关于HVP系列智能阀门定位器的研发

　　0　引言

　　随着智能、网络、通信、控制和管理等自动化技术的发展,在工业流量控制中,对气动调节阀的智能化要求日益迫切。特别是现场总线和开放式控制系统对阀门定位器提出了更高的要求,因此开发研制智能阀门定位器是工业自动化发展的必然结果。现场总线技术的日趋完善和成熟,加快了智能型定位器产品的研究开发。在国外,研究开发智能阀门定位器较早的有FISHER、SIEMENS、ABB、SAMSON、山武等公司,其成熟产品已广泛应用于冶金、石油、化工、电力等行业的控制系统中。在国内,其主导产品还是基于力平衡原理的机械式和模拟电子技术的电气阀门定位器。目前,对智能阀门定位器的研究开发还处于起步阶段,行业单位研制开发的数字式阀门定位器等产品,虽然提高了产品技术水平,但仍不能满足当今现场总线及开放式控制系统对定位器的要求。

　　HVP系列智能阀门定位器是国家“九五”攻关项目《HART协议智能阀门定位器及防爆品种研究开发(972755204202201)》的科技成果,主要包括HVP11/12和HVP08/09两大类四个品种,是拥有完全自主知识产权的创新产品,填补了国内空白。

　　1　原理及构成

　　1.1　工作原理

　　HVP系列智能阀门定位器作为气动智能调节阀的主要附件之一,在过程控制系统中所处的位置如图1所示。r为被调量的设定值;y为被调量;ym为被调量的测量值;u为调控器的输出信号(与调节阀的开度成一定关系); f为定位器的输出信号; c为阀门位置信号。定位器利用闭环控制原理,将从调控器输出的调节信号u与从调节阀的阀门反馈位置信号c在CPU中相比较,根据比较后的偏差大小,输出的电脉冲信号驱动I/P电气转换单元, I/P转换单元输出与电脉冲相对应的气压力,气压力驱动调节阀进行流量调节,从而达到控制目的,其原理如图2所示。

　　1. 2　基本构成

　　HVP系列智能阀门定位器是集机械、电子、软件为一体的高技术产品,主要由仪表外壳、I/P电气转换单元、位置传感器、主控电路板、显示模块、电流反馈模块、HART通信模块、报警模块、安装连接件等部分构成。

　　2　关键技术

　　2. 1　压电晶体和高性能电磁线圈技术

　　I/P电气转换单元是智能阀门定位器的核心部件,降低耗电量、提高耐振动性和适合接收高频率的控制信号是该部件的关键技术。

　　为达到以上开发目标,在HVP11/12型智能阀门定位器的I/P电气转换单元中采用了压电晶体控制技术制成的压电阀。其原理是利用功能陶瓷在低电压作用下产生伸长或缩短的特点,把功能陶瓷制作成双层陶瓷片,当双层陶瓷片中的单片陶瓷同时接收到相反方向的控制电压时,产生弯曲变形,利用双层陶瓷片的弯曲变形,使其陶瓷片的密封面远离或靠近喷嘴孔,从而改变放大器的背压力,达到电气转换的目的。利用压电技术制成的压电阀具有如下优点:①功耗低;②体积小、重量轻;③抗振动性强;④使用寿命长。利用该技术设计制造的智能阀门定位器采用静态平衡输出法,保证定位器在稳定输出时,压缩空气消耗在理论上几乎为零,同时也大大提高了I/P电气转换单元的抗振动性能。