CN110597104A - 一种智能电气阀门定位器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能电气阀门定位器,包括智能控制系统,所述智能控制系统包括微处理器,主控部分和管理部分;所述微处理器将外部信号源输入的模拟信号作第一A/D模数转换在数字指令命令后经控制算法处理和压力温度变化补偿处理后对其作D/A数模转换并通过pwm口输出,经二阶滤波后作为主控部分的模拟给定信号;所述主控部分采用的是双闭环模拟控制系统,包括外闭环回路和内闭环回路。该智能电气阀门定位器通过设计智能控制系统,为了确保实现高的控制精度,就要对系统进行实时补偿,而补偿的基本原理就是通过改变补偿内存数值让转角反馈内存数值始终与给定内存数值相等,从而实现高精度控制。

Description

一种智能电气阀门定位器
技术领域
本发明涉及电气阀门定位器技术领域,具体为一种智能电气阀门定位器。
背景技术
电气阀定位器是调节阀的主要附件,通常与气动调节阀配套使用,它接受调节器的输出信号,然后以它的输出信号去控制气动调节阀,当调节阀动作后,阀杆的位移又通过机械装置反馈到阀门定位器,阀位状况通过电信号传给上位系统。
在正常工作中给定内存数是随着外部信号源输入的模拟信号大小同步变化的,在气源压力和环境温度稳定不变情况下补偿内存数是不变的,此时给定内存数与转角反馈内存数是相等的。但在实际工作中,由于受气源压力变化和环境温度变化的影响,在给定内存数值不变的情况下,转角反馈内存数值发生了变化。使定位器产生误差,改变了定位器的控制精度。随着世界各国智能电气阀门定位器生产厂家对该产品的不断改进和完善,使控制阀门的自动化水平得到了空前提高。但由于受现场使用条件的限制,使得在环境温度变化和气源压力变化的情况下对调节阀控制精度的影响问题始终没能得到很好解决。
正因如此我们国家在制定JB/T 7368-2015标准时,对测试条件作了特殊规定,即“测试温度为20℃±2℃;气源压力为额定值±1%”。
而标准的第5.9项,(气源压力影响规定)明确规定“当气源压力从额定值变化±10kpa时,定位器的行程变化量应不超过基本误差限的绝对值”。标准的第5.10项(环境温度变化影响规定)还明确规定“当环境温度在-25℃—+60℃范围内变化时,温度变化10℃所引起的定位器输出信号的变化量应不超过基本误差限的绝对值”。(详见JB/T7368-2015标准)
为了排除环境温度变化和气源压力变化的影响,我们研制了新型阀门定位器控制系统,成功解决了困扰国内外调节阀门制造业的此项难题,生产出了“不受环境温度变化和气源压力变化影响的智能电气阀门定位器”。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种智能电气阀门定位器。
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:一种智能电气阀门定位器,包括智能控制系统,所述智能控制系统包括微处理器,主控部分和管理部分;
所述微处理器将外部信号源输入的模拟信号作第一A/D模数转换在数字指令命令后经控制算法处理和压力温度变化补偿处理后对其作D/A数模转换并通过pwm口输出,经二阶滤波后作为主控部分的模拟给定信号;
所述主控部分采用的是双闭环模拟控制系统,包括外闭环回路和内闭环回路,所述外闭环回路包括第二比较器、伺服阀、旋转气缸和角位移传感器,所述内闭环回路包括第三比较器、PID、Piezo压电阀、差动气缸和差压传感器;
所述管理部分是利用微处理器对主控系统及控制算法运行实施管理,并对气源压力变化和环境温度变化所造成定位器输出行程值变化实时补偿;
所述主控系统管理回路的路径,是由信号源输入的模拟信号经第一A/D 模数转换后产生输入内存数,在微处理器内按预定的控制算法运行后生成给定内存数构成;
所述压力温度变化补偿处理的路径,是由外信号源输入的模拟信号经第一A/D模数转换后生成输入内存数和角位移传感器测得的模拟信号经第二A/D 模数转换后生成转角反馈内存数在内存数比较器中进行比较并生成补偿内存数构成。
优选的,所述主控部分全部采用模拟控制。
优选的,所述在微处理器pwm输出的信号中有两部分组成:一部分是按预定的控制算法运行后生成的给定内存数经D/A数模转换的给定信号;另一部分是压力温度变化补偿处理内存数经D/A数模转换的补偿信号。
