CN117366322A - 一种阀门定位器及阀门结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种阀门定位器及阀门结构，定位器包括：控制模块、阀位传感器、压力传感器和行程/压力关联模块，阀位传感器用于检测阀体的阀位，并传输至控制模块，控制模块用于根据阀位设定值和阀门阀位的偏差，形成下一周期的阀位控制信号，并转换为气动信号传送至气动执行机构，以使气动执行机构根据气动信号控制阀门的开度；压力传感器用于检测气动执行机构输出的压力，并传输至行程/压力关联模块，行程/压力关联模块将压力传感器传递的压力值换算成阀门阀位，并传输至控制模块。本发明在阀位传感器故障时，能够代替阀位信号，实现调节阀相对低精度的调节控制，实现阀门的基本调节功能，以减少对关键部件的依赖度。

Description

一种阀门定位器及阀门结构

技术领域

本发明涉及阀门技术领域，具体涉及一种阀门定位器及阀门结构。

背景技术

智能阀门定位器是一种基于控制信号与阀位传感器信号进行平衡控制的仪表，广泛用于调节阀控制。根据其原理，当控制信号和阀位反馈信号出现偏差时，由控制单元发出进气或排气的逻辑信号，以增加或减少气动执行机构气体容腔的压力，进而使阀位信号逐渐向控制信号逼近，实现阀门的定位。目前市场的定位器，阀位传感器信号是一个不可缺少的关键信号，当这个信号故障时，定位器控制功能丢失，阀门只能按照预定安全模式，进入全开或全关或保持的位置，相应的调节功能丧失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种阀门定位器，其用于在阀位传感器故障时，代替阀位信号，实现调节阀相对低精度的调节控制，实现阀门的基本调节功能，以减少对关键部件的依赖度；相应地，还提供一种具有该阀门定位器的阀门结构。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种阀门定位器，包括：控制模块和阀位传感器，

阀位传感器电连接于控制模块和阀门结构的阀体之间，用于检测阀体的阀位，并传输至所述控制模块，

所述控制模块与阀门结构的气动执行机构电连接，用于根据阀位设定值和阀门阀位的偏差，形成下一周期的阀位控制信号，并转换为气动信号传送至气动执行机构，以使气动执行机构根据所述气动信号控制阀门的开度；

还包括：压力传感器和行程/压力关联模块，

所述压力传感器电连接于气动执行机构和行程/压力关联模块之间，用于检测气动执行机构输出的压力，并传输至行程/压力关联模块，

所述行程/压力关联模块与控制模块电连接，用于将压力传感器传递的压力值换算成阀门阀位，并传输至控制模块。

可选地，所述行程/压力关联模块包括关联单元和换算单元。

关联单元，用于构建阀门定位器空载运行时的行程位置与压力值的关联关系，得到行程和压力的关联式。换算单元，与关联单元连接，用于根据行程和压力的关联式将压力传感器传递的压力值换算成阀门阀位。

可选地，所述行程/压力关联模块的关联单元还与阀位传感器电连接，关联单元还用于在阀门定位器有载运行时，根据阀位传感器传递的阀位信号，以及压力传感器传递的压力信号，修正行程和压力的关联式。

可选地，所述控制模块包括控制单元和E/P转换单元，

所述控制单元用于根据阀位设定值和阀门阀位的偏差，形成下一周期的阀位控制信号，所述E/P转换单元用于将控制单元输出的阀位控制信号转换为气动信号，并传输给气动执行机构。

可选地，所述控制单元为MCU控制器。

可选地，MCU控制器包括自整定组件。自整定组件，用于在稳态运行时周期性检测阀门定位器的实际压力差值，当实际压力差值大于预设阈值，对阀门进行压力补偿。

可选地，MCU控制器用于在阀门传感器正常工作时，根据阀位设定值和阀门传感器传输的阀门阀位进行阀门定位，以及，用于在阀门传感器发生故障时，根据阀位设定值和行程/压力关联模块传递的阀门阀位进行阀门定位。

