氣動閥門定位器控制系統(tǒng)的研究

唐文軍 劉俊清

江南閥門有限公司

氣動閥門定位器控制系統(tǒng)的研究

唐文軍 劉俊清

江南閥門有限公司

氣動調(diào)節(jié)閥就是以壓縮空氣為動力源，以氣缸為執(zhí)行器，并借助于閥門定位器、轉(zhuǎn)換器、電磁閥、保位閥等附件去驅(qū)動閥門，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量或比例式調(diào)節(jié)，接收工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的控制信號來完成調(diào)節(jié)管道介質(zhì)的流量、壓力、溫度等各種工藝參數(shù)。氣動調(diào)節(jié)閥的特點(diǎn)就是控制簡單，反應(yīng)快速，且本質(zhì)安全，不需另外再采取防爆措施?；诖?，本文將著重分析探討氣動閥門定位器控制系統(tǒng)，以期能為以后的實(shí)際工作起到一定的借鑒作用。

氣動閥門；定位器；系統(tǒng)

1 、氣動調(diào)節(jié)閥概述

氣動調(diào)節(jié)閥就是以壓縮空氣為動力源，以氣缸為執(zhí)行器，并借助于閥門定位器、轉(zhuǎn)換器、電磁閥、保位閥等附件去驅(qū)動閥門，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量或比例式調(diào)節(jié)，接收工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的控制信號來完成調(diào)節(jié)管道介質(zhì)的流量、壓力、溫度等各種工藝參數(shù)。它是石油、化工、電力、冶金等工業(yè)企業(yè)廣泛使用的工業(yè)過程控制儀表之一?；どa(chǎn)中調(diào)節(jié)閥在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中是必不可少的，它是組成工業(yè)自動化系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，它如生產(chǎn)過程自動化的手腳。

2 、氣動閥門定位器控制系統(tǒng)

2.1 氣動閥門定位器硬件構(gòu)成

2.2.1 壓電閥。壓電閥是里面的壓電陶瓷發(fā)生形變，研制出的一款兩位H通的控制閥。單片機(jī)控制驅(qū)動電路對壓電閥進(jìn)行控制使其法到關(guān)斷的作巧，一般的給壓電閥提供足夠的電壓，其就能進(jìn)行動作，功耗消耗很少幾乎為零。它的動作原理如下：沒有電壓時(shí)候如圖1加上電壓時(shí)候如圖2所示，壓電閥中由壓電陶瓷晶體當(dāng)處于電場中時(shí)候產(chǎn)生了變形，從而達(dá)到氣動閥的開關(guān)作用。壓電閥在掉電的狀態(tài)是圖1中PV：OFF的模式，此時(shí)壓電陶瓷片作用在進(jìn)氣口2，切斷氣源，1和3先導(dǎo)腔連通，輸出口1經(jīng)排氣日3通大氣。當(dāng)壓電閥通電工作時(shí)，壓電陶瓷片上翅，工作狀態(tài)是圖1的PV：ON狀態(tài)，排氣口3被堵住，1和2連通構(gòu)成一個(gè)整體，這就好像一個(gè)兩位H通的換向閥，用來控制閥口的開關(guān)。

圖1 壓電闡掉電狀態(tài)

圖2 壓電閥通電狀態(tài)

2.2.2 氣動執(zhí)行單元。氣動執(zhí)行單元式控制系統(tǒng)中的主要控制部件，它是里面包括調(diào)節(jié)閥和氣化。一般的調(diào)節(jié)閥有兩位兩通和兩位蘭通，本文中用的是兩位H通的，兩位對格的是大氣或者接氣源，在PWM脈沖控制下，兩位交替工作，并且讓氣缸里面的活塞一直是處于氣室平衡點(diǎn)的左右位置，進(jìn)而對其進(jìn)行了控制。它接受的是控制單元的輸出信號，并且把其變化成角度或者直線位移，調(diào)節(jié)閥的通道口的大小被改變，接著對輸入和輸出的流量進(jìn)行控制，完成對變量的自動控制。

