智能閥門定位器具有高可靠性、高控（kòng）製精度、功能易擴展（zhǎn）、可通訊等特點，充（chōng）分（fèn）適（shì）應工業控製體係間網（wǎng）絡化、集成化、智（zhì）能化發展方（fāng）向的要求，從（cóng）根本上克服了傳統機械式閥門定（dìng）位器功（gōng）率損耗大、響應速度慢、易發熱、機械磨損、電（diàn）磁幹擾等缺點。智能閥門定位器（qì）應用氣動先導（dǎo）技術實現內部氣路控製，即以小閥控製壓縮空（kōng）氣（qì）流量再用壓縮空氣推動大閥門，從而實現被控（kòng）介質的流量控製，這種分級控製（zhì）的思想通過壓電閥應用得以實現。 
工業過程控製不斷（duàn）向網絡化、分布智能化發展，適應了設備管理數字化的要求，調節閥是過程控（kòng）製係統重要的執行部件，控（kòng）製調節（jiē）閥運行的分布智能化（huà）解決方案應運而生。智能閥門定位器具有數據處理、狀態識別、故障（zhàng）診斷、在線和離（lí）線測試、雙向通信等功能。過程（chéng）控製係統對調節閥通過現場總線控製（zhì），使管理者實現了對調節閥的預測性維（wéi）護和科學管理。計算機技術、電子技術、通信技術、智能預估診斷技術的發展，要求智能閥門定位（wèi）器必須適應網絡通訊與供（gòng）電共線，其核心（xīn）部分氣動控製部件必須實現超低能耗運行，保證網絡總（zǒng）線控製係統（tǒng）運行安（ān）全可靠。 
傳統的（de）氣動閥（fá）中大量使用了電磁原理作為電能-機械能的轉換級，應用線圈和（hé）電磁鐵的電磁力效應將控製的電信號轉換位機械的動作來推動閥芯的動作，從而實現氣（qì）路的切換或氣體壓力、流量的控製。盡管電磁鐵和線圈（quān）具有價格低廉，加工方便的優點，但其功率損耗大、響應（yīng）速度慢、發（fā）熱、機械磨損、電磁（cí）幹擾（rǎo）等缺點同時存在，通過（guò）改變電磁鐵材料和閥的加工工藝來避免以上問題的同時，造成了成本的（de）大幅增加（jiā）和加（jiā）工工（gōng）藝的日（rì）趨複（fù）雜，並且無法（fǎ）從根本上解決問題。實現低功耗、智能（néng）集成、高精度、快速響應和長壽命的氣動控製成為迫切需（xū）求。 
1智能閥門定位器定義 
根據國標GB/T22137.2-2008《工業過程控製係統用閥門定位器第2部分：氣動（dòng）輸出智能（néng）閥（fá）門定位（wèi）器（qì）性能評定方法》，智能閥門定位器(IntelligentValvePositioner)是以微處理器技術（shù）為基礎，采用（yòng）數字化技術進行數據處理、決（jué）策生成和雙向通信的智能過程控製儀表。智能閥（fá）門定位器按供電方式可分（fèn）為（wéi）單獨供電和不用（yòng）單獨供電；按隔爆級別可分（fèn）為隔爆和（hé）不隔爆。 
2傳統閥門定位器（qì）存在問題 
2.1采用（yòng）采用噴嘴擋板技術即機械力平衡工作原理（lǐ），可動部（bù）件較多，易受（shòu）溫度（dù）、振動（dòng）影（yǐng）響； 
2.2因調節閥規格（gé）、填料的摩擦情況各異，調節閥硬件組合難以實現（xiàn）最佳控製狀態（tài）； 
2.3信號的流向是控製儀表單向（xiàng）流入定位器（qì）的，當出現故障時（shí），不（bú）能自診斷故障位置或原因； 
2.4噴嘴孔易被灰塵（chén）堵塞氣源，使定位器不能正常工作； 
2.5噴嘴需連續供給壓（yā）縮空氣，能耗較大； 
2.6行程和零點調整，需反複調整，調校麻煩； 
2.7功能（néng）單一（yī），可擴充性差。 
3智能閥門定位器優點 
3.1定位精度和可靠性高。機械（xiè）可動部件少，輸入信號和閥位反（fǎn）饋信號直（zhí）接進行數字比較（jiào），不易受環境影響（xiǎng），穩定性好，不存在機械誤差（chà）造（zào）成的（de）死區影響，具有更（gèng）高（gāo）的定位精度和可靠性； 
3.2流量特性修改方便。智能閥門定位包括直（zhí）線、等（děng）百分比、快開特性功能（néng）模塊，可以通過按鈕或上位機、手持式設定（dìng）器進行（háng）數據設定； 
