1、SIPART PS2閥門定位器工作原理
SIPART PS2閥門定位器工作原理如圖1所示。從圖中可以看出，SIPART PS2閥門定位器的工作原理與一般的定位器是截然不同的。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的目標(biāo)值和實(shí)際值，分別經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入CPU進(jìn)行比較。如果微處理器檢測到一個(gè)偏差，就用一個(gè)五步開關(guān)程序來控制壓電閥動(dòng)作，壓電閥通過控制一個(gè)類似于五通閥的氣動(dòng)部件調(diào)節(jié)進(jìn)入和(或)排出執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室的空氣，從而達(dá)到控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的目的。
圖1 SIPART PS2閥門定位器工作原理圖
CPU不斷檢測偏差，并根據(jù)控制偏差的大小和方向輸出一個(gè)控制指令給相應(yīng)的壓電閥，壓電閥將控制指令轉(zhuǎn)化為位置增量，當(dāng)控制偏差很大時(shí)(高速區(qū))CPU輸出連續(xù)信號(hào)，如果控制偏差很小(自適應(yīng)或可調(diào)小孔區(qū)狀態(tài))CPU沒有定位脈沖輸出；如果偏差不大不小(低速區(qū))CPU則輸出脈沖序列。
與常規(guī)定位器相比，智能定位器工作原理有其十分明顯的優(yōu)點(diǎn)：
①有高精度的行程檢測系統(tǒng)。
②目標(biāo)值和實(shí)際值都經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，有利于信號(hào)處理和通信。
③實(shí)際值和目標(biāo)值的比較是在CPU中進(jìn)行的。這是一種智能比較，與常規(guī)的力矩平衡式原理相比更加可靠，控制精度更高。
④軟件功能強(qiáng)大，通過不同的組態(tài)，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥不同的流量特性(如直線、快開、等百分比、多折點(diǎn)等)。
⑤若安裝了HART模塊和相應(yīng)的通訊協(xié)議，就是一臺(tái)智能現(xiàn)場設(shè)備，不僅可以用HART手操器或PC機(jī)對(duì)其組態(tài)，還可用于現(xiàn)場總線控制。
2、SIPART PS2閥門定位器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
SPART PS2閥門定位器是由如下幾個(gè)部分組成的：
①底座和氣動(dòng)部件；
②模擬和數(shù)字印刷電路板；
③執(zhí)行機(jī)構(gòu)行程檢測系統(tǒng)；
④壓電模塊；
⑤Iy模塊；
⑥報(bào)警模塊；
⑦HART通訊模塊。
昌暉儀表僅對(duì)重要部件進(jìn)行分析說明。
◆印刷電路板
①目標(biāo)值4-20mA(或0-20mA)電流信號(hào)經(jīng)回路40Ω的電阻轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為0-100%的數(shù)值信號(hào)，并送入CPU作為給定值。
②行程檢測系統(tǒng)檢測到的電信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為0-100%的數(shù)值信號(hào)，并送入CPU作為反饋值。
③若CPU檢測到偏差，就產(chǎn)生24V的脈沖或連續(xù)的電壓信號(hào)控制壓電閥動(dòng)作。
④這種電路板既可用三線制接法，也可用二線制接法。在使用二線制時(shí)這種電路板的工作電源全部取自4-20mA的給定電流信號(hào)。
◆壓電閥和氣動(dòng)部件(雙作用為例)
壓電閥是集成在氣動(dòng)部件內(nèi)部，是定位器的關(guān)鍵元件，它是一種新型可靠的反壓電轉(zhuǎn)化技術(shù)，也稱作壓電彎曲轉(zhuǎn)換器。其結(jié)構(gòu)如圖2所示，有一個(gè)進(jìn)氣孔、一個(gè)出氣孔和一個(gè)排氣孔，外加2根電極。當(dāng)加上24V電壓時(shí)內(nèi)部元件彎曲變形，進(jìn)氣孔和出氣口導(dǎo)通，排氣口關(guān)閉。當(dāng)加上0V地壓 時(shí)，元件又恢復(fù)原形，進(jìn)氣孔關(guān)閉，排氣口和出氣口打開。
圖2 壓電閥結(jié)構(gòu)圖
當(dāng)加上連續(xù)的24V電壓時(shí)，壓電閥輸出連續(xù)的壓力P1，當(dāng)加上24V的脈沖信號(hào)時(shí)，壓力閥就輸出脈沖壓力P1。壓電閥由于質(zhì)量體積很小，響應(yīng)速 度很快，可以發(fā)出很短的控制脈沖(氣動(dòng)脈沖)因而能夠達(dá)到很高的定位精度。
壓電閥的工作壓力是可調(diào)的，P0太大或太小，P1無法控制。
氣動(dòng)部件是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)精巧，其作用類似于五通閥，工作方式如圖所示。氣動(dòng)部件最易受損的部件是壓力膜，因?yàn)樗l繁的承受壓電閥輸出的連續(xù)或脈沖壓力。若壓力膜片破損，將無法控制V1、V2、V3、V4。
◆行程檢測系統(tǒng)
行程檢測系統(tǒng)是采用可以360°任意轉(zhuǎn)動(dòng)的單圈電位器、傳動(dòng)軸和一組反饋輪組成見圖3。用于檢測閥門的開度。電位器旋轉(zhuǎn)一周，輸出電阻從0kΩ變化到9.9kΩ，即范圍0-9.9kΩ。輸出電阻連接到電路板，由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送到微處理器，用于顯示和比較。反饋輪的組合有兩種選擇，即33°與90°，前者的反饋比較小，適用于大行程的直行程機(jī)構(gòu)。
圖3 行程檢測系統(tǒng)
0-9.9kΩ的電阻值經(jīng)處理器處理后是以P0-P100之間的值加以指示的。
為了得到線性段：
①零位必須落在P5-P10之間，
②整個(gè)行程的電位值必須落在P5-P95之間才有效，
③更不能跨越臨界區(qū)。必須注意PX(X=0-100)不是閥門開度實(shí)際值。經(jīng)過初始化以后，PX才自動(dòng)轉(zhuǎn)化為開度實(shí)際值。
對(duì)角行程機(jī)構(gòu)，其行程一般小于90°，相應(yīng)的檢測信號(hào)范圍大約為△P85。對(duì)于直行程，應(yīng)根據(jù)上面的三點(diǎn)原則，選擇33°或99°。
3、SIPART PS2閥門定位器使用
SIPARRT PS2閥門定位器既可以作用于直行程，也可以用于角行程機(jī)構(gòu)上；可以用于單作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也可以用于雙作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
定位器在投入前必須作些參數(shù)設(shè)定和初始化。
◆SIPARRT PS2閥門定位器參數(shù)設(shè)定
①P1、P2、P3主要用于選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型和行程(針對(duì)直行程)。例如，SIPARRT PS2閥門定位器用于直行程機(jī)構(gòu)上，P1必須選擇“Linere actuaror(with sine correction)”，那么檢測角度誤差就會(huì)自動(dòng)校正。
②P5選擇0-20mA或4-20mA。對(duì)二線制接法，只能選擇4-20mA，因?yàn)樾∮?.6mA電流的電路板不能正常工作。
③P6是指設(shè)定值的方向，用于定位器的正反作用的選擇。
④P7、P8用于分程控制點(diǎn)的選擇。
⑤P10用于輸出特性的選擇，包括線性、等百分比、任意特性。
⑥P22用于閥門定位器死區(qū)大小的選擇。自整定或0.1-10.0可選。
有一點(diǎn)必須記住：P1、P2、P3必須在初始化之前設(shè)置好，換句話說P1、P2、P3的修改必須重新初始化才有效。P5-P36隨時(shí)都可以修改，即改即用。
◆SIPARRT PS2閥門定位器初始化
如果事先正確調(diào)整好行程反饋電位的范圍，初始化將會(huì)完全的自動(dòng)進(jìn)行。即手動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并用手動(dòng)滑輪整定零點(diǎn)和行程范圍。初始化前先手動(dòng)驅(qū)動(dòng)閥門，如閥門無卡澀并能穩(wěn)定在中間位置，則說明閥門和定位器正常，可進(jìn)入菜單進(jìn)行初始化。
SIPARRT PS2閥門定位器初始化的作用
①自動(dòng)識(shí)別執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型和行程的選擇；
②根據(jù)反饋電位值的范圍自動(dòng)轉(zhuǎn)換為行程值(閥位開度值)；
③識(shí)別執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作方向；
④計(jì)算0%~100%和100%~0%的定位時(shí)間；
⑤計(jì)算驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)所需最短的脈沖序列；
⑥優(yōu)化動(dòng)態(tài)響應(yīng)，最后顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反饋角度或行程值，初始化完畢。
初始化成功后，用手動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，檢查閥位零位和滿度指示值是否正確，如果偏差較大，則重新初始化。
4、SIPART PS2智能閥門定位器使用注意事項(xiàng)
①因?qū)x表氣源要求較高，最好安裝空氣過濾器。并定期清洗濾芯。
②壓電閥與電路板輸出觸點(diǎn)接觸要很好。
③死區(qū)(靈敏度)設(shè)定值盡量大些，這樣可以減少定位器、壓電閥動(dòng)作頻率，延長壽命、
④閥門在關(guān)閉時(shí)，零位正偏差必須在死區(qū)范圍內(nèi)，否則會(huì)引起壓電閥不停的動(dòng)作，破壞壓電閥和膜片。
⑤要做好防水保護(hù)。
SIPART PS2閥門定位器雖然組態(tài)功能強(qiáng)大，調(diào)試方便，但往往會(huì)因小故障而影響初始化的完成，導(dǎo)致整機(jī)無法使用而系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工作原理復(fù) 雜，修復(fù)不易。因此，分析與研究SIPART PS2閥門定位器工作原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)閥門定位器的正確使用及整機(jī)的檢修具有重要意義。
作者：李學(xué)秋
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