專利名稱：智能執(zhí)行器用閥門(mén)流量特性實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)自動(dòng)化儀表領(lǐng)域，特別涉及一種在智能執(zhí)行器中實(shí)現(xiàn)光滑的無(wú)級(jí)分布的閥門(mén)流量特性方法。
背景技術(shù)：
執(zhí)行器廣泛用于煉油、化工、電力、冶金、鋼鐵、造紙、制藥、生化、環(huán)保等流程工業(yè)行業(yè)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，主要有氣動(dòng)執(zhí)行器和電動(dòng)執(zhí)行器，氣動(dòng)執(zhí)行器由調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、普通或智能型電氣定位器組成，電動(dòng)執(zhí)行器由調(diào)節(jié)閥、普通或智能型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和伺服放大器組成。閥門(mén)流量特性是執(zhí)行器非常重要的技術(shù)參數(shù)，生產(chǎn)工藝和控制系統(tǒng)要求執(zhí)行器能夠提供多種流量特性，常用的有線性、等百分比、和快開(kāi)三類(lèi)函數(shù)特性。傳統(tǒng)的氣動(dòng)和電動(dòng)執(zhí)行器是通過(guò)設(shè)計(jì)加工不同的調(diào)節(jié)閥閥芯曲面來(lái)獲得相應(yīng)的流量特性如專利CN86 2 01536 U，缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)閥流量特性不能調(diào)整修改，如果要更換流量特性需更換閥門(mén)或更換閥芯，造成調(diào)節(jié)閥品種繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高、使用維護(hù)不便；后來(lái)的氣動(dòng)執(zhí)行器則通過(guò)電氣閥門(mén)定位器中設(shè)計(jì)不同曲線的凸輪來(lái)實(shí)現(xiàn)要求的流量特性，但只是把上述問(wèn)題從調(diào)節(jié)閥轉(zhuǎn)移到電氣閥門(mén)定位器上而已，問(wèn)題仍然存在；目前一些智能型電氣閥門(mén)定位器如SIEMENS SIPART PS2、FISHERDVC5000、YAMATAKE SVP300和智能型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)如ROTORK IQ系列等，嵌入了微處理器進(jìn)行智能化，可提供2~4條固定的等百分比、和快開(kāi)函數(shù)特性曲線，其他需要的曲線則通過(guò)10~20個(gè)自定義分段點(diǎn)構(gòu)成的分段折線來(lái)近似獲得，雖在一定程度上解決了上述問(wèn)題，但帶來(lái)新的問(wèn)題，其突出的缺點(diǎn)有三個(gè)一是上述僅提供有限的2~4條精確曲線難以滿足實(shí)際情況下的復(fù)雜多樣性需求；二是自定義折線只是實(shí)際需求特性曲線的不光滑近似；三是自定義折線所需的10~20個(gè)自定義分段點(diǎn)的確定要求很高專業(yè)技術(shù)水平和理論水平，使用和維護(hù)難度很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)智能電氣閥門(mén)定位器和智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在閥門(mén)流量特性實(shí)現(xiàn)上存在的不足，設(shè)計(jì)了一種光滑的無(wú)級(jí)分布的閥門(mén)流量特性的實(shí)現(xiàn)方法。
該方法包括以下步驟(a)根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求確定閥門(mén)流量特性類(lèi)別；(b)計(jì)算閥可調(diào)比B；(c)對(duì)輸入的閥位控制信號(hào)進(jìn)行對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系運(yùn)算；(d)用運(yùn)算處理后信號(hào)代替原來(lái)的輸入的閥位控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制運(yùn)算。
步驟(a)所述的閥門(mén)流量特性是指將輸入的閥位控制信號(hào)X與介質(zhì)流量Q之間應(yīng)具備的函數(shù)關(guān)系Q＝F(B，X)，工藝設(shè)計(jì)要求的閥門(mén)流量特性類(lèi)別有直線、等百分比、和快開(kāi)三種，由如下公式表示直線流量特性QQmax=1B+(1-1B)XXmax...(1)]]>等百分比流量特性QQmax=B(XXmax-1)...(2)]]>快開(kāi)流量特性QQmax=1B[1+(B2-1)XXmax]12...(3)]]>
其中，Q為流量，Qmax為可調(diào)節(jié)的最大流量，X為輸入的閥位控制信號(hào)，Xmax為最大閥位或行程，B為閥