3.3零點、量程調整簡單（dān）。零（líng）點調整與量程調整互不幹涉，調整（zhěng）過程簡單快捷； 
3.4具有診斷和（hé）檢測功能。除一般的自己診斷功（gōng）能之外，可輸出（chū）與調節閥實際動作相對應的反饋信號，用於遠距離監控調節閥的工作狀態。接（jiē）收數字信（xìn）號的智能閥門定位器，具有雙（shuāng）向的通訊能力，可以就地或（huò）遠距離（lí）地利用上位機（jī）或手（shǒu）持式操作器進行（háng）閥門定位器的組態、調試和診斷。 
4智（zhì）能閥門定位器工作原理 
圖1智能閥門定位（wèi）器工作原理圖 
智（zhì）能閥門定位器係統主要由控製（zhì）單元、電氣轉換I/P單（dān）元、閥位檢測反（fǎn）饋單元組成。定位器（qì）和執行器（qì）構成一（yī）個反饋回路。輸入單元接受來自（zì）控製器（qì）的4-20mA電流信號（hào）。調節閥（fá）位置反饋信號作為被控變量與給定信號值在微處理器中進行比較，其偏差通過主控（kòng）製板的輸出（chū）口發出不同長度的脈衝，調節充排氣（qì）速度和動作，達到控製驅動調節閥動作和確定位置過程。 
5氣動先導技術 
圖1中，控製閥A和B用來控製壓縮空氣進出氣動調節閥，閥A是進氣閥，閥B是排氣閥，這兩個閥門都隻有開關兩（liǎng）種狀態。這種控製思想實際上是用小閥來控製壓縮空氣流（liú）量，再用壓縮空（kōng）氣推動大的閥門，控製被控介質的流量，這種分級控製的思想即為氣動先（xiān）導技術的應用。 
在任意時刻，閥A、B之中隻能有一個開通（tōng），另一（yī）個開關。當A開通時，由（yóu）於壓縮空氣壓力（lì）大於膜頭內壓力，壓縮空氣進入調節（jiē）閥，閥杆（gǎn）向下移動；反之，當B開（kāi）通時，調節閥氣室（shì）內壓縮（suō）空氣經B排入大氣，閥杆在彈簧作用下（xià）向上移（yí）動。在智能閥門定位器中，為了能與控製電路接口，閥A和B的開通與關閉必須能夠用（yòng）電量來控製，實際使用中（zhōng）閥A和B有傳（chuán）統電磁閥、壓電閥等多種類型。因（yīn）為壓電閥的電能（néng）-機械能轉換（huàn）具有低功耗、超快響應、無電磁幹（gàn）擾、無自發熱現象（xiàng）、無機（jī）械磨損、長壽命、結構（gòu）簡單、承受大震動衝擊等優點，而取代了傳統電磁閥被廣泛應用。利用微型壓電閥作（zuò）為先導級，將流量和壓力進（jìn）行進一步放大，從而實現氣動控（kòng）製。 
6壓電閥工作原理 
6.1壓電效應 
壓電晶體是一種陶瓷功能（néng）材料，晶體為圖2A壓電（diàn）閥（fá）初始狀態非對稱中心的構造，可逆轉換電能和機（jī）械（xiè）能，外力可（kě）致該晶體形（xíng）變產生正壓電效應，外加電（diàn）場可致該（gāi）晶體產（chǎn）生電極化和出現應變或應力的逆壓電效應。壓電閥正（zhèng）是基於壓電（diàn）逆效應，具有節能低功耗(驅動電流僅10微安)、精密（mì）微型化、高速響應和（hé）耐用性好（hǎo）的顯著特（tè）點，也易於閥門定位器全數字化。 
圖2A壓電閥（fá）初始狀態 
圖3B壓電閥通電狀態 
6.2動作原理 
壓電閥的初始狀態如圖A，陶（táo）瓷（cí）片作用在噴嘴口上，噴嘴2和3先導（dǎo）腔連通，形成（chéng）整體。當壓電閥通電時，陶瓷片變形上翹，堵住噴嘴（zuǐ）口（kǒu）3，噴嘴2和1聯通。 
6.3結構原（yuán）理 
壓電閥在I/P轉換單（dān）元中起先導閥的作用，每一個I/P轉換單元同時應用兩個壓電（diàn）閥，壓（yā）電閥I控製I/P轉換單元的輸出（chū）（進氣閥），壓電閥II控製I/P轉（zhuǎn）換單元（排氣閥）。 
