專利名稱：補償氣動調(diào)節(jié)單元工作期間的漂移關(guān)系的方法和電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于補償氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器工作期間的漂移關(guān)系的方法，該氣動調(diào)
節(jié)驅(qū)動器的電動-氣動閥被操作用來在閉合的調(diào)節(jié)回路中產(chǎn)生控制壓力，以按照位置調(diào)節(jié) 器對開關(guān)單元進(jìn)行位置調(diào)節(jié)。此外，本發(fā)明還涉及一種用于實現(xiàn)這種方法的電子裝置，以及 與之相關(guān)聯(lián)的計算機程序產(chǎn)品和數(shù)據(jù)載體。
背景技術(shù)：
本發(fā)明主要應(yīng)用在用于設(shè)備的氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器領(lǐng)域。氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器通常包括電 子的位置調(diào)節(jié)器，其根據(jù)預(yù)定的額定值把連接到氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器的設(shè)備調(diào)整到所希望的打 開程度。所述設(shè)備例如可以是位于一個工藝技術(shù)設(shè)備的管路系統(tǒng)內(nèi)的處理閥。除此之外， 這里感興趣的類型的氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器還適用于操縱其它工業(yè)設(shè)備和類似設(shè)備。
產(chǎn)品展望"Der kompakte， intelligente Stellungsregler (緊湊智能位置調(diào)節(jié) 器)"(ABB自動化產(chǎn)品有限公司，印刷品編號:50/18-19DERevA，2005年6月出版)公開了 一種用于氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器的電子位置調(diào)節(jié)器。該位置調(diào)節(jié)器被設(shè)計為在外部安裝到氣動調(diào) 節(jié)驅(qū)動器上的電子器件箱的形式。該位置調(diào)節(jié)器是一種可參數(shù)化的、(最好借助現(xiàn)場總線) 具備通信能力的設(shè)備。功能重點在于，調(diào)節(jié)程序的運行由微處理器控制。這里的額定值預(yù) 先設(shè)定通過以雙導(dǎo)體技術(shù)設(shè)計的現(xiàn)場總線連接端來實現(xiàn)。此外，位置調(diào)節(jié)器具有用于最大 高至6巴的空氣壓力的送氣連接端，以及用于將位置調(diào)節(jié)器所產(chǎn)生的控制壓力進(jìn)一步傳導(dǎo) 到氣動位置調(diào)節(jié)器的控制腔的工作連接端。 此外，位置調(diào)節(jié)器為了傳送由氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器所操縱的開關(guān)單元的當(dāng)前位置的實 際值還具有電傳感器輸入。當(dāng)前位置的實際值通過設(shè)置在開關(guān)單元上的位置傳感器而獲 得。調(diào)節(jié)驅(qū)動器的氣動控制持續(xù)地利用后接有3門3路閥的I/P模塊來實現(xiàn)。該3門3路 閥盡可能成比例地允許調(diào)節(jié)驅(qū)動器的進(jìn)氣或排氣。在中間位置處是關(guān)閉位置，在該位置下 外部的連接端全部被截止。位置調(diào)節(jié)器工作狀態(tài)的參數(shù)化和觀察可以利用內(nèi)置的操作面 板直接在現(xiàn)場實現(xiàn)，或者可以經(jīng)由基于總線協(xié)議的通信連接端通過上級的控制單元集中實 現(xiàn)。 由US2007/0045579A1得到了一種氣動位置調(diào)節(jié)器，它被設(shè)計為帶有3門3路閥的 1/P模塊。3門3路開關(guān)位置使得輸送用于所連接的氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器的控制壓力的工作連 接端可以提供進(jìn)氣、關(guān)閉位置和排氣三種位置。