CN101782091A - 用于检验气动调节驱动器中的电动-气动阀门的控制参数的方法和电子装置 - Google Patents

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Abstract

用于检验电动-气动阀门(13)的控制参数的方法和电子装置，其被用在对由此操纵的设备(2)的气动调节驱动器(6)的开关单元(7)进行位置调节的闭合调节回路中，其中所述电动-气动阀门(13)由具有确定幅值的交替信号控制，使得调节回路通过阀门(13)的交替进气和排气围绕能够调整的位置额定值进行振荡，从而克服气动调节驱动器(6)所存在的滞后效应，其中同时通过传感技术检测在开关单元(7)处所产生的位置振荡的轨迹，由此确定调节回路针对所设定的幅值的特征，以便确定是否找到了适合于调节回路的开放点。

Description

用于检验气动调节驱动器中的电动-气动阀门的控制参数的方法和电子装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定电动-气动阀门的控制参数的方法，该方法被用在对由此操纵的设备的气动调节驱动器的开关单元进行位置调节的闭合调节回路中。另外，本发明还涉及用于执行该方法的电子装置以及与之相关的计算机程序产品和数据载体。
背景技术
本发明的主要应用领域涉及包括位置调节器的气动调节驱动器，以便根据预设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。但是，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。
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能够安装在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，具有20ms的采样率。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，还设置有针对由气动调节驱动器所操纵的开关单元的当前位置实际值的传感器输入，其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。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路开关功能可以实现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的进气、关闭位置和排气的开关位置。具备3门3路开关功能的电动-气动阀门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。
在进行位置调节时，这样的电动-气动阀门提供与所输送的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效应而引起的。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，位置调节器部分考虑到了以传感技术所确定的校正值。但由此可得到的结果往往不那么令人满意。一个重要的影响因素还造成了阀门机构的滞后。为了实现高调节精度，需要了解调节信号应该被改变多少，以克服滞后效应，从而使开关单元以所希望的方式进行运动。
发明内容
本发明的任务是尤其在考虑滞后效应的情况下对调节特征进行分析，以确保尽可能线性的高质量调节。
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7。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：气动调节驱动器的电动-气动阀门由交替信号控制，使得调节回路通过阀门的交替进气和排气围绕要设置的位置额定值进行振荡，从而克服气动调节驱动器所存在的滞后效应，其中同时通过传感技术检测在开关单元处所产生的位置振荡轨迹，从而尤其是为了确定位置调节的开放点而确定调节特征。
本发明所述解决方案的优点尤其是在于，在正在进行的位置调节操作期间能够对调节特征进行分析，以识别出当前影响调节的量，其能够紧接着通过调节技术加以补偿。根据本发明的解决方案尤其是能够识别出调节能够以什么样的开放点工作。其例如能够对电控制和开关单元的反应之间的时间间隔以及反应的陡峭程度作为调节特征的特性进行分析，其表明了主要的滞后特性的特点。在开关单元处所产生的位置振荡的轨迹沿着时间轴绘制，并构成了分析基础。由此可以识别出电控制信号在特定情况下可以被改变到何种程度，以便最终在通过气动调节驱动器操纵的设备中引起所希望的横截面改变。根据本发明的解决方案可以使气动调节驱动器的调节自动适配于所驱动的设备，从而可以避免为此目的而进行的手动参数化和初始化。
为了提高测量精度，建议通过由位置传感器所检测到的多个所记录的开关单元振荡周期形成一个平均值。为了消除系统起振所带来的误差，进一步建议在形成所述平均值时丢弃第一次振荡的测量结果。通过形成平均值降低了随机出现的使测量值出现错误的误差。
根据另一个改进本发明的措施，建议为了产生开关单元的位置振荡，针对阀门的进气和排气分别预先给定控制参数。由此始终能可靠地经历气动调节驱动器的滞后过程，并能用最少的可能时间记录下激励值的轨迹。从而可以有利地缩短测量时间。
在本发明的范围内，可以将开关单元的下述位置点定义为位置调节的开放点：该位置点允许开关单元开始运动不比一个固定的最大允许时间慢，但是也不比一个固定的最小允许时间快。其中所述最大允许时间相当于调节速度，所述最小允许时间表示其精度。
作为另一个改进本发明的措施，建议在开关单元进行位置振荡时测量在预定控制下为克服气动调节驱动器的滞后效应所需的时间。测得的时间值代表了调节特征的主要特征量。用于克服滞后效应的时间例如相当于开关单元从保持静止到开始运动的时间间隔，并且其在调节技术上的考虑对于能够线性地以高调节质量对设备的实际打开横截面进行调整起到决定性作用。
前面总体上描述的方法可作为用于确定调节特征的程序体现为计算机程序产品，它由相应包含在软件中的控制指令转换而成，并在电子调节单元内执行。就此而言，该电子调节单元包括至少一个带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的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是由气动调节驱动器的位置传感器测得的在开关单元处所产生的位置振荡轨迹的图示。
具体实施方式
根据图1，在一个这里仅示意性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4，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相连。在轭8上还设置了一个电子模块形式的位置调节器9。
通过位置传感器10，开关单元7的往复运动被报告给位置调节器9。所检测到的往复运动通过调节单元12与保存在存储单元11中的、从外部引入的额定值进行比较，并且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-气动调节阀门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-气动调节阀门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，通过经由压力介质导管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，该开关膜片驱动开关单元7。
为了实现尽可能高的调节质量，可通过调节单元12对尤其是由气动调节驱动器6的滞后效应所表示的调节特征加以考虑，该调节特征为了进行初始化而被校准。为此目的，电动-气动阀门13通过调节单元12用交替信号来控制，使得调节回路通过阀门13的进气和排气交替围绕一个要设置的位置额定值以例如50％的幅度振荡。该振荡在任何情况下都被测量，以便克服气动调节驱动器6所存在的滞后效应。同时，位置传感器10测量开关单元7处所产生的位置振荡的轨迹。这样记录的振荡被传送到调节单元12的输入侧，该调节单元对气动调节驱动器6中当前存在的调节特征进行分析，以便尤其是检验进气和排气的位置调节的所设置的开放点。就此而言，实现了具备3门3路开关功能的电动-气动阀门13，其具有进气、关闭位置和排气的开关位置。
图2示出了在开关单元处所产生的位置振荡的轨迹。这里的开关单元保持在50％打开程度的位置处，该开关单元通过交替信号而围绕这个位置进行振荡，使得开关单元处的位置传感器对所示的轨迹进行测量。相应地示出了短暂的排气阶段和紧接着的短暂的进气阶段之间的时间过程。
上部的区域A1对应于阀门排气阶段，而下部的区域A2对应于阀门进气阶段。由此使得开关单元作这样的振荡运动：其超出开关滞后范围+/-0.5％。同时，在开关单元处如此产生的位置振荡的轨迹借助传感技术通过气动调节驱动器的位置传感器被检测，由此确定尤其是用于确定位置调节的正确开放点的调节特征。为了得到精确的分析结果，对多个所记录的振荡周期加以考虑，其中排除了受到系统起振干扰的第一个振荡周期，从而形成一个平均值。
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     气动调节驱动器
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

