及过程42串联的控制器44。如果表示成级联环路20的定位器的带宽比外环路34的带宽至少大四倍，则图1中的所示的总系统通常是稳定的。对于难以调本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：加里·A·伦兹，格雷戈里·C·布朗，乔治西·沃里奥，
申请(专利权)人：罗斯蒙德公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。