SIPART PS2工作原理-云南昌晖仪表制造有限公司手机版

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SIPART PS2阀门定位器由西门子生产，它的特点是智能化程度高(可用HART手操器或PC机对其组态)、精度高、功能多、体积小，使用方便，是其他常规电气定位器不可比拟的。本文将对SIPART PS2阀门定位器工作原理、系统结构及使用作详细的分析。

1、SIPART PS2阀门定位器工作原理
SIPART PS2阀门定位器工作原理如图1所示。从图中可以看出，SIPART PS2阀门定位器的工作原理与一般的定位器是截然不同的。执行机构的目标值和实际值，分别经A/D转换器转换成数字信号送入CPU进行比较。如果微处理器检测到一个偏差，就用一个五步开关程序来控制压电阀动作，压电阀通过控制一个类似于五通阀的气动部件调节进入和(或)排出执行机构气室的空气，从而达到控制执行机构位置的目的。

图1 SIPART PS2阀门定位器工作原理图

CPU不断检测偏差，并根据控制偏差的大小和方向输出一个控制指令给相应的压电阀，压电阀将控制指令转化为位置增量，当控制偏差很大时(高速区)CPU输出连续信号，如果控制偏差很小(自适应或可调小孔区状态)CPU没有定位脉冲输出；如果偏差不大不小(低速区)CPU则输出脉冲序列。

与常规定位器相比，智能定位器工作原理有其十分明显的优点：
①有高精度的行程检测系统。
②目标值和实际值都经A/D转换器转换成数字信号，有利于信号处理和通信。
③实际值和目标值的比较是在CPU中进行的。这是一种智能比较，与常规的力矩平衡式原理相比更加可靠，控制精度更高。
④软件功能强大，通过不同的组态，实现调节阀不同的流量特性(如直线、快开、等百分比、多折点等)。
⑤若安装了HART模块和相应的通讯协议，就是一台智能现场设备，不仅可以用HART手操器或PC机对其组态，还可用于现场总线控制。

2、SIPART PS2阀门定位器系统结构
SPART PS2阀门定位器是由如下几个部分组成的：
①底座和气动部件；
②模拟和数字印刷电路板；
③执行机构行程检测系统；
④压电模块；
⑤Iy模块；
⑥报警模块；
⑦HART通讯模块。

昌晖仪表仅对重要部件进行分析说明。

◆印刷电路板
①目标值4-20mA(或0-20mA)电流信号经回路40Ω的电阻转换为电信号，再经A/D转换器转换为0-99%的数值信号，并送入CPU作为给定值。
②行程检测系统检测到的电信号，经A/D转换器转换为0-99%的数值信号，并送入CPU作为反馈值。
③若CPU检测到偏差，就产生24V的脉冲或连续的电压信号控制压电阀动作。
④这种电路板既可用三线制接法，也可用二线制接法。在使用二线制时这种电路板的工作电源全部取自4-20mA的给定电流信号。

◆压电阀和气动部件(双作用为例)
压电阀是集成在气动部件内部，是定位器的关键元件，它是一种新型可靠的反压电转化技术，也称作压电弯曲转换器。其结构如图2所示，有一个进气孔、一个出气孔和一个排气孔，外加2根电极。当加上24V电压时内部元件弯曲变形，进气孔和出气口导通，排气口关闭。当加上0V地压时，元件又恢复原形，进气孔关闭，排气口和出气口打开。
压电阀结构图及气路结构

图2 压电阀结构图

当加上连续的24V电压时，压电阀输出连续的压力P1，当加上24V的脉冲信号时，压力阀就输出脉冲压力P1。压电阀由于质量体积很小，响应速度很快，可以发出很短的控制脉冲(气动脉冲)因而能够达到很高的定位精度。

压电阀的工作压力是可调的，P0太大或太小，P1无法控制。

气动部件是结构较为复杂，设计精巧，其作用类似于五通阀，工作方式如图所示。气动部件最易受损的部件是压力膜，因为它要频繁的承受压电阀输出的连续或脉冲压力。若压力膜片破损，将无法控制V1、V2、V3、V4。