可选地，所述阀门定位器为脉冲控制式定位器或喷嘴挡板式定位器。

本发明还提供一种阀门结构，包括阀体、气动执行机构，以及上述的阀门定位器。

本发明的阀门定位器，通过增设压力传感器和行程/压力关联模块，压力传感器实现对定位器输出压力的采集，行程/压力关联模块实现压力传感信号与行程传感信号的关联，关联的行程传感信号可作为控制算法中辅助信号，当阀位传感器故障时，代替阀位信号，实现调节阀相对低精度的调节控制，实现阀门的基本调节功能，以减少对关键部件的依赖度。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的阀门定位器的结构示意图；

图2为本发明实施例1的一种微压力泄露补偿算法的流程示意图；

图3为本发明实施例1的一种阀位控制算法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种阀门定位器，包括：控制模块和阀位传感器，

阀位传感器电连接于控制模块和阀门结构的阀体之间，用于检测阀体的阀位，并传输至所述控制模块，

所述控制模块与阀门结构的气动执行机构电连接，用于根据阀位设定值和阀门阀位的偏差，形成下一周期的阀位控制信号，并转换为气动信号传送至气动执行机构，以使气动执行机构根据所述气动信号控制阀门的开度；

还包括：压力传感器和行程/压力关联模块，

所述压力传感器电连接于气动执行机构和行程/压力关联模块之间，用于检测气动执行机构输出的压力，并传输至行程/压力关联模块，

所述行程/压力关联模块与控制模块电连接，用于将压力传感器传递的压力值换算成阀门阀位，并传输至控制模块。

本发明还提供一种阀门结构，包括阀体、气动执行机构，以及上述的阀门定位器。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供一种阀门定位器，包括：控制模块和阀位传感器，

阀位传感器电连接于控制模块和阀门结构的阀体之间，用于检测阀体的阀位，并传输至所述控制模块，

所述控制模块与阀门结构的气动执行机构5电连接，用于根据阀位设定值和阀门阀位的偏差，形成下一周期的阀位控制信号，并转换为气动信号传送至气动执行机构5，以使气动执行机构5根据所述气动信号控制阀门的开度；

还包括：压力传感器3和行程/压力关联模块4，

所述压力传感器3电连接于气动执行机构5和行程/压力关联模块4之间，用于检测气动执行机构5输出的压力，并传输至行程/压力关联模块4，

所述行程/压力关联模块4与控制模块电连接，用于将压力传感器3传递的压力值换算成阀门阀位，并传输至控制模块。

阀门定位器是一种基于控制信号与阀位传感器进行平衡控制的仪表。定位器的调节控制，目的在于阀位的定位，所以直接的阀位传感器的感知信号对阀门精度的定位，效果最直接，依赖度也最大化。但任何部件都有产生故障的可能，依赖度越大，可能的影响也越大。

本实施例通过增设压力传感器3和行程/压力关联模块4，压力传感器3实现对定位器输出压力的采集，行程/压力关联模块4实现压力传感信号与行程传感信号的关联，关联的行程传感信号可作为控制算法中辅助信号，当阀位传感器故障时，代替阀位信号，实现调节阀相对低精度的调节控制，实现阀门的基本调节功能，以降低关键部件故障带来的影响力。

本实施例中，行程/压力关联模块4包括关联单元和换算单元。

关联单元，用于构建阀门定位器空载运行时的行程位置与压力值的关联关系，得到行程和压力的关联式。

换算单元，与关联单元连接，用于根据行程和压力的关联式将压力传感器3传递的压力值换算成阀门阀位。本实施例中，行程/压力关联模块4的关联单元还与阀位传感器电连接，关联单元还用于在阀门定位器有载运行时，根据阀位传感器传递的阀位信号，以及压力传感器3传递的压力信号，修正行程和压力的关联式。

本实施例中，基于阀门定位器空载运行时的行程位置与压力值的关联关系得到的行程和压力的关联式，为阀门投运前的基础关联。在阀门传感器出现故障后，基于阀门投运前的基础关联及投运后动态自适应关联修正得到的行程和压力的关联式进行阀门定位，能得到更为精确的阀门定位效果。

