0 引言
氣動執行器是以壓縮空氣為動力的執行器，它具有結構簡單、操作方便、工作平穩等特點，已廣泛應用于生產過程的自動調節和遠方控制。比如發電廠再熱蒸汽和過熱蒸汽溫度自動控制、高低壓加熱器液位自動控制等。氣動執行器與電氣轉換器、閥門定位器配合使用，能連續接收dcs發出的控制指令，輸出直線位移，此時定位器和執行器組成一個閉環回路，可以克服閥桿摩擦力和閥芯的不平衡力，從而保證調節閥位置按dcs輸出的電流信號成比例的準確定位，通過調整定位器還可以修改調節閥的流量特性和作用形式。如果氣動執行器再配置保位閥、電磁閥、位置反饋、限位開關等配件，能實現調節閥的三斷自鎖功能(即斷電、斷信號、斷氣源時，閥門保持當前位置不動)，還能實現調節閥在緊急情況下的全開(或全關)，保證工藝系統的安全，并及時將閥門開度和狀態返回到控制室，氣動執行機構配件連接示意圖如圖1所示。
圖1 氣動執行機構配件連接示意圖
1 常規國產定位器存在的主要問題
常規國產定位器由反饋凸輪、連桿、氣動功率放大器等部件組成，是利用力矩平衡原理工作的，能消除執行機構膜片有效面積和彈簧剛度的影響，保證閥芯按調節信號定位，能提高調節機構的動態特性。常規國產定位器是一種純粹利用機械傳動和彈性元件變形來工作的，是一種比較精密的儀表，內部噴嘴、節流孔、彈性元件較多。長期使用，由于受壓縮空氣中水分、油分和固態雜質、腐蝕性氣體以及振動、高溫下工作環境的影響，很容易使定位器失效，無法遠控操作調節閥。這種情況的出現會影響自動調節的品質，特別是在高低壓加熱器液位控制等重要系統中，一旦定位器故障、閥門操作不動，將是十分危險的，直接導致高低壓加熱器液位控制失靈。在實際應用中發現這種情況出現的機率較多，將故障定位器拆至試驗室解體，發現內部積油和雜質比較嚴重，減壓過濾器本身污染也較嚴重，因此有必要選擇一種可靠性高、安裝方便、能良好適應壓縮空氣品質的智能定位器來替換現有的部分重要系統的國產常規定位器。定位器是調節閥的主要配件，一般隨氣動執行器成套供貨，在國產氣動執行器上換裝進口定位器還是首次，需要改變氣源管路，可靠連接各種配件，精確調試，才能確保可靠投運。
為慎重起見，首先對西門子SIPART PS2系列智能定位器進行熟悉，深入了解它的組成、特點、工作原理等方面的知識，并選擇非重要系統的調節閥，進行更換試用。
2 智能定位器的組成
該智能閥門定位器是一種采用高集成度微處理器的數字式現場設備，在結構和工作原理上與常規定位器有很大的不同。它體積小、重量輕，定位器內部能輸出位反信號和限位開關信號，使用該定位器不需要額外增加位反和限位開關，定位器內部主要由以下部件組成：
① 電路板組件。它是一種帶微處理器和輸入電路的主板，LCD屏和操作按鈕位于該電路板，電路板安裝架留有數個插槽，按編號分別可以插入具有位置反饋和報警功能的模塊。位置反饋模塊能輸出4～20mA位反電流信號;在自動方式時如果執行單元達不到設定位置(開到位和關到位)或發生故障時，輸出一個報警信號，并將故障代碼顯示在LCD屏上。閥位反饋模塊和報警模塊以及SIA模塊的信號之間，在電氣上都是隔離的，防止相互干擾。
② 由壓電閥組構成的氣路控制及放大部分，能控制進入執行器的供氣量。
③ 限位開關觸發器模塊(SIA)，可發出“開到位和關到位”的限位信號。
3 智能定位器的特點
智能閥門定位器能實現非常高的質量控制，它有許多常規定位器無法達到的特點：
① 通過三個按鍵和LCD顯示可實現簡捷的操作和調試，而常規定位器只能憑借調試人員的經驗，通過手動調節零位和滿度旋鈕進行調試，一般人員不易掌握;
② 溫度和壓縮空氣壓力的變化對定位器的影響可以忽略;
③ 接收的4～20mA指令信號，帶HART通信協議，能通過通信器采集和修改定位器參數，方便檢修人員進行更換。
4 智能定位器的功能
智能閥門定位器除具備常規定位器的全部功能外，還具有以下常規定位器不具有的功能：
① 具有零位和各行程范圍內自動調整的功能;
② 具有自診斷功能，并將故障代碼顯示在LCD屏上，方便檢修人員排除故障;
③ 可設置閥門“緊密關閉”功能，確保對閥座最大的定位壓力，防止閥門關閉不嚴，產生漏流;
④ 定位器內部的行程檢測組件和控制器可以分離安裝到定位器罩殼的外部，在溫度過高或振動過強的工作環境，這一功能非常有用。
5 智能定位器的工作原理
智能電氣閥門定位器的工作原理與傳統定位器完全不同。它采用微處理器對給定值和位置反饋作比較，微處理器檢測偏差(給定值-位置反饋信號)的大小和方向，用一個五步開關程序來控制壓電閥，壓電閥將控制指令轉換為氣動位移增量。當控制偏差很大時，定位器輸出一個連續信號;當控制偏差不大時，定位器輸出脈沖連續;當控制器偏差很小時，則沒有控制指令輸出。壓電閥的主導元件是一個壓電開關，它同主控氣路連在一起。壓電閥由于質量小，可以釋放很短的控制脈沖，因而能夠達到很高的定位精度。定位器采用適當的安裝組件固定到執行機構上，執行機構的位移通過安裝的組件檢測并由一個剛性連接的導電塑料電位器轉換，裝在直行程執行機構上的組件檢測得到的角度誤差被自動地校正。
6 智能定位器的調試
6.1 調試準備
檢查定位器與執行機構是否已準確連接，并接線正確，給定位器提供1.4～7bar的工作氣源和18～35V電壓源或4～20mA電流源。通過三個按鍵檢查執行器在全部調整范圍內能自由移動，然后移動執行器使桿達到水平位置，顯示屏將顯示一個48.0%～52.0%之間的值，這樣定位器能測定的位移將更精確，否則調整定位器連桿。
6.2 自動或手動進行初始化
由于這種執行器應用廣泛，初始化的過程，實際是定位器微處理器采集執行器數據，從而與該執行器相匹配的過程。定位器能自動測定執行器的作用方向、行程時間，并配以手動設置其他少量的參數，大多數參數默認即可。
6.3 復制初始化數據，定位器更換
當某臺定位器出現故障，需要進行更換，而工藝系統又不允許對定位器進行初始化時，可以使用這一功能對定位器調試。更換一臺沒有經過初始化的定位器給另外正在運行的執行器時，用HART通信器從需要更換的定位器采集數據，并復制到新定位器，就能夠滿足工藝系統的要求。等到工藝系統停運時，再對該定位器進行初始化，提高控制精度。
7 結束語
經過實際應用的比較，可以看出常規定位器和智能定位器的差距，智能定位器以其質量可靠、調試簡單、故障率低，能滿足工藝系統的高要求。
以微處理器為核心的智能定位器，代表了定位器的發展方向。只要執行器本身在全行程內動作平穩，就可以用智能定位器對執行器進行準確可靠地定位，滿足對工藝系統實現自動調節的要求。