具備3門3路開關(guān)功能的電動-氣動閥具 有兩個指向相反調(diào)節(jié)運動方向并作用程度相同的閉鎖元件，這些閉鎖元件分別限定了一個 內(nèi)部控制腔，其中這兩個控制腔分配有一個共用的控制壓力連接端。其中的一個閉鎖元件 用于工作連接端的進(jìn)氣，而另一個閉鎖元件用于工作連接端的排氣。當(dāng)這兩個閉鎖元件不 工作時，該閥門處于關(guān)閉位置，在關(guān)閉位置下氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器的所施加的控制壓力不發(fā)生 改變。 為了進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，這樣的或類似的電動-氣動閥應(yīng)提供與所輸送的開關(guān)單元氣 動調(diào)節(jié)值盡可能成比例關(guān)系的電控制信號，其中在氣動一側(cè)存在反作用的干擾量，這些干擾量是由設(shè)備的開關(guān)單元處的力以及滯后而引起的。此外，諸如溫度波動、壓力波動等的影 響量會干擾理想的比例關(guān)系。為了仍能實現(xiàn)盡可能線性的關(guān)系，位置調(diào)節(jié)器在信號處理中 部分考慮到了以傳感器技術(shù)所確定的校正值。 由于作用到氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器上的干擾量，為了實現(xiàn)氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器的開放點的高 調(diào)節(jié)質(zhì)量，可以確定開關(guān)單元的這樣的位置點——在達(dá)到該位置點之后閥門開始打開，并 可以與改變的邊界條件相匹配，即能夠在信號處理技術(shù)上進(jìn)行近似。尤其是波動的壓力和 溫度關(guān)系總是會改變氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器的開放點。 這個問題根據(jù)通常的現(xiàn)有技術(shù)目前是這樣來解決的在制造期間得到開放點，在 該開放點處對電動-氣動閥的環(huán)境溫度進(jìn)行測量，以便利用典型的系數(shù)進(jìn)行溫度補償。但 由于這里完全忽略了供給壓力相關(guān)性，不能實現(xiàn)最優(yōu)的線性化。此外，在電動-氣動閥的區(qū) 域內(nèi)還必須設(shè)置一個附加的溫度傳感器。作為對此的替代，代替測量溫度，也可以測量供給 壓力，以便利用典型的系數(shù)進(jìn)行溫度補償。但是，另一方面，這里忽略了溫度相關(guān)性，因而同 樣不能實現(xiàn)最優(yōu)的線性化。此外，該技術(shù)方案還需要附加的壓力傳感器。前面所述的這兩 種方法相結(jié)合，還具有需要附加傳感器的缺點。 在現(xiàn)有技術(shù)的另一種解決方案中，為了補償漂移關(guān)系，通過測量電動-氣動閥中 的滑閥位置而確定由氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器實際調(diào)節(jié)的開關(guān)單元橫截面。然而，在這種解決方案 中，在電動_氣動閥內(nèi)需要附加的路徑測量傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種用于補償氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器的漂移關(guān)系的方法和電子裝
置，其能夠在工作期間無需附加傳感技術(shù)開銷地實現(xiàn)。 該任務(wù)由權(quán)利要求1的前序部分所述方法出發(fā)，結(jié)合其特征部分所述的特征來解 決。關(guān)于與之相對應(yīng)的電子裝置參照權(quán)利要求6。權(quán)利要求9包含實現(xiàn)該方法的計算機程 序產(chǎn)品，其在所述電子裝置上執(zhí)行。 本發(fā)明給出了以下方法技術(shù)指導(dǎo)在調(diào)節(jié)操作期間，沿時間軸記錄開關(guān)單元的速 度變化過程V(t)，同時還一同記錄作為額定值向位置調(diào)節(jié)器預(yù)先給出的設(shè)備開放橫截面變 化過程A(t)。隨后，通過消去時間項而將速度變化過程v(t)和相應(yīng)的開放橫截面變化過程 A(t)變換成速度-開放橫截面特征曲線(v-A特征曲線)。隨后可以通過模式識別對該v-A 特征曲線進(jìn)行分析，以確定表明關(guān)緊特征的制動特性是否存在。在關(guān)緊之前，在這個制動特 性中至少對最后兩個測量點進(jìn)行外插，直至到達(dá)一個適合作為開放點的點，其恰好不為零。
