一 智能閥門定位器及其工作原理

    （一）閥門定位器的定義和特點

    閥門定位器是一種用于調節閥上的主要附件。通常來說又稱為氣動閥門定位器。一般來說必須與氣動調節閥配套使用，才能正常運作。它的工作原理是接受調節器所輸出的信號，然后利用這一信號去控制氣動調節閥。當調節閥根據信號的指示做出一定的動作后，調節閥上的閥桿位置有一定的位移，這一位移的動作也會通過機器的機械裝置反饋到閥門的定位器，這時閥門的狀況通過這一個回合的電信號傳給上位系統。閥桿位置移動的信號傳輸至它，然后經過它的反饋，它將這種信號作為反饋信號。控制器同樣會輸出一種信號，這種是一種輸出信號。這兩種信號作為比較。如果這兩種信號出現了某種偏差，使其足以改變機械操作的執行動作，輸出了執行動作的輸出信號，會建立一種閥桿位置移動與控制器輸出信號之間的對應關系。這時，閥門定位器能夠組成一組以閥桿位置移動為測量信號，以控制輸出為設定信號的反饋控制系統。一般來說，閥門的定位器結構按照其結構形式和工作原理可以分氣動閥門定位器、電氣閥門定位器和智能式閥門定位器。閥門定位器的作用是增大調節閥的輸出功率，對于調節信號快速傳遞很反映。對于閥桿來說，可以增加閥桿的移動速度，閥桿移動是所產生的摩擦力帶來的平衡性問題有很大改善。閥門的線性度可以通過定位器裝置的反應有很大的提高。對于閥門的正確定位和機器的有效運行有巨大作用。

    （二）智能閥門定位器的定義和工作原理

    智能閥門調節定位器是一種不需要人工矯正和調整的，可以自動檢測所帶的調節閥零點、滿度、摩擦系數、自動設置控制參數的閥門定位器。它的工作原理又和傳統的閥門定位器工作原理有所區別。一般來說，后者接受的是來至控制系統的4～20mA模擬信號，然后通過驅動力，使電動機產生一定的電磁力，這種電磁力會作用于主杠桿。閥門器上閥位的變化一般來說主要經過反饋桿、凸輪、副杠桿和反饋彈簧傳遞到要做出反應的主杠桿上。主杠桿上的平衡直接影響擋板噴嘴機構，這一機構受它的影響，經過氣動放大器來控制氣動執行機構的進氣與排氣這一一進一出的氣體反應。然后才最終達到已經設定的參數，及設定點。簡單的來說，后者的主要工作原理主要是利用物理上的力平衡理論，來達到對于閥門的操控。

    對前者，即智能閥門調節定位器來說。它的工作原理顯然與科學技術的發展和市場需求相關。它的工作原理主要是通過電子化、數字化的信號控制。這也是人工智能做明顯用于工業生產的特點。它接受的是來自于控制系統的4～20mA閥位設定信號，然后通過軟件裝置和計算機系統進行高精確度的A/D采樣轉換，得到一個設定值的變量數字元素。閥門位置的變化在經過了閥門位置所設置的反饋機構的閥門位置的電信號后，也需要經過A/D采樣轉換，計算出設定值的變量數字元素和閥門位置移動所產生的變量數值。這兩個數值經過微處理器的處理，最后匯集成一個關于閥門位置變動的信號。通過電子和電氣二者的轉換，來達到氣動機構空氣狀態控制的目的。實際上這就是不同于力平衡原理的數字平衡原理來對閥位進行位移控制。

    實際上，整個智能閥門定位器是一個控制回路，它是由兩線和一個4～20mA信號來控制的。基于HART協議的雙向數字通信，是經過HART模件的送出然后接收和4～20mA疊加覆蓋在一起的數字信息，可以實現跟微處理器雙向交流的數字通信。首先，模擬量的4～20mA信號會傳送給微處理器，在微處理器當中進行處理，與閥位處的傳感器返回來的反饋信息加以對比。微處理器經過科學的計算，根據二者的偏差數值和方向變化進行控制計算，這就是所謂的一級控制。然后向壓電閥發出相應的電控指令。壓電閥根據這一指令做出開與合的動作。壓電閥同時會使氣動放大器的輸出反饋給內控制系統，再次與微處理器處理的信息進行比較，這是二級控制。通過兩級控制的輸出信號會傳遞給執行機構，執行機構內空氣壓力的變化會指引閥門運動的行程。

