国产新型智能阀门定位器研究

    1　引　言

    近年来,随着电子信息技术和自动化技术的迅猛发展,以及现场总线和开放式总线技术的广泛应用,传统的机械式阀门定位器已经越来越不适应信息化时代的要求。从20世纪80年代末开始,以Fisher,Siemens,ABB,日本山武公司等为代表,相继开发了多种类型的智能阀门定位器,广泛地应用在石油、石化、化工、电力、冶金等行业,获得了用户的高度评价。国产ZPZD31新型智能阀门定位器的研发成功,标志着国产智能定位器技术有了较大的发展,为用户提供了更多的选择。

    ZPZD3100系列智能阀门定位器是中国兵器衡阳北方光电信息技术有限公司利用具有超低功耗特色的MSP430F149单片机作为中央处理器,成功开发的一款具有自主知识产权的新型智能阀门定位器,这也是目前国内惟一一家基于喷嘴挡板式工作原理的智能阀门定位器,填补了国内空白,并进入2004年信息产业部企业技术进步和产业升级专项项目,获得国家技改专项资助。

    目前,该项目已经开发了带有位置反馈输出功能的本安、隔爆型两大产品系列,并正在开发具有液晶显示、双作用、角行程、HART协议等功能的新产品。

    2　工作原理及其组成

    2.1　ZPZD3100型定位器硬件电路工作原理

    ZPZD3100型定位器工作原理如图1所示。

    来自调节仪表或控制系统的4~20 mA电流信号,经过瞬时脉冲保护、滤波、限压等电路后,产生8.2 V左右非稳压信号。然后,其中一部分进入电源稳压电路,经过稳压变换,实现稳定的5 V输出,再经过AAT3221电压稳压模块,最终获得3.3 V的工作电压,供MSP430单片机以及整个电路使用^[1]。

    同时,来自调节仪表或控制系统的电流控制信号,经过一系列的滤波、限压,差动放大等处理后,送入微处理器的P6.1 I/O口,作为MSP430的采样输入信号,经过软件处理,取出系统输出的控制指令。CPU处理器根据系统不同的控制指令,利用PWM模块,产生不同脉冲宽度的PWM波形,经过驱动放大电路,输出到电磁线圈。在4~20 mA控制信号电流的作用下,推动I/P部件中的喷嘴挡板,产生0~0.15 mm左右的微位移。根据背压工作原理,喷嘴挡板所产生的微小位移,通过喷嘴驱动气体放大器,产生相应的气体输出,从而推动气动阀的阀杆产生一定的位移量。

    另一方面,气动执行器机构部分的直行程或角行程的变化,经杠杆带动高灵敏度的阀位检测反馈传感器旋转(10 K精密电阻式传感器),从而引起其电压的变化,此变化量经差动运放等电路处理后,送入微处理器进行A/D采样,经“归一化”数据处理,得到对应的阀位变量。阀位设定值与阀位变量经软件计算、比较,得到一定的差值量,根据此差值的大小,修正阀杆的位移量,完成了气动阀的闭环控制过程。