換句話說，執(zhí)行外插直至達(dá)到一個作為開放點而被確定的點，它沒有位于v-A特 征曲線的零線上，而是在其前面。如果開放點的位置處于零線上，則表示靜止?fàn)顟B(tài)。
本發(fā)明所述解決方案的優(yōu)點尤其是在于如此估計出的開放點可以恰好在位置傳 感器的傳感器噪聲之外被選擇。根據(jù)本發(fā)明所確定v-A特征曲線提供了在漂移關(guān)系方面進(jìn) 行精確分析的基礎(chǔ)。 為了消除本發(fā)明所述信號處理技術(shù)方法中的隨機干擾影響，根據(jù)對本發(fā)明加以改 進(jìn)的一種措施，建議借助集成的低通濾波器將通過外插所確定的開放點的差值累加。通過 外插所估計的開放點最好不是簡單地通過調(diào)節(jié)而被接受，而是被給到低通濾波器，以便排 除在其它情況下對調(diào)節(jié)可能產(chǎn)生的激烈錯誤反應(yīng)，如保持靜止。
優(yōu)選的是，基于模式識別的表明特征的制動特性由開關(guān)單元直至關(guān)緊設(shè)備的緩慢 連續(xù)運動而得到。開關(guān)單元的與之相對的快速運動由于并非開關(guān)單元的正常狀態(tài)，在分析 漂移關(guān)系時不予考慮。可以確定開關(guān)單元的制動是主要由靜摩擦引起的還是主要由慣性引 起的。 根據(jù)對本發(fā)明加以改進(jìn)的另一個措施，建議通過位置調(diào)節(jié)器來監(jiān)控時間，在該時 間內(nèi)根據(jù)電動_氣動閥的電控制使開關(guān)單元運動。該監(jiān)控確保了開放點不會過小，并且可 以在信號處理時考慮到氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器內(nèi)的靜摩擦。如果所確定的時間過長，則存在這樣 的可能性即在低通濾波器上給出正的差值，以實現(xiàn)調(diào)節(jié)值的增大。 前面總體上描述的方法可作為用于補償漂移關(guān)系的程序體現(xiàn)為計算機程序產(chǎn)品 的形式，它由相應(yīng)包含在軟件中的控制指令轉(zhuǎn)換而成，并由電子調(diào)節(jié)單元執(zhí)行。就此而言， 該電子調(diào)節(jié)單元包括至少一個連接有存儲單元的微處理器，所述存儲單元用于保存所述軟 件以及至少對運行產(chǎn)生影響的參數(shù)。該電子調(diào)節(jié)單元是氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器的閉合調(diào)節(jié)回路的 組成部分，可以作為位置調(diào)節(jié)器最好直接在用于操縱與之相連的設(shè)備的氣動驅(qū)動器處設(shè)置 在電子裝置中。


下面整體上通過借助附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施例的說明詳細(xì)描述對本發(fā)明加以改 進(jìn)的其它措施。如圖所示 圖1是設(shè)備的氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器的側(cè)面示意圖，以及
圖2是用于表示補償漂移關(guān)系的圖示。
圖3是通過開放橫截面特征曲線上最后兩個測量點的外插確定開放點的圖示。
具體實施例方式
根據(jù)圖l，在一個這里只部分示出的工藝技術(shù)設(shè)備的管路1中以基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方式置 入了一個處理閥形式的設(shè)備2。該設(shè)備2在其內(nèi)部具有一個與閥座3共同作用的關(guān)閉體，用 于控制流過的處理介質(zhì)5的量。關(guān)閉體4由氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器6通過一個作為往復(fù)拉桿的開 關(guān)單元7線性地驅(qū)動。氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器6通過軛8與設(shè)備2固定連接。