◆行程检测系统
行程检测系统是采用可以360°任意转动的单圈电位器、传动轴和一组反馈轮组成见图3。用于检测阀门的开度。电位器旋转一周，输出电阻从0kΩ变化到9.9kΩ，即范围0-9.9kΩ。输出电阻连接到电路板，由A/D转换器转换成数字量送到微处理器，用于显示和比较。反馈轮的组合有两种选择，即33°与90°，前者的反馈比较小，适用于大行程的直行程机构。

图3 行程检测系统

0-9.9kΩ的电阻值经处理器处理后是以P0-P100之间的值加以指示的。

为了得到线性段：
①零位必须落在P5-P10之间，
②整个行程的电位值必须落在P5-P95之间才有效，
③更不能跨越临界区。必须注意PX(X=0-100)不是阀门开度实际值。经过初始化以后，PX才自动转化为开度实际值。
对角行程机构，其行程一般小于90°，相应的检测信号范围大约为△P85。对于直行程，应根据上面的三点原则，选择33°或99°。

3、SIPART PS2阀门定位器使用
SIPARRT PS2阀门定位器既可以作用于直行程，也可以用于角行程机构上；可以用于单作用执行机构，也可以用于双作用执行机构。
定位器在投入前必须作些参数设定和初始化。

◆SIPARRT PS2阀门定位器参数设定
①P1、P2、P3主要用于选择执行机构的类型和行程(针对直行程)。例如，SIPARRT PS2阀门定位器用于直行程机构上，P1必须选择“Linere actuaror(with sine correction)”，那么检测角度误差就会自动校正。
②P5选择0-20mA或4-20mA。对二线制接法，只能选择4-20mA，因为小于3.6mA电流的电路板不能正常工作。
③P6是指设定值的方向，用于定位器的正反作用的选择。
④P7、P8用于分程控制点的选择。
⑤P10用于输出特性的选择，包括线性、等百分比、任意特性。
⑥P22用于阀门定位器死区大小的选择。自整定或0.1-10.0可选。
有一点必须记住：P1、P2、P3必须在初始化之前设置好，换句话说P1、P2、P3的修改必须重新初始化才有效。P5-P36随时都可以修改，即改即用。

◆SIPARRT PS2阀门定位器初始化
如果事先正确调整好行程反馈电位的范围，初始化将会的自动进行。即手动方式驱动执行机构，并用手动滑轮整定零点和行程范围。初始化前先手动驱动阀门，如阀门无卡涩并能稳定在中间位置，则说明阀门和定位器正常，可进入菜单进行初始化。

SIPARRT PS2阀门定位器初始化的作用
①自动识别执行机构的类型和行程的选择；
②根据反馈电位值的范围自动转换为行程值(阀位开度值)；
③识别执行机构的动作方向；
④计算0%~99%和99%~0%的定位时间；
⑤计算驱动执行机构气动所需最短的脉冲序列；
⑥优化动态响应，最后显示执行机构的反馈角度或行程值，初始化完毕。
初始化成功后，用手动方式驱动执行机构，检查阀位零位和满度指示值是否正确，如果偏差较大，则重新初始化。

4、SIPART PS2智能阀门定位器使用注意事项
①因对仪表气源要求较高，安装空气过滤器。并定期清洗滤芯。
②压电阀与电路板输出触点接触要很好。
③死区(灵敏度)设定值尽量大些，这样可以减少定位器、压电阀动作频率，延长寿命、
④阀门在关闭时，零位正偏差必须在死区范围内，否则会引起压电阀不停的动作，破坏压电阀和膜片。
⑤要做好防水保护。

SIPART PS2阀门定位器虽然组态功能强大，调试方便，但往往会因小故障而影响初始化的完成，导致整机无法使用而系统结构工作原理复杂，修复不易。因此，分析与研究SIPART PS2阀门定位器工作原理和系统结构对阀门定位器的正确使用及整机的检修具有重要意义。
作者：李学秋

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