优选的,所述控制算法和第二A/D模数转换之间连接第一比较器。
有益效果
本发明提供了一种智能电气阀门定位器。具备以下有益效果:该智能电气阀门定位器通过设计智能控制系统,为了确保实现高的控制精度,就要对系统进行实时补偿,而补偿的基本原理就是通过改变补偿内存数值让转角反馈内存数值始终与给定内存数值相等,从而实现高精度控制。
附图说明
图1为本发明的智能控制系统图;
图2为本发明的试验检测报告图一;
图3为本发明的试验检测报告图二;
图4为本发明的试验检测报告图三;
图5为本发明的试验检测报告图四;
图6为本发明的试验检测报告图五。
图中:1、模拟信号;2、第一A/D模数转换;3、数字指令;4、控制算法;5、压力温度变化补偿;6、D/A数模转换;7、二阶滤波;8、第二A/D模数转换;9、第一比较器;10、第二比较器;11、第三比较器;12、PID;13、 Piezo压电阀;14、差动气缸;15、压差传感器;16、伺服阀;17、旋转气缸; 18、角位移传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6,本发明提供一种技术方案:一种智能电气阀门定位器,包括智能控制系统,智能控制系统包括微处理器,主控部分和管理部分;
微处理器将外部信号源输入的模拟信号1作第一A/D模数转换2在数字指令3命令后经控制算法4处理和压力温度变化补偿5处理后对其作D/A数模转换6并通过pwm口输出,经二阶滤波7后作为主控部分的模拟给定信号;
主控部分采用的是双闭环模拟控制系统,包括外闭环回路和内闭环回路,外闭环回路包括第二比较器10、伺服阀16、旋转气缸17和角位移传感器18,内闭环回路包括第三比较器11、PID12、Piezo压电阀13、差动气缸14和差压传感器15;
管理部分是利用微处理器对主控系统及控制算法4运行实施管理,并对气源压力变化和环境温度变化所造成定位器输出行程值变化实时补偿;
主控系统管理回路的路径,是由信号源输入的模拟信号1经第一A/D模数转换2后产生输入内存数,在微处理器内按预定的控制算法4运行后生成给定内存数构成;
压力温度变化补偿5处理的路径,是由外信号源输入的模拟信号1经第一A/D模数转换2后生成输入内存数和角位移传感器18测得的模拟信号1经第二A/D模数转换8后生成转角反馈内存数在内存数比较器中进行比较并生成补偿内存数构成。
主控部分全部采用模拟控制,使其具有高灵敏度和高精度,并可单独稳定运行,这为排除气源压力变化和环境温度变化影响的发明奠定了坚实的基础,在微处理器pwm输出的信号中有两部分组成:一部分是按预定的控制算法4运行后生成的给定内存数经D/A数模转换6的给定信号;另一部分是压力温度变化补偿5处理内存数经D/A数模转换6的补偿信号,控制算法4和第二A/D模数转换8之间连接第一比较器9,针对压力和温度变化进行判定,是否需要补偿。
当该智能电气阀门定位器的控制系统工作时:(1)利用微处理器中的记数器定时并检测补偿内存数;(2)若补偿内存数大于零,则根据补偿内存数值大小适当增加补偿量。若补偿内存数小于零,则根据补偿内存数值大小适当减少补偿量;(3)这种运算须伴随主程序重复运行。其两次运行间隔时间视系统工作状态而定。
利用上述方法可有效消除气源压力变化和环境温度变化对调节阀门控制精度的影响,并可提高系统的稳定性,这种具有特殊功能的调节阀门能更广泛的适用于各种环境下的控制现场,可提高控制阀门的利用率。
试验大纲:
(一)气源压力变化影响
当气源压力在按配用执行机构所允许的工作压力范围内(配气动薄膜执行机构为140kpa-400kpa,配气动活塞式执行机构为250kpa-700kpa)变化时,定位器的行程变化量应不超过基本误差的绝对值。
(二)气源压力变化影响试验
试验步骤如下:
1.当配用气动活塞式执行机构
a)将气源压力稳定在400kpa上,输入信号为量程的50%,记录行程值。
b)按400kpa;350kpa;300kpa;350kpa;400kpa;450kpa;500kpa顺序改变气源压力,待显示稳定后记录个点行程值。
c)求b)行各点与a)行程值之差并取绝对值,最大差值即为行程变化量。
2.当配用气动薄膜执行机构时
a)将气源压力稳定在300kpa上,输入信号为量程的50%,记录行程值。
b)记录150kpa;200kpa;300kpa和350kpa四点的行程值。
c)求a);b)两项行程之差,取最大差值为行程变化量。
