一种智能电气阀门定位器及控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种智能电气阀门定位器及控制系统，包括外、内闭环控制回路，内闭环控制回路包括ＰＷＭ脉宽调制输出的整形模块，电压放大模块，压电陶瓷阀，差动薄膜气缸，比较器等，从比较器输出的偏差信号依次经过电压放大模块放大后驱动压电陶瓷阀、压电阀则按驱动电压的高低控制差动薄膜气缸上腔的压力Ｐ１，压差传感器检测差动薄膜气缸上下腔的压力差信号，经过Ａ／Ｄ模数转换送入比较器；外闭环控制回路包括位移传感器，驱动气缸，伺服阀，Ａ／Ｄ模数转换等，由位移传感器测得的驱动气缸输出轴位置信号经过模数转换后与控制指令信号相比较，得到的偏差信号经过控制算法输入到内闭环控制回路，经过内闭环控制回路响应后再经过主弹板输出到伺服阀控制驱动气缸工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种定位器及控制系统，尤其是指一种智能电气阀门定位器及控制系 统。
技术介绍
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—— 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，随时与其输 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、METSO NELES 的 ND9000、SIEMEN 的 PS2、F0XB0R0 的 SRD991、YAMATAKE、 的SVP3000、Y0K0GAWA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。该项目同类产品国内仅有四家公司生产，其中三家是仿德国西门子公司产品的原 理制造，另一家是仿日本山武公司产品制造。世界生产智能电气阀门定位器仅有近十年的 历史，现国内所用该类产品基本上是由国外进口。椐调查市场公认的五大家知名智能电气 阀门定位器生产厂家有五个，分别是美国的FisheiNFoxboro、德国的Siemensjamson和芬 兰的Neles，而这五家特点分别如下A)采用双闭环控制系统的只有芬兰Neles公司，但其内闭环的伺服阀阀芯位置测 量是采用位移传感器。其他四家是采用单闭环控制系统。B)前置放大器(I/P转换器)采用喷嘴挡板加力矩马达的有四家，只有Siemens公 司利用压电陶瓷阀(piezo压电阀)。C) 二次放大器采用伺服阀的有美国Fisher和芬兰的Neles，采用比例放大器的有 美国的Foxboro和德国的Samson，而Siemens公司是采用双开关阀。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种智能电气阀门定位器及控制系统，内设有CPU，本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的一种智能电气阀门定位器，包括壳体，所述壳体上设有隔爆腔，电缆接头，精密过 滤器，减压阀，普通腔，伺服阀，Pb输出接口，Ps气源接口，Pa输出接口，主弹板，差动薄膜气 缸，压差传感器，CPU及线路板，液晶显示器，操作键，位移传感器，其特征在于所述压差传 感器，CPU及线路板，液晶显示器，操作键，压电陶瓷阀，位移传感器安装在隔爆腔内，所述减 压阀，伺服阀，主弹板，差动薄膜气缸安装在普通腔中。一种智能电气阀门定位器控制系统，所述系统包括双闭环回路控制系统，所述双 闭环回路控制系统包括外闭环控制回路和内闭环控制回路，其特征在于所述内闭环控制 回路包括PWM脉宽调制输出的整形模块，电压放大模块，压电陶瓷阀，差动薄膜气缸，压差 传感器，比较器，从所述比较器输出的偏差信号依次经过电压放大模块放大后驱动压电陶 瓷阀、压电阀则按驱动电压的高低控制差动薄膜气缸上腔的压力P”所述压差传感器检测 差动薄膜气缸上下腔的压力差信号，经过A/D模数转换送入比较器；所述外闭环控制回路 包括位移传感器，驱动气缸，伺服阀，A/D模数转换，第二比较器，由位移传感器测得的驱动 气缸输出轴位置信号经过模数转换后与控制指令信号相比较，得到的偏差信号经过控制算 法输入到内闭环控制回路，经过内闭环控制回路响应后再经过主弹簧板输出到伺服阀控制 驱动气缸工作。