本实施例中，控制模块包括控制单元1和E/P转换单元2，

控制单元1用于根据阀位设定值和阀门阀位的偏差，形成下一周期的阀位控制信号，E/P转换单元2用于将控制单元1输出的阀位控制信号转换为气动信号，并传输给气动执行机构5。

本实施例中，控制单元1为MCU控制器。

本实施例中，MCU控制器包括自整定组件。自整定组件，用于在稳态运行时周期性检测阀门定位器的实际压力差值，当实际压力差值大于预设阈值，对阀门进行压力补偿。

可选地，MCU控制器用于在阀门传感器正常工作时，根据阀位设定值和阀门传感器传输的阀门阀位进行阀门定位。以及，用于在阀门传感器发生故障时，根据阀位设定值和行程/压力关联模块4传递的阀门阀位进行阀门定位。

本实施例中，阀门定位器为脉冲控制式定位器或喷嘴挡板式定位器。

目前市场的阀门定位器，从大的分类上，分两类仪表。

一是脉冲控制式定位器，输出压力的控制是由高速开关型的E/P单元作为先导阀，进而控制气动执行机构气腔压力。定位器一般没有压力传感器，较难实现执行机构压力诊断。当定位器输出与气腔管道连接有泄漏时，无法获取先于行程变化的感知，容易产生行程的扰动。本发明可用于该类定位器，通过增加压力传感器，容易实现定位器对执行机构基于压力检测的诊断功能，并当定位器输出与气腔管道连接存在泄漏情况下，通过死区控制中先于行程变化的微压力泄露补偿算法，流程如图2所示，自整定过程中得到从稳态到动态的压力差值Px，运行中稳态情况下对压力进行周期检测得到实际压力差值Pxt，当实际压力差值大于预设阈值(如Px/4)时对阀门进行压力补偿，减少可能出现的扰动情况，实现执行机构行程的稳定。

二是喷嘴挡板式定位器，定位器控制挡板的位移，实现流量的节流控制。该类定位器，一般会有压力的传感，并在正常压力传感的情况下，具备泄漏的补偿。但该压力的传感仅仅作为节流控制的中间信号，MCU数据化不够，当压力的传感发生故障，节流控制可能失效并缺乏报警功能。

本实施例的阀门定位器，其包含能感知定位器输出压力的传感器，并通过该传感器，MCU能监视输出压力变化，进而能取得先于行程变化的压力处理能力。从定位器定位的环节来说，主要是定位器偏差检测、控制压力输出至执行机构、获取执行机构的行程反馈至定位器。压力传感器作为驱动传递的压力信号的检测，对整个执行单元的诊断显得非常重要。对于脉冲控制式定位器，此传感器一般为新增部件，有利于实现执行机构压力诊断，减少可能出现的扰动情况。对于喷嘴挡板式定位器，传感器信号能通过AD转换成数据供MCU，利用该数据进行行程相关的控制运算。定位器在获得压力的感知并数据化后，在定位器的自整定组件中，增加图1中E/P转换单元2和气动执行机构5之间泄漏量的检测数据，数据包括压力/行程对应参数。依据该数据，当定位器运行并处于控制死区范围内，MCU仍不间断地监视压力变化，在行程变化之前控制E/P单元补充压力输出，实现执行机构行程的稳定。

行程/压力关联模块4为用于行程与压力关联的软件运算模块。压力值与相连设备的特性差异相关，同时与阀门的带载有关。其涉及两个方面——阀门投运前的基础关联及投运后动态自适关联。具体地，在定位器的自整定组件中，记录空载行程位置对应的压力值Pn。当有载运行过程时，可根据实际情况优化输入信号SP和压力Pn的对应关系，其中，SP为阀位设定值，如表1所示。

表1PV-SP-Pn的对应关系

行程位置(PV)(附近)	输入信号(SP)范围	对应压力值(Pn)
			5％	0～15％	P1
25％	15～40％	P2
			50％	40～60％	P3
75％	60～85％	P4
			95％	85～100％	P5

