CN101782087A - 补偿气动调节单元工作期间的漂移关系的方法和电子装置 - Google Patents

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Abstract

用于对气动调节驱动器(6)工作期间的漂移关系进行补偿的方法和电子装置，其电动-气动阀(13)被操作用来在闭合的调节回路中产生控制压力，以按照位置调节器(9)对开关单元(7)进行位置调节，具有以下步骤：a)在调节操作期间沿时间轴记录开关单元(7)的速度变化过程v(t)，b)同时一同记录作为额定值向位置调节器(9)预先给出的设备(2)的开放横截面变化过程A(t)，c)通过消去时间项将速度变化过程v(t)和相应的开放横截面变化过程A(t)变换成速度-开放横截面特征曲线(v-A特征曲线)，d)通过模式识别对该v-A特征曲线进行分析以确定表明关紧特征的制动特性是否存在，e)在关紧之前，在这个制动特性中至少对最后两个测量点进行外插，直至到达一个适合作为开放点的恰好不为零的点。

Description

补偿气动调节单元工作期间的漂移关系的方法和电子装置
技术领域
本发明涉及一种用于补偿气动调节驱动器工作期间的漂移关系的方法，该气动调节驱动器的电动-气动阀被操作用来在闭合的调节回路中产生控制压力，以按照位置调节器对开关单元进行位置调节。此外，本发明还涉及一种用于实现这种方法的电子装置，以及与之相关联的计算机程序产品和数据载体。
背景技术
本发明主要应用在用于设备的气动调节驱动器领域。气动调节驱动器通常包括电子的位置调节器，其根据预定的额定值把连接到气动调节驱动器的设备调整到所希望的打开程度。所述设备例如可以是位于一个工艺技术设备的管路系统内的处理阀。除此之外，这里感兴趣的类型的气动调节驱动器还适用于操纵其它工业设备和类似设备。
产品展望“Der kompakte，intelligente Stellungsregler(紧凑智能位置调节器)”(ABB自动化产品有限公司，印刷品编号：50/18-19DERevA，2005年6月出版)公开了一种用于气动调节驱动器的电子位置调节器。该位置调节器被设计为在外部安装到气动调节驱动器上的电子器件箱的形式。该位置调节器是一种可参数化的、(最好借助现场总线)具备通信能力的设备。功能重点在于，调节程序的运行由微处理器控制。这里的额定值预先设定通过以双导体技术设计的现场总线连接端来实现。此外，位置调节器具有用于最大高至6巴的空气压力的送气连接端，以及用于将位置调节器所产生的控制压力进一步传导到气动位置调节器的控制腔的工作连接端。
此外，位置调节器为了传送由气动调节驱动器所操纵的开关单元的当前位置的实际值还具有电传感器输入。当前位置的实际值通过设置在开关单元上的位置传感器而获得。调节驱动器的气动控制持续地利用后接有3门3路阀的I/P模块来实现。该3门3路阀尽可能成比例地允许调节驱动器的进气或排气。在中间位置处是关闭位置，在该位置下外部的连接端全部被截止。位置调节器工作状态的参数化和观察可以利用内置的操作面板直接在现场实现，或者可以经由基于总线协议的通信连接端通过上级的控制单元集中实现。
由US2007/0045579A1得到了一种气动位置调节器，它被设计为带有3门3路阀的I/P模块。3门3路开关位置使得输送用于所连接的气动调节驱动器的控制压力的工作连接端可以提供进气、关闭位置和排气三种位置。具备3门3路开关功能的电动-气动阀具有两个指向相反调节运动方向并作用程度相同的闭锁元件，这些闭锁元件分别限定了一个内部控制腔，其中这两个控制腔分配有一个共用的控制压力连接端。其中的一个闭锁元件用于工作连接端的进气，而另一个闭锁元件用于工作连接端的排气。当这两个闭锁元件不工作时，该阀门处于关闭位置，在关闭位置下气动调节驱动器的所施加的控制压力不发生改变。
为了进行位置调节，这样的或类似的电动-气动阀应提供与所输送的开关单元气动调节值尽可能成比例关系的电控制信号，其中在气动一侧存在反作用的干扰量，这些干扰量是由设备的开关单元处的力以及滞后而引起的。此外，诸如温度波动、压力波动等的影响量会干扰理想的比例关系。为了仍能实现尽可能线性的关系，位置调节器在信号处理中部分考虑到了以传感器技术所确定的校正值。
由于作用到气动调节驱动器上的干扰量，为了实现气动调节驱动器的开放点的高调节质量，可以确定开关单元的这样的位置点——在达到该位置点之后阀门开始打开，并可以与改变的边界条件相匹配，即能够在信号处理技术上进行近似。尤其是波动的压力和温度关系总是会改变气动调节驱动器的开放点。
这个问题根据通常的现有技术目前是这样来解决的：在制造期间得到开放点，在该开放点处对电动-气动阀的环境温度进行测量，以便利用典型的系数进行温度补偿。但由于这里完全忽略了供给压力相关性，不能实现最优的线性化。此外，在电动-气动阀的区域内还必须设置一个附加的温度传感器。作为对此的替代，代替测量温度，也可以测量供给压力，以便利用典型的系数进行温度补偿。但是，另一方面，这里忽略了温度相关性，因而同样不能实现最优的线性化。此外，该技术方案还需要附加的压力传感器。前面所述的这两种方法相结合，还具有需要附加传感器的缺点。
在现有技术的另一种解决方案中，为了补偿漂移关系，通过测量电动-气动阀中的滑阀位置而确定由气动调节驱动器实际调节的开关单元横截面。然而，在这种解决方案中，在电动-气动阀内需要附加的路径测量传感器。