在軛8上還設(shè)置了 一個電子模塊形式的位置調(diào)節(jié)器9。 借助于與位置調(diào)節(jié)器9相應(yīng)的位置傳感器10，開關(guān)單元7的往復(fù)運動被報告給位 置調(diào)節(jié)器9。為了正常工作，所檢測到的往復(fù)運動通過調(diào)節(jié)單元12與保存在存儲單元中的、 從外部引入的額定值進(jìn)行比較，并根據(jù)所確定的調(diào)節(jié)偏差來操控調(diào)節(jié)驅(qū)動器6。位置調(diào)節(jié)器 9的調(diào)節(jié)單元12具有一個作為1/P轉(zhuǎn)換器的電動-氣動調(diào)節(jié)閥13，用于將電調(diào)節(jié)偏差轉(zhuǎn)換 成等效的控制壓力。調(diào)節(jié)單元12的電動-氣動調(diào)節(jié)閥13通過壓力介質(zhì)導(dǎo)管14與調(diào)節(jié)驅(qū) 動器6相連。在調(diào)節(jié)驅(qū)動器6內(nèi)部，經(jīng)由壓力介質(zhì)導(dǎo)管19輸送的控制壓力被施加到一個位 于內(nèi)部的、這里不能進(jìn)一步看出的開關(guān)膜片上，該開關(guān)膜片線性地驅(qū)動開關(guān)單元7。
為了對氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器6工作期間的漂移關(guān)系進(jìn)行補償，位置調(diào)節(jié)器9根據(jù)圖2 沿時間軸記錄下開關(guān)單元7的速度隨時間的變化過程v(t)，同時還記錄下作為額定值預(yù)先 給定的相應(yīng)的設(shè)備2的開放橫截面變化過程A(t)。通過從速度變化過程v(t)以及相應(yīng)的 開放橫截面變化過程A(t)中消去時間項，隨后得到速度-開放橫截面特征曲線(v-A特征 曲線)，由此位置調(diào)節(jié)器6通過模式識別來分析v-A特征曲線，以確定表明關(guān)緊特征的制動特性是否存在。 如果識別到表明特征的制動特性，則根據(jù)圖3，在關(guān)緊之前至少對最后的兩個測量 點進(jìn)行外插，直至達(dá)到一個適合作為開關(guān)單元7的開放點的點，這個點在位置X處還不為 零。如此得到的開放點可以通過這種方式無干擾量影響地被確定，以實現(xiàn)高調(diào)節(jié)質(zhì)量。附圖標(biāo)記列表
1管路2設(shè)備3閥座4關(guān)閉體5處理介質(zhì)6調(diào)節(jié)驅(qū)動器7開關(guān)單元8軛9位置調(diào)節(jié)器10位置傳感器11存儲單元12調(diào)節(jié)單元13閥門14壓力介質(zhì)導(dǎo)管X位置P壓力
權(quán)利要求
一種用于對氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器(6)工作期間的漂移關(guān)系進(jìn)行補償?shù)姆椒ǎ摎鈩诱{(diào)節(jié)驅(qū)動器的電動-氣動閥被操作用來在閉合的調(diào)節(jié)回路中產(chǎn)生控制壓力，以按照位置調(diào)節(jié)器(9)對開關(guān)單元(7)進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，其特征在于包括以下步驟a)在調(diào)節(jié)操作期間，沿時間軸記錄開關(guān)單元(7)的速度變化過程v(t)，b)同時還一同記錄作為額定值向位置調(diào)節(jié)器(9)預(yù)先給出的設(shè)備(2)的開放橫截面變化過程A(t)，c)通過消去時間項而將速度變化過程v(t)和相應(yīng)的開放橫截面變化過程A(t)變換成速度-開放橫截面特征曲線(v-A特征曲線)，d)通過模式識別對該v-A特征曲線進(jìn)行分析，以確定表明關(guān)緊特征的制動特性是否存在，e)在關(guān)緊之前，在這個制動特性中至少對最后兩個測量點進(jìn)行外插，直至到達(dá)一個適合作為開放點的點，其恰好不為零。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，借助集成的低通濾波器將通過外插所確定的 開放點的差值累加，以消除隨機干擾影響。