控制单元1是能自动检测阀位传感器故障并基于压力(行程关联)信号的定位控制模块。作为具有诊断功能的智能阀门定位器，对于关键信号，阀位传感器的诊断是必备的功能，阀位传感器的诊断包括激励信号的故障诊断、传感器输出极限诊断、对应行程在裕度下的有效诊断。对于出现阀位传感器故障后的处理，一般是使定位器切换为安全模式即全开/全关/保持，丢失定位器的调节功能。而本实施例的定位器作用在于降低关键部件故障带来的影响力。通过自动检测阀位传感器的故障情况，并当故障出现时，利用预先准备好的关联信号(压力信号)，替代阀位信号，并将阀位控制算法自动转换为基于压力(行程关联)信号的定位控制模块。如图3所示，当行程传感器正常工作时，按输入信号SP和行程信号PV平衡程序进行阀门的定位。当行程传感器发生故障时，按输入信号SP和对应压力信号Pn平衡程序进行阀门定位。实现阀门调节的基本功能的实现。

实施例2：

本实施例提供一种阀门结构，包括阀体、气动执行机构5，以及实施例1的阀门定位器。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种阀门定位器，包括：控制模块和阀位传感器，

阀位传感器电连接于控制模块和阀门结构的阀体之间，用于检测阀体的阀位，并传输至所述控制模块，

所述控制模块与阀门结构的气动执行机构(5)电连接，用于根据阀位设定值和阀门阀位的偏差，形成下一周期的阀位控制信号，并转换为气动信号传送至气动执行机构(5)，以使气动执行机构(5)根据所述气动信号控制阀门的开度；

其特征在于，还包括：压力传感器(3)和行程/压力关联模块(4)，

所述压力传感器(3)电连接于气动执行机构(5)和行程/压力关联模块(4)之间，用于检测气动执行机构(5)输出的压力，并传输至行程/压力关联模块(4)，

所述行程/压力关联模块(4)与控制模块电连接，用于将压力传感器(3)传递的压力值换算成阀门阀位，并传输至控制模块。

2.根据权利要求1所述的阀门定位器，其特征在于，所述行程/压力关联模块(4)包括关联单元和换算单元，

关联单元，用于构建阀门定位器空载运行时的行程位置与压力值的关联关系，得到行程和压力的关联式，

换算单元，与关联单元连接，用于根据行程和压力的关联式将压力传感器(3)传递的压力值换算成阀门阀位。

3.根据权利要求2所述的阀门定位器，其特征在于，所述行程/压力关联模块(4)的关联单元还与阀位传感器电连接，关联单元还用于在阀门定位器有载运行时，根据阀位传感器传递的阀位信号，以及压力传感器(3)传递的压力信号，修正行程和压力的关联式。

4.根据权利要求1所述的阀门定位器，其特征在于，所述控制模块包括控制单元(1)和E/P转换单元(2)，

所述控制单元(1)用于根据阀位设定值和阀门阀位的偏差，形成下一周期的阀位控制信号，所述E/P转换单元(2)用于将控制单元(1)输出的阀位控制信号转换为气动信号，并传输给气动执行机构(5)。

5.根据权利要求4所述的阀门定位器，其特征在于，所述控制单元(1)为MCU控制器。

6.根据权利要求5所述的阀门定位器，其特征在于，MCU控制器包括自整定组件，

自整定组件，用于在稳态运行时周期性检测阀门定位器的实际压力差值，当实际压力差值大于预设阈值，对阀门进行压力补偿。

7.根据权利要求5所述的阀门定位器，其特征在于，MCU控制器用于在阀门传感器正常工作时，根据阀位设定值和阀门传感器传输的阀门阀位进行阀门定位，

以及，用于在阀门传感器发生故障时，根据阀位设定值和行程/压力关联模块(4)传递的阀门阀位进行阀门定位。

8.根据权利要求1-7任一项所述的阀门定位器，其特征在于，所述阀门定位器为脉冲控制式定位器或喷嘴挡板式定位器。

9.一种阀门结构，其特征在于，包括阀体、气动执行机构(5)，以及如权利要求1-8任一项所述的阀门定位器。