发明内容
本发明的任务是提供一种用于补偿气动调节驱动器的漂移关系的方法和电子装置，其能够在工作期间无需附加传感技术开销地实现。
该任务由权利要求1的前序部分所述方法出发，结合其特征部分所述的特征来解决。关于与之相对应的电子装置参照权利要求6。权利要求9包含实现该方法的计算机程序产品，其在所述电子装置上执行。
本发明给出了以下方法技术指导：在调节操作期间，沿时间轴记录开关单元的速度变化过程v(t)，同时还一同记录作为额定值向位置调节器预先给出的设备开放横截面变化过程A(t)。随后，通过消去时间项而将速度变化过程v(t)和相应的开放横截面变化过程A(t)变换成速度-开放横截面特征曲线(v-A特征曲线)。随后可以通过模式识别对该v-A特征曲线进行分析，以确定表明关紧特征的制动特性是否存在。在关紧之前，在这个制动特性中至少对最后两个测量点进行外插，直至到达一个适合作为开放点的点，其恰好不为零。
换句话说，执行外插直至达到一个作为开放点而被确定的点，它没有位于v-A特征曲线的零线上，而是在其前面。如果开放点的位置处于零线上，则表示静止状态。
本发明所述解决方案的优点尤其是在于：如此估计出的开放点可以恰好在位置传感器的传感器噪声之外被选择。根据本发明所确定v-A特征曲线提供了在漂移关系方面进行精确分析的基础。
为了消除本发明所述信号处理技术方法中的随机干扰影响，根据对本发明加以改进的一种措施，建议借助集成的低通滤波器将通过外插所确定的开放点的差值累加。通过外插所估计的开放点最好不是简单地通过调节而被接受，而是被给到低通滤波器，以便排除在其它情况下对调节可能产生的激烈错误反应，如保持静止。
优选的是，基于模式识别的表明特征的制动特性由开关单元直至关紧设备的缓慢连续运动而得到。开关单元的与之相对的快速运动由于并非开关单元的正常状态，在分析漂移关系时不予考虑。可以确定开关单元的制动是主要由静摩擦引起的还是主要由惯性引起的。
根据对本发明加以改进的另一个措施，建议通过位置调节器来监控时间，在该时间内根据电动-气动阀的电控制使开关单元运动。该监控确保了开放点不会过小，并且可以在信号处理时考虑到气动调节驱动器内的静摩擦。如果所确定的时间过长，则存在这样的可能性：即在低通滤波器上给出正的差值，以实现调节值的增大。
前面总体上描述的方法可作为用于补偿漂移关系的程序体现为计算机程序产品的形式，它由相应包含在软件中的控制指令转换而成，并由电子调节单元执行。就此而言，该电子调节单元包括至少一个连接有存储单元的微处理器，所述存储单元用于保存所述软件以及至少对运行产生影响的参数。该电子调节单元是气动调节驱动器的闭合调节回路的组成部分，可以作为位置调节器最好直接在用于操纵与之相连的设备的气动驱动器处设置在电子装置中。
附图说明
下面整体上通过借助附图对本发明优选实施例的说明详细描述对本发明加以改进的其它措施。如图所示：
图1是设备的气动调节驱动器的侧面示意图，以及
图2是用于表示补偿漂移关系的图示。
图3是通过开放横截面特征曲线上最后两个测量点的外插确定开放点的图示。
具体实施方式
根据图1，在一个这里只部分示出的工艺技术设备的管路1中以基础结构方式置入了一个处理阀形式的设备2。该设备2在其内部具有一个与阀座3共同作用的关闭体，用于控制流过的处理介质5的量。关闭体4由气动调节驱动器6通过一个作为往复拉杆的开关单元7线性地驱动。气动调节驱动器6通过轭8与设备2固定连接。在轭8上还设置了一个电子模块形式的位置调节器9。
借助于与位置调节器9相应的位置传感器10，开关单元7的往复运动被报告给位置调节器9。为了正常工作，所检测到的往复运动通过调节单元12与保存在存储单元中的、从外部引入的额定值进行比较，并根据所确定的调节偏差来操控调节驱动器6。位置调节器9的调节单元12具有一个作为I/P转换器的电动-气动调节阀13，用于将电调节偏差转换成等效的控制压力。调节单元12的电动-气动调节阀13通过压力介质导管14与调节驱动器6相连。在调节驱动器6内部，经由压力介质导管19输送的控制压力被施加到一个位于内部的、这里不能进一步看出的开关膜片上，该开关膜片线性地驱动开关单元7。
为了对气动调节驱动器6工作期间的漂移关系进行补偿，位置调节器9根据图2沿时间轴记录下开关单元7的速度随时间的变化过程v(t)，同时还记录下作为额定值预先给定的相应的设备2的开放横截面变化过程A(t)。通过从速度变化过程v(t)以及相应的开放横截面变化过程A(t)中消去时间项，随后得到速度-开放横截面特征曲线(v-A特征曲线)，由此位置调节器6通过模式识别来分析v-A特征曲线，以确定表明关紧特征的制动特性是否存在。
如果识别到表明特征的制动特性，则根据图3，在关紧之前至少对最后的两个测量点进行外插，直至达到一个适合作为开关单元7的开放点的点，这个点在位置X处还不为零。如此得到的开放点可以通过这种方式无干扰量影响地被确定，以实现高调节质量。
附图标记列表
1     管路
2     设备
3     阀座
4     关闭体
5     处理介质
6     调节驱动器
7     开关单元
8     轭
9     位置调节器
10    位置传感器
11    存储单元
12    调节单元
13    阀门
14    压力介质导管
x     位置
p     压力

