CN101782094A - 用于在气动调节驱动器的受控电动-气动阀中找到开放点的方法和电子装置 - Google Patents

用于在气动调节驱动器的受控电动-气动阀中找到开放点的方法和电子装置 Download PDF

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Abstract

用于找到电动-气动阀门(13)中的开放点的方法和电子装置，其被用在对由此操纵的设备(2)的气动调节驱动器(6)的开关单元进行位置调节的闭合调节回路中，其中执行以下步骤：a)用对应于估计的开放点的控制信号对所述电动-气动阀门(13)进行激励；b)通过以传感技术方式检测开关单元(7)的运动对该控制信号下的调节回路特性进行校准；c)如果在当前开放点下所确定的调节回路特性不对应于预设额定值，则根据分析结果改变控制信号，以得到更为匹配的开放点，接着寻找过程从步骤a)重新开始。

Description

用于在气动调节驱动器的受控电动-气动阀中找到开放点的方法和电子装置
技术领域
本发明涉及一种用于在电动-气动阀中找到开放点的方法，该电动-气动阀被设置在一个用于对气动调节驱动器的开关单元进行位置调节的闭合控制环中，由此操作设备。此外，本发明还涉及一种用于实现该方法的电子装置，以及与之相关联的计算机程序产品和数据载体。
背景技术
本发明主要应用在气动调节驱动器领域，气动调节驱动器包括位置调节器，所述位置调节器根据预定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能够安装在气动调节驱动器处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，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。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路开关功能使得能够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、关闭位置和排气三种开关位置。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，位置调节器部分考虑到了以传感器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。所有这些影响因素都使得找到电动-气动阀门的可实现高调节精度的理想开放点变得困难。
根据通常的现有技术，在位置调节器初始化时找到正确的开放点习惯上是借助于位置传感器件，其在进气或排气开始时确定开关单元的位置。通过这种方式，位置调节器在由制造商制造完成后被校准。
此外，一般还已知直接通过对开关单元往复路径上的速度情况进行分析来进行校准。其中的问题在于没有考虑到调节回路的特性。尤其是在小体积气动调节驱动器的情况下，存在在往复路径上末端终止的危险，这可能会对设备造成损伤。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种用于找到开放点的方法和电子装置，以此可通过简单的方式在工作过程中执行对设备的初始化，以确保高调节质量。
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8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-气动阀门由控制信号所激励，该控制信号对应于所估计的开放点。随后，在该控制信号下通过以传感技术对开关单元运动进行检测而对调节回路特性进行校准。如果结论是在当前开放点下所确定的调节回路特性不对应于一个规定的预设额定值，则控制信号根据分析结果而改变，以得到更为匹配的开放点。然后，寻找过程再次从前面提到的第一个方法步骤开始。该方法循环持续执行，直到在当前开放点下所确定的调节回路特性对应于预设额定值。
本发明所述解决方案的优点在于，在设备工作期间能够以简单的方式找到理想的开放点，以实现高调节精度，其中前面提到的方法循环自动地执行。由此避免了对分别通过传感技术所确定的测量值进行开销很大的校准。此外，由此省去了与之相关的附加传感器件。根据本发明的解决方案也适合于小体积的气动调节驱动器，因为由此能够排除损伤危险。
根据一种对本发明加以改进的措施，建议为了激励电动-气动阀门，分开地预先给定针对进气和排气的控制参数。由此可分别对上方和下方的特征曲线进行优化，从而能够针对进气和排气单独找到理想的开放点。
调节回路特性的校准可以以不同的方式实现。如果滞后效应主要是由滑动摩擦引起的，则可以考虑介于开关单元的切断和再次接通之间的平均速度。另一方面，如果滞后效应主要是由静摩擦引起的，则可以考虑从激励开始之后的开关单元切断时刻、即时间持续期间，以对调节回路特性进行校准。如果其间开关单元运动得太慢，则由该结果可以向控制信号补充这样一个偏移量，该偏移量的大小使得开关单元能够更快地运动。由此可以使控制信号逐步接近最优，以找到理想的开放点。
然而，作为对此的替代，也可以利用按照牛顿法或类似方法的零点寻找方法对当前控制信号下的调节回路特性进行分析，这样的零点寻找方法是基于二分法求解，以快速找到理想开放点。
前面总体上描述的方法可作为用于确定调节特性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是用于寻找图1所示气动调节驱动器的电子-气动阀门的开放点的流程的流程图。
具体实施方式
根据图1，在一个这里未明确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。
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。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。
为了对气动调节驱动器6进行初始化，调节单元12执行用于寻找理想开关点的程序。由此可以实现位置调节器9与通过它驱动的气动调节驱动器6和又由气动调节驱动器驱动的设备2的自动匹配。为了找到所述开放点，调节单元12用控制信号来激励电动-气动阀门13，该控制信号对应于估计的开放点。通过以传感技术方式检测由此触发的开关单元7的运动，对调节回路特性进行校准。表示为沿时间轴的测量曲线的测量结果被分析，以当在当前开放点下所确定的调节回路特性不对应于预设额定值时改变控制信号。
图2示出了寻找开放点的主要方法步骤，如下：
a)用对应于估计的开放点的控制信号进行激励；
b)通过以传感技术方式检测开关单元运动对该控制信号下的调节回路特性进行校准；
c)与对应于所希望的调节回路特性的预设额定值进行比较，并当其不对应于所述预设额定值时返回执行步骤a)，其中在下一个循环执行过程中控制信号向调节回路特性更好的方向改变。
由此可以在设备初始化过程中以简单的方式与所采用的气动调节驱动器无关地找到和所希望的调节回路特性相匹配的开放点。
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)

1.一种用于找到电动-气动阀门(13)中的开放点的方法，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，其特征在于包括以下步骤：
a)用对应于估计的开放点的控制信号对所述电动-气动阀门(13)进行激励；
b)通过以传感技术方式检测开关单元(7)的运动对该控制信号下的调节回路特性进行校准；
c)如果在当前开放点下所确定的调节回路特性不对应于预设额定值，则根据分析结果改变控制信号，以得到更为匹配的开放点，接着寻找过程从步骤a)重新开始。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，用于激励电动-气动阀门(13)的控制参数针对阀门(13)的进气和排气被分别预先给定。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，如果滞后效应主要是由滑动摩擦引起的话，则为了对调节回路特性进行校准，考虑介于开关单元(7)的切断和再次接通之间的平均速度。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，如果滞后效应主要是由静摩擦引起的话，则为了对调节回路特性进行校准，考虑从激励开始之后开关单元(7)的切断时刻。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，为了在分析结果不令人满意时逐步地改变控制信号，对控制信号给出一个能够确定的固定偏移量。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，对当前控制信号下调节回路特性的分析借助零点寻找方法来实现。
7.一种用于找到位置调节器(9)的电动-气动阀门(13)中的开放点的电子装置，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)用对应于估计的开放点的控制信号激励电动-气动阀门(13)，并且该控制信号下的调节回路特性通过以传感技术方式检测开关单元(7)的运动而被校准，以便在当前开放点下所确定的调节回路特性不对应于预设额定值的情况下根据分析结果改变控制信号。
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，关闭位置和排气三种开关位置。
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，其中用于寻找开放点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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