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于，表明特征的制動特性由開關(guān)單元(7)直至關(guān)緊 設(shè)備(2)的緩慢連續(xù)運動而得到。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于，通過外插確定的恰好不為零的點是這樣定義 的點該點位于位置傳感器(10)的信號噪聲之外。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于，通過位置調(diào)節(jié)器(9)監(jiān)控在多長時間內(nèi)根據(jù)電 動-氣動閥(13)的電控制使開關(guān)單元(7)開始運動。
6. —種用于對氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器(6)工作期間的漂移關(guān)系進(jìn)行補償?shù)碾娮友b置，其中位 置調(diào)節(jié)器(9)操縱電動-氣動閥(13)，以在閉合調(diào)節(jié)回路內(nèi)產(chǎn)生控制壓力，從而對開關(guān)單 元(7)進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，其特征在于，位置調(diào)節(jié)器(9)在調(diào)節(jié)操作期間沿時間軸記錄開關(guān)單 元(7)的速度變化過程v(t)，同時還記錄作為額定值預(yù)先給出的設(shè)備(2)的開放橫截面變 化過程A(t)，以便通過消去時間項而將速度變化過程v(t)和相應(yīng)的開放橫截面變化過程 A(t)變換成速度-開放橫截面特征曲線(v-A特征曲線)，由此，位置調(diào)節(jié)器(9)通過模式 識別對該v-A特征曲線進(jìn)行分析，以確定表明關(guān)緊特征的制動特性是否存在，以便在關(guān)緊 之前在這個制動特性中至少對最后兩個測量點進(jìn)行外插，直至到達(dá)一個適合作為開關(guān)單元 (7)的開放點的點，該點還不為零。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的電子裝置，其特征在于，為了進(jìn)行記錄，速度變化過程v(t)和開放 橫截面變化過程A(t)被保存在按照環(huán)形緩沖器類型設(shè)計的存儲單元(11)內(nèi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6的電子裝置，所述電動-氣動閥(13)被構(gòu)造成具有排氣、進(jìn)氣和關(guān) 閉位置三種開關(guān)位置的三門三路閥。
9. 用于如權(quán)利要求6至8中任一項所述電子裝置的計算機程序產(chǎn)品，其可根據(jù)權(quán)利要 求1至5之一所述的方法工作，其中用于補償漂移關(guān)系的程序通過相應(yīng)包含在軟件中的控 制指令來實現(xiàn)。
10. 帶有如權(quán)利要求9所述計算機程序產(chǎn)品的數(shù)據(jù)載體。
全文摘要
用于對氣動調(diào)節(jié)驅(qū)動器(6)工作期間的漂移關(guān)系進(jìn)行補償?shù)姆椒ê碗娮友b置，其電動-氣動閥(13)被操作用來在閉合的調(diào)節(jié)回路中產(chǎn)生控制壓力，以按照位置調(diào)節(jié)器(9)對開關(guān)單元(7)進(jìn)行位置調(diào)節(jié)，具有以下步驟a)在調(diào)節(jié)操作期間沿時間軸記錄開關(guān)單元(7)的速度變化過程v(t)，b)同時一同記錄作為額定值向位置調(diào)節(jié)器(9)預(yù)先給出的設(shè)備(2)的開放橫截面變化過程A(t)，c)通過消去時間項將速度變化過程v(t)和相應(yīng)的開放橫截面變化過程A(t)變換成速度-開放橫截面特征曲線(v-A特征曲線)，d)通過模式識別對該v-A特征曲線進(jìn)行分析以確定表明關(guān)緊特征的制動特性是否存在，e)在關(guān)緊之前，在這個制動特性中至少對最后兩個測量點進(jìn)行外插，直至到達(dá)一個適合作為開放點的恰好不為零的點。
文檔編號F15B9/09GK101782087SQ201010003518
公開日2010年7月21日 申請日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月14日
發(fā)明者H·克雷瑟 申請人:Abb技術(shù)股份公司