Claims (10)

1.一种用于对气动调节驱动器(6)工作期间的漂移关系进行补偿的方法，该气动调节驱动器的电动-气动阀被操作用来在闭合的调节回路中产生控制压力，以按照位置调节器(9)对开关单元(7)进行位置调节，其特征在于包括以下步骤：
a)在调节操作期间，沿时间轴记录开关单元(7)的速度变化过程v(t)，
b)同时还一同记录作为额定值向位置调节器(9)预先给出的设备(2)的开放横截面变化过程A(t)，
c)通过消去时间项而将速度变化过程v(t)和相应的开放横截面变化过程A(t)变换成速度-开放横截面特征曲线(v-A特征曲线)，
d)通过模式识别对该v-A特征曲线进行分析，以确定表明关紧特征的制动特性是否存在，
e)在关紧之前，在这个制动特性中至少对最后两个测量点进行外插，直至到达一个适合作为开放点的点，其恰好不为零。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，借助集成的低通滤波器将通过外插所确定的开放点的差值累加，以消除随机干扰影响。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，表明特征的制动特性由开关单元(7)直至关紧设备(2)的缓慢连续运动而得到。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，通过外插确定的恰好不为零的点是这样定义的点：该点位于位置传感器(10)的信号噪声之外。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，通过位置调节器(9)监控在多长时间内根据电动-气动阀(13)的电控制使开关单元(7)开始运动。
6.一种用于对气动调节驱动器(6)工作期间的漂移关系进行补偿的电子装置，其中位置调节器(9)操纵电动-气动阀(13)，以在闭合调节回路内产生控制压力，从而对开关单元(7)进行位置调节，其特征在于，位置调节器(9)在调节操作期间沿时间轴记录开关单元(7)的速度变化过程v(t)，同时还记录作为额定值预先给出的设备(2)的开放横截面变化过程A(t)，以便通过消去时间项而将速度变化过程v(t)和相应的开放横截面变化过程A(t)变换成速度-开放横截面特征曲线(v-A特征曲线)，由此，位置调节器(9)通过模式识别对该v-A特征曲线进行分析，以确定表明关紧特征的制动特性是否存在，以便在关紧之前在这个制动特性中至少对最后两个测量点进行外插，直至到达一个适合作为开关单元(7)的开放点的点，该点还不为零。
7.根据权利要求6的电子装置，其特征在于，为了进行记录，速度变化过程v(t)和开放横截面变化过程A(t)被保存在按照环形缓冲器类型设计的存储单元(11)内。
8.根据权利要求6的电子装置，所述电动-气动阀(13)被构造成具有排气、进气和关闭位置三种开关位置的三门三路阀。
9.用于如权利要求6至8中任一项所述电子装置的计算机程序产品，其可根据权利要求1至5之一所述的方法工作，其中用于补偿漂移关系的程序通过相应包含在软件中的控制指令来实现。
10.带有如权利要求9所述计算机程序产品的数据载体。
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