其中，所述隔爆腔和普通腔通过阻火器隔离。其中，所述CPU及电路板分别接收位移传感器信号，指令信号，压差传感器信号进 行比较和控制算法处理，并与液晶显示器与键盘相连。其中，所述主弹板的一端铰接在壳体上，另一端与伺服阀阀芯活动连接，所述差动 薄膜气缸的驱动杆与所述主弹板的中部活动连接，通过所述差动薄膜气缸的驱动杆的移动 使伺服阀阀芯移动。其中，所述压电陶瓷阀采用比例式压电陶瓷阀。其中，所述位移传感器为角位移传感器。其中，所述内闭环回路采用了压差传感器测量伺服阀阀芯位移。相比于常见的阀门定位器及控制系统，本专利技术的有益效果在于提供一种智能电气 阀门定位器及控制系统，本专利技术具有自校准、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。附图说明图1是本专利技术的工作原理示意图；图2是本专利技术的零部件布局示意图；图3是本专利技术的控制系统示意图；图4是专利技术的差动薄膜气缸、主弹板和伺服阀的连接关系示意图。 具体实施例方式下面结合附图给出本专利技术较佳实施例，以详细说明本专利技术的技术方案。图2是本专利技术的零部件布局示意图，如图2所示，本专利技术的结构主要包括壳体1，4隔爆腔2，电缆接头3，精密过滤器4，减压阀5，普通腔6，伺服阀7，Pb输出接口 8，Ps气源 接口 9，Pa输出接口 10，主弹板11，差动薄膜气缸12，压差传感器13，CPU及线路板14，液 晶显示器15，操作键16，位移传感器18，其中隔爆腔2位于壳体1的右下角，而壳体1与隔 爆腔2之间形成普通腔6，压差传感器13、CPU及线路板14，液晶显示器15，操作键16，压电 陶瓷阀17，位移传感器18均安装在隔爆腔2内，减压阀5，伺服阀7，主弹板11，差动薄膜气 缸12安装在普通腔6中，这样使伺服阀与电器元器件在布局上相互分开安装，便于伺服阀 的安装和拆卸。如图4所示，在普通腔6中，主弹板11的一端铰接在壳体1上，另一端与伺 服阀的阀芯19活动连接，所述差动薄膜气缸的驱动杆与所述主弹簧板的中部活动连接，通 过所述差动薄膜气缸的驱动杆的移动使伺服阀阀芯移动。图1是本专利技术的工作原理示意图，图3是本专利技术的控制系统示意图；如图1与图 3所示，该专利技术的控制系统采用双闭环控制系统，所述外闭环控制回路包括位移传感器，驱 动气缸，伺服阀，A/D模数转换，第二比较器，外界指令信号经过线性化处理、定性处理和限 位处理后，输入微处理器中，与由位移传感器测得的驱动气缸输出轴位置信号经过模数转 换后的反馈信号相比较得到偏差信号，得到的偏差信号经过控制算法输入到内闭环控制回 路，经过内闭环控制回路响应后，再经过差动薄膜气缸与主弹板11输出到伺服阀，从而控 制驱动气缸工作，而位移传感器检测驱动气缸的位置信号经过模数转换以后作为反馈信号 与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能电气阀门定位器，包括壳体（１），所述壳体（１）上设有隔爆腔（２），电缆接头（３），精密过滤器（４），减压阀（５），普通腔（６），伺服阀（７），Ｐｂ输出接口（８），Ｐｓ气源接口（９），Ｐａ输出接口（１０），主弹板（１１），差动薄膜气缸（１２），压差传感器（１３），ＣＰＵ及线路板（１４），液晶显示器（１５），操作键（１６），位移传感器（１８），其特征在于：所述压差传感器（１３），ＣＰＵ及线路板（１４），液晶显示器（１５），操作键（１６），压电陶瓷阀（１７），位移传感器（１８）安装在隔爆腔（２）内，所述减压阀（５），伺服阀（７），主弹板（１１），差动薄膜气缸（１２）安装在普通腔（６）中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘辉义，潘琳琳，
申请(专利权)人：潘辉义，潘琳琳，
类型：发明
国别省市：22[中国|吉林]