    二 智能閥門器的特點

    調節閥作為控制裝置的關鍵附件。要求改善和提高機器執行的性能。整個儀表裝置的發展使最能夠提高控制水平的地方。所以把人工智能運用到閥門控制當中，是必然要求。智能閥門定位器能夠集通訊能力、電氣轉換于一體。通訊協議能夠方便的獲取操作需要操作的處理信息。通訊協議的另外一個好處即為可以隨時隨地進行信號與數據庫的對比，用來診斷發生故障的原因。與傳統的閥門定位器來比較，智能閥門定位器有較高的敏感度，能夠比較快速有效的捕捉到閥門位置移動的變化，有比較穩定的可靠性。計算機設定的科學性參數比之傳統人工設定的參數值同樣具有比較代表性的可選擇性。閥門控制最容易出現的死區的問題，也能夠合理的處置死區狀態下閥門控制狀態。與常規的定位器相比，通過比較精確的位置檢測裝置和定位器內部的人工智能計算機軟件，對于儀表本身和隨之相關調節閥動作有一定的診斷功能。

    由于在智能閥門定位器中引入了微處理器的技術，實現了人工智能。得益于電腦軟件的強烈支持，可以實現以下功能。第一，人工智能能夠支持自動調節，自動調節意味著可以實現儀表本身、機器本身、通訊處理器和電腦登一系列相關裝置的零點和控制進程的自我矯正。第二，智能數字閥門定位器具有與現場總線系統配置的功能，可以通過設定地址的參數來達到對地址的數字化控制。第三，智能閥門控制器由于實現了智能控制，所以可以實現大規模的兼容模擬量、基于HART協議的信號、FF信號和其他通訊規程。同時由于實現了基于這些協議的信號出利空，能夠根據HART通訊方式和電腦查到所需檢測儀表的出廠信息和參數。第四，由于利用的是電信號而不是力平衡的原理來實現控制，大大提高了信號的可靠性和穩定性。能夠對控制時間的滯后性有迅速有效的處理。

    三 智能閥門控制器的運用

    與傳統的利用力平衡原理的機械式定位器不同，它是電子科學、信息軟件、機械物理、科學計算法、流體力學、現代通訊等多門高端現代科學技術相結合的產品。中國自動化行業一直在追求引進和模仿國外先進的自動化技術，但是同時也一直強調自主創新能力。但是國內的工藝水平并不高，因為科學技術的門檻，國內的自動化行業機械式國產閥門定位器有一定的行業規模。但是對于科學技術要求較高的智能閥門定位器的市場來說，少數比較優秀的國際品牌所占據。比如電子技術發達的西門子公司生產的電氣智能閥門定位器一直被視為行業的頂尖水平。在不同的場合和環境運用不同的智能閥門定位器。智能閥門定位器可以分為單獨供電的和不單獨供電的兩種，因為定位器自帶一個24VDC和一個4—20mA的電流信號，以便實現自檢。但是有的電位器就不需要提供供電即前者，只需要后者電流信號即可。在爆炸性氣體的使用環境下，以便精確度的確認和安全，比較適合用電氣智能閥門定位器。

    智能閥門定位器的發展方向是，儀表生產水平快速發展，各個廠家之間生產的各自的配套儀表出現一定的可以替代性。或者是出現類似于HART協議的新的通訊協議。多種協議的出現和并存，或者是出現一種公用的統一標準的協議。

    智能閥門定位器并不能完完全全消除調節閥偏離度中的死區，從某種意義上來說，死區并不可能完完全全的消除，因為理論和實踐總是有差距的。更何況實踐和理論都存在死角，所以作為衡量調節閥偏離度的主要指標需要進一步的消除。利用電氣測量閥位的方法可以消除反饋桿自身存在的死區。系統一體化在定位器中是另一一個智能閥門定位器發展的方向，在定位器之中加入各種控制功能，不需要經過CPU的處理就可以達到直接接受信號就可以達到系統控制的目的。在智能閥門定位器中加入遙感技術，特別是在儀表之中安裝中運用，可以減少儀表中電線裸露的時間，減少安全隱患，提高可以應用的范圍。

    智能閥門定位器性能比之傳統閥門定位器比較穩定，能夠實現軟件檢測，調整方便。并且基于HART協議可以實現總線裝置的通訊功能。對于維修的安全性能考慮，可以降低人工維修的費用和保障維修的安全性，維護量相當于零。從長遠發展來看，市場對于此類的智能閥門定位器的需求量是巨大的，在工業生產中使用智能定位器是一種趨勢。加強智能定位器的技術研究和設計，更有甚至，出現一種統一的通訊協議，實現各種閥門配套設置的統一，實現自動化控制系統的綜合作用。完善診斷功能和診斷功能，在石油、化工、機械、鋼鐵等基礎性工業生產中大量應用在裝置上，必定會創造更多的經濟效益。