Claims (10)

1.一种用于检验电动-气动阀门(13)的控制参数的方法，该方法被用在对由此操纵的设备(2)的气动调节驱动器(6)的开关单元(7)进行位置调节的闭合调节回路中，其特征在于，
所述电动-气动阀门(13)由具有确定幅值的交替信号控制，使得调节回路通过阀门(13)的交替进气和排气围绕要设置的位置额定值进行振荡，从而克服气动调节驱动器(6)所存在的滞后效应，其中同时通过传感技术检测在开关单元(7)处所产生的位置振荡的轨迹，由此确定调节回路针对所设定的幅值的特征，以便确定是否找到了适合于调节回路的开放点。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，通过多个所记录的开关单元(7)的振荡周期形成一个平均值。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，在形成平均值时不考虑第一次振荡的结果。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，为了产生位置振荡，针对阀门(13)的进气和排气分别预先给定控制参数。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，将下述位置点定义为位置调节的开放点：该位置点允许开关单元(7)开始运动不比一个固定的最大允许时间慢，但是也不比一个固定的最小允许时间快。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，在开关单元(7)进行位置振荡时测量在预定控制下为克服气动调节驱动器(6)的滞后效应所需的时间。
7.一种用于检验位置调节器(9)的电动-气动阀门(13)的控制参数的电子装置，所述位置调节器用于驱动设备(2)的气动调节驱动器(6)的开关单元(7)，其特征在于，
调节单元(12)用具有确定幅值的交替信号控制电动-气动阀门(13)，使得调节回路通过阀门(13)的交替进气和排气围绕要设置的位置额定值进行振荡，从而克服气动调节驱动器(6)所存在的滞后效应，其中同时位置传感器(10)检测在开关单元(7)处所产生的位置振荡的轨迹，由此调节单元(12)确定调节回路针对所设定的幅值的特征，以便确定是否找到了适合于调节回路的开放点。
8.根据权利要求7的装置，其特征在于，所述电动-气动阀门(13)具备3门3路开关功能，具有进气、关闭位置和排气的开关位置。
9.用于如权利要求7所述电子装置的计算机程序产品，其可根据权利要求1至6之一所述的方法工作，其中用于确定调节特征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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