(三)环境温度变化影响
当环境温度在-25℃-60℃范围内变化时,定位器位置输出信号的变化量或行程变化量不超过基本误差限的绝对值。
(四)环境温度变化影响试验
本试验应在正常运行的定位器/执行机构组合体上进行。组合体按正常工作位置放在高低温箱内。
试验温度和顺序:20℃;60℃;20℃;-25℃;20℃每一试验温度的允差为±2℃,保温2h。
调整输入信号,使定位器的位置输出信号值分别为8mA,16mA或使其运行全程的25%;75%位置上,然后保持输入信号不变,在每一个温度点上测量位置输出信号值,或行程值。重复上述试验2次。
取每一温度点上二次测量的平均值,作为定位器位置输出信号值。
为了验证发明效果,特针对国家标准中第5.9项和第5.10项,编写了试验大纲,并将样机送到“上海仪器仪表自控系统检测试验有限公司(上海工业自动化仪表研究院的子公司)”,作了全面性能检测,结果详见“检测报告”。
从检测报告序号第7项中可看出当气源压力从300kpa变化到500kpa时输出行程值变化为0.00%。而国内标准中气源压力变化规定是从额定值变化± 10kpa,定位器的行程变化量应不超过基本误差限的绝对值。
从检测报告序号第8项中可以看出,当环境温度从+20℃—+60℃—+20℃—-25℃—+20℃变化时输出行程值的最大变化量仅为0.94%,而国内标准是温度变化10℃所引起的定位器输出信号的变化量应不超过基本误差限的绝对值。 (国外各知名智能电气阀门定位器生产厂家的规定也与此基本相同)
综上所述:此技术方案可允许在各种工作温度和工作压力下测试或标定本阀门定位器,其输出信号的变化量均不超过基本误差限的绝对值。而此精度远高于国内标准,在理论上与国内标准相差8.5倍。(因为如果变化10℃限定误差为1%,那么-25℃—+60℃变化范围应是85℃的限定误差应为8.5%,而我们产品的实际误差仅为0.94%;气源压力变化更是远超±10kpa的变化量限制,而在工作压力范围内任意变化,定位器的行程变化量均不超过基本误差限的绝对值,《定位器的行程值几乎没变化》)。
这不仅极大提高了调节阀门的稳定性和控制精度,还可扩展调节阀门的使用范围。能改写国、内外标准对此两项内容的规定。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种智能电气阀门定位器,包括智能控制系统,其特征在于:所述智能控制系统包括微处理器,主控部分和管理部分;
所述微处理器将外部信号源输入的模拟信号(1)作第一A/D模数转换(2)在数字指令(3)命令后经控制算法(4)处理和压力温度变化补偿(5)处理后对其作D/A数模转换(6)并通过pwm口输出,经二阶滤波(7)后作为主控部分的模拟给定信号;
所述主控部分采用的是双闭环模拟控制系统,包括外闭环回路和内闭环回路,所述外闭环回路包括第二比较器(10)、伺服阀(16)、旋转气缸(17)和角位移传感器(18),所述内闭环回路包括第三比较器(11)、PID(12)、Piezo压电阀(13)、差动气缸(14)和差压传感器(15);
所述管理部分是利用微处理器对主控系统及控制算法(4)运行实施管理,并对气源压力变化和环境温度变化所造成定位器输出行程值变化实时补偿;
所述主控系统管理回路的路径,是由信号源输入的模拟信号(1)经第一A/D模数转换(2)后产生输入内存数,在微处理器内按预定的控制算法(4)运行后生成给定内存数构成;
所述压力温度变化补偿处理(5)的路径,是由外信号源输入的模拟信号(1)经第一A/D模数转换(2)后生成输入内存数和角位移传感器(18)测得的模拟信号经第二A/D模数转换(8)后生成转角反馈内存数在内存数比较器中进行比较并生成补偿内存数构成。
2.根据权利要求1所述的一种智能电气阀门定位器,其特征在于:所述主控部分全部采用模拟控制。
3.根据权利要求1所述的一种智能电气阀门定位器,其特征在于:所述在微处理器 pwm输出的信号中有两部分组成:一部分是按预定的控制算法(4)运行后生成的给定内存数经D/A数模转换(6)的给定信号;另一部分是压力温度变化补偿处理(5)内存数经D/A数模转换(6)的补偿信号。
4.根据权利要求1所述的一种智能电气阀门定位器,其特征在于:所述控制算法(4)和第二A/D模数转换(8)之间连接第一比较器(9)。
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