由於（yú）壓電閥壓（yā）電陶瓷片彈力有限，所以先導腔室內氣壓必須小（xiǎo）於1.2kg，要想（xiǎng）控製調節（jiē）閥（fá）動力氣，必須實現壓力放大。在先導（dǎo）腔室一側是一個大麵（miàn）積膜片，在控製進（jìn）入和排除調節閥動力氣一側連杆麵積（jī）較小。當先導氣壓達到（dào）1.2kg時，施加在先導（dǎo）腔（qiāng）室膜片上（shàng）的力，大於作用（yòng）在充氣（qì）和排氣腔室一側麵上的壓力，這將使充氣閥芯或排氣閥芯移動，使動力氣充（chōng）入或（huò）排除調節閥氣囊中，使氣（qì）囊中氣體壓力提升和降低，與氣囊另一側彈簧達到新的位置平衡，達到（dào）控製閥門開（kāi）度（dù）的功能。 
當控製電路聯通（tōng）電源後，壓（yā）電閥I上（shàng）無電壓（yā），壓電閥II加電壓控製，氣（qì）源P2進入壓電閥II的先導（dǎo）腔室中，形（xíng）成（chéng）120KPA氣壓力，導壓推動排氣閥芯向下移動，排（pái）氣口（kǒu）關閉。這時，如果控製電路發出輸出氣壓力（lì）的脈衝，壓電閥II則（zé）保持狀態，壓電閥（fá）I加控（kòng）製電壓，功能陶瓷片向上彎曲，陶瓷片堵（dǔ）住壓電閥噴嘴3，氣源P2通（tōng）過噴嘴口1進入壓電閥I導壓（yā）腔室，形成120KPA左右的氣壓力，推動（dòng）移動閥芯向下（xià）移動，氣源P1通過進氣口進入到氣動調節閥的膜室中，驅（qū）動氣動調節閥位置調節，當達到設定（dìng）位置，壓電閥I的電壓變為0，其導壓腔室氣壓變為0，複位彈簧推動移動閥芯關閉輸出口，氣動（dòng）調（diào）節閥膜室中的氣壓就會保持在相對恒定壓（yā）力下。當要減（jiǎn）小氣動調節閥膜室中的氣壓時，壓電閥I控製電壓為0，壓（yā）電閥II控製電壓也為0，其導壓腔室的氣壓也（yě）變為0，排氣閥芯在排氣彈簧的作用下，打開（kāi）排氣口排氣，達到膜室減壓的目的。 
這樣不（bú）斷地對壓（yā）電閥（fá）I，II的控製，I/P轉換單（dān）元不斷地（dì）輸出氣體壓力（lì）和排氣，從（cóng）而驅（qū）動氣體調節閥對流過閥體的介（jiè）質進行流量調節。 
7智能閥門定位器的應用 
1過濾器；2可調節流器；3壓電閥I；4移動閥芯；5複位彈簧 
6壓（yā）電閥（fá）II；7排氣閥芯；8排氣彈簧；9氣動調節閥 
圖4結構原理圖 
隨著DCS和現場總線控（kòng）製係統（FCS）的推出（chū）和運用，智能閥門定位器及其它（tā）智能現場儀表由於其具有高可（kě）靠性（xìng）、高控製精度、功能易擴展、具有（yǒu）通訊功能等特點，完全能（néng）適應工（gōng）業控製體係間（jiān）網絡（luò）化、集成化、智能化發展方向的要求，具（jù）有廣闊的應用前景。 
7.1用於（yú）控製精度較高的石化生產過程（chéng），如乙烯裂解、催化裂化反應再生係統等（děng）生產過程，以提（tí）高產品質量； 
7.2石化係統有很多新建或改建生產裝置采用（yòng）智能定位器，可集成智能控製係統，增加安全性和經濟性（xìng）； 
7.3對於已使用常規調節器等儀表控製的生產裝置，可使用智能定位器（qì），改善控製係統，以提高控製精度或（huò）克服工藝（yì）過程管（guǎn）線震動大的影響； 
7.4遇到安裝空間小且又要求（qiú）調節閥帶有輔助功能時（shí），可（kě）使用智能閥門定位器的擴展功（gōng）能模塊，如采用帶閥位變（biàn）送模塊的（de）智能定位器就能實現普通定（dìng）位器加閥（fá）位變送器的功能（néng）； 
7.5除石化係統外（wài），智能閥門定位器（qì）還可用於石油（yóu）、化工、冶金、電力、水處理（lǐ）、橡膠等工業（yè）過程（chéng）中。 
結語 
氣動先導技術和壓（yā）電技術的應（yīng）用使智（zhì）能閥門定位器的（de）控製變成現（xiàn）實。隨著工（gōng）業現場越來越多應用新技術新（xīn）型號的智能設備，從用戶實際（jì）需求（qiú）及現場工況出發（fā），幫助用戶使用（yòng）好（hǎo）智能閥門（mén）定位器成為產品設計和改進的重點，不斷在結構和（hé）細（xì）節上提升（shēng），讓智能閥門定位器更好地發揮定位控製、數據處理、狀態識別、預（yù）測性維護、雙向通信的功能，實現安全、有效的長周期運行。