2.2 氣動閥門定位器的軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 氣動閥門定位器功能規(guī)劃。參照標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品功能配置，本文氣動閥門定位器只針對直行程特定調(diào)節(jié)閥對象而設(shè)計(jì)，部分參數(shù)在處理單元內(nèi)部初始化設(shè)定，所以本設(shè)計(jì)人機(jī)監(jiān)控界面功能包含全部基本參數(shù)操作和部分特殊參數(shù)功能，模式配置規(guī)劃為自動模式、手動模式、組態(tài)模式和閥門模式。自動模式初始化默認(rèn)設(shè)置參數(shù)和狀態(tài)，顯示當(dāng)前行程、設(shè)定信號、占空比和動態(tài)偏差手動模式實(shí)現(xiàn)切換到手動輸入設(shè)定信號、手動輸入設(shè)定值的操作和正反作用方式的選取組態(tài)模式完成參數(shù)的整定和分程值的輸入閥門模式功能包含流量特性選擇、死區(qū)設(shè)定、報(bào)警處理功能、信號報(bào)警下限和信號報(bào)警上限參數(shù)修改。

2.2.2 氣動閥門定位器軟件系統(tǒng)任務(wù)設(shè)計(jì)。采用μC/OS -II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，在編寫系統(tǒng)的程序之前，必須要對系統(tǒng)任務(wù)進(jìn)行劃分并安排優(yōu)先級。任務(wù)劃分的目標(biāo)是：1)滿足實(shí)時(shí)性能。即在最壞的情況下系統(tǒng)中所有對實(shí)時(shí)性有要求的功能都能正常實(shí)現(xiàn)。2)任務(wù)數(shù)目要合理。任務(wù)數(shù)目過多每個(gè)任務(wù)要實(shí)現(xiàn)的功能就簡單，任務(wù)設(shè)計(jì)簡單，但任務(wù)方的調(diào)度操作與任務(wù)間的通信活動增加，使系統(tǒng)運(yùn)行效率低，資源開銷大，任務(wù)數(shù)目過少，則每個(gè)任務(wù)需要實(shí)現(xiàn)的功能就繁雜，但可免除不少通信工作，減少共享資源數(shù)量，減輕操作系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，減少資源開銷。3)簡化軟件系統(tǒng)。一個(gè)任務(wù)要實(shí)現(xiàn)其功能，除了需要操作系統(tǒng)的調(diào)度功能支持外，還需要操作系統(tǒng)的其他服務(wù)功能，如時(shí)間管理功能、任務(wù)之間的同步功能、任務(wù)之間的通信功能、內(nèi)存管理功能等，合理劃分任務(wù)，可以減少對操作系統(tǒng)的服務(wù)要求，使系統(tǒng)的功能得到裁剪，簡化軟件系統(tǒng)，簡小代碼規(guī)模。4)降低資源需求。合理劃分任務(wù)，減少或簡化任務(wù)之間的同步和通信要求，就可以減少相應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)存規(guī)模，從而降低對系統(tǒng)資源的需求。

總而言之，閥門定位器是調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)中的核心部件，它與調(diào)節(jié)閥、傳感器等一起構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制回路。 閥門靜態(tài)特性和動態(tài)特性的不同直接影響了閥門的質(zhì)量特性，特別是具有流量調(diào)節(jié)作用的調(diào)節(jié)閥。 閥門定位器的使用有助于克服流體介質(zhì)的擾動和閥門填料的摩擦力，可提高系統(tǒng)控制精度，同時(shí)增加控制的靈活性。 氣動調(diào)節(jié)閥也是石油、化工、電力、冶金等工業(yè)企業(yè)廣泛使用的工業(yè)過程控制儀表之一。這就要求我們在以后的實(shí)際工作中必須對其實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步研究探討。

[1]董盛昕. 開關(guān)閥控雙作用式氣動閥門定位器控制研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

[2]孫冰恒. 雙作用式開關(guān)閥控氣動閥門定位器控制研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2008.

[3]趙明南. 均熱爐排煙閥門智能定位器控制系統(tǒng)的研究[D].武漢科技大學(xué)，2014.

[4]武自才，郭萬軍. 智能閥門定位器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，2006，06：39-41.