摘 要 对智能阀门定位器的广泛应用前景给出了理论上的证明，从控制理论、控制规律、工程应用等几方面对智能阀门定位器与传统阀门定位器做出了比较，并分析了非通信式智能定位器与通信式智能定位器的一些差别，用户可以针对不同应用场合选用不同智能阀门定位器。
关键词 控制阀 智能 阀门定位器 串级控制
1 智能阀门定位器与传统阀门定位器的比较
传统的电/气阀门定位器是气动调节阀的主要控制附件，与阀配套组成带电/气阀门定位器的气动调节阀。来自调节器输出的信号经过定位器比例放大后输出，用以控制执行机构动作，当阀杆移动后，其位移量又通过机械装置负反馈到阀门定位器，由此构成一个使阀杆位移与输入压力成比例关系的负反馈系统。阀门定位器纠正阀杆行程的偏差，使其恢复到控制信号与阀杆行程的对应关系上，从而保证调节阀的正确位置。
智能阀门定位器作为新一代产品，将传统型阀门定位器功能与数字通信技术结合起来，性能有很大突破。如控制精度有所提高；可自动调整零位、自动调整满量程；阀门故障诊断技术智能化；维修保养及现场调校十分方便等等。
智能阀门定位器与传统阀门定位器的不同点主要表现在以下方面（见表1）：
表1 智能阀门定位器与传统阀门定位器的区别
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不同点 |
传统阀门定位器 |
智能阀门定位器 |
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方块图不同 |
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反馈摆臂不同 |
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非线性环节所处位置不同 |
非线性环节——凸轮位于反馈通道中。阀门定位器作为串级控制系统副环的一部分与原控制系统组成串级控制系统。反馈凸轮的非线性增益在满足副环外特性非线性环节的同时，也使副环本身的总开环增益变化，从而使副环不能满足控制系统稳定运行准则。因此，反馈凸轮的结构虽然可以补偿被控对象的非线性特性，但同时也使副环存在不稳定因素。 |
将非线性补偿环节移动到前向通道中。总的副环开环增益为1:1，可基本不变，满足了稳定运行准则。根据对象特性，前向通道的非线性补偿环节可与被控对象的非线性特性进行补偿，实现总开环增益保持基本不变的运稳定行准则。对被控对象一些特殊非坶性特性（如pH控制对象S形非线性补偿），也可通过前向通道中折线点位置的调整来实现。 |
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控制规律不同 |
传统阀门定位器组成的串级副环中，副控制器是纯比例控制规律。因此，阀位与副环的设定值之间存在余差，无法保证副环输入与输出的一一对应关系。传统阀门定位器的控制精度一般为±1%。 |
智能阀门定位器采用软件实现控制算法，可采用比例积分控制作用，能够实现无余差的控制，从而大大提高了控制精度。智能阀门定位器的控制精度通常可达±2%。 |
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耗气量不同 |
传统阀门定位器采用气动放大器作为副环回路的控制器，在正常运行时，气动放大器需一定的耗气量。 |
智能阀门定位器采用两个或四个压电阀，当压电阀输入信号为1时打开，为0时关闭。因此，只有在进气压电阀打开时，才耗用压缩空气，在其他工作情况下（进气压电阀减产及排气压电阀打开或关闭）均不能耗用压缩空气。由此可见，智能阀门定位器具有节能性能。 |
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信息方式不同 |
传统阀门定位器批示的阀门开度的信号实际是批示计算机或仪表输出给阀门定位器的信号，因此现场的实际位置往往和反馈的位置存在偏差。 |
智能阀门定位器上带有阀位反馈信号变送器，能输出阀门实际的动作位置信号，而且可通过通讯协议反馈到计算机或仪表上。智能阀门定位器实现了阀位的数字显示和存储，为控制阀的预见性维护和管理提供了有用数据。它还提供报警信号，为操作员进行事故处理提供快捷、正确的信息。 |
2 非通信式智能定位器与通信式智能定位器的比较
智能阀门定位器在功能上与传统的阀门定位器相类似，但由于其电气信号的转换是数字量而非模拟量，因而又有所不同。根据是否可通信又可将智能阀门定位器分为三种类型。
（1）数字式不通信：一个电流信号4～20rnA供给定位器；
（2）H A RT：一个电流信号4～20mA上叠加数字信号，即可在用于模拟信号传输的导线上进行双向数字通信；
（3）现场总线：这种定位器接受基于数字的信号并使用数字式电子线路配合机械部件来定位阀门。用全数字控制信号来取代了模拟控制信号。
针对不同的应用场合，上述三种类型的智能定位器可应用于不同的系统。下面将对非通信式智能定位器、通信式智能定位器及传统的电/气阀门定位器做出比较，见表2：
表2 非通信式智能定位器、通信式智能定位器及传统的电/气阀门定位器比较
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传统电/气阀门定位器 |
非通信式智能定位器 |
通信式智能定位器 |
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信号不同 |
4～20mA |
4～20mA |
4～20mA+HART
FF
PROFIBUS等 |
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价格 |
低 |
较低 |
较高 |
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输入阻抗 |
250Ω |
300Ω～350Ω |
＞500Ω |
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零位和满量程 |
手动调整 |
可自动调零位及满量程 |
可自动调零位及满量程 |
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流量特性的调整方式 |
更换凸轮或阀芯 |
用手操器实现 |
用计算机实现 |
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信息采集 |
/ |
通过转换器 |
可接入资产管理系统 |
3 选用智能阀门定位器优越性
通过上述理论上及工程应用上的分析对比，选用智能阀门定位器可能改善控制系统的性能、使现场调校更为便利。
（1）被控对象非线性特性补偿的方法得到扩展。
被控对象非线性特性可以用控制阀流量特性来补偿；可用普通阀门定位器或智能阀门定位器来补偿；也可用智能数字控制器（例如，单回路或多回路控制器或DCS中的各种数字控制器）串接非线性环节实现。从降低投资成本和降低维护量等看，采用智能阀门定位器或数字控制器串接非线性补偿环节具有软连接的功能，可方便地更改非线性特性等优点。
（2）控制阀的选型变得简单。
控制阀的流量特性可全部采用线性流量特性或加工方便、精度高的流量特性，从而减少控制阀流量特性的类型。如果采用套筒等阀内件，更可减少控制阀的阀体规格，使用户的控制阀备件类型和规格和大大减少。套筒阀等控制阀还可选用平衡式阀内件、减噪网等部件，用于高压差和要求降低噪声的应用场合。
（3）消除阀门定位器的非线性补偿功能。
由于反馈凸轮的非线性特性影响控制系统稳定运行，控制阀流量特性的补偿功能可用智能阀门定位器实现，因此，阀门定位器的非线性补偿功能可从其功能中清除。
（4）阀门定位器的阀位检测采用非接触方式，这样可大大提高控制回路的性能。
（5）智能阀门定位器可增设超前滞后环节。
用于串级共振时增大副环时间常数，错开共振频率。
4 实际工程应用
在实际工程应用中，更能带来：
（1）减少回路调试成本，包括安装成本及校验成本；
（2）作用智能诊断技术维护回路，软件诊断是阀门故障诊断的发展方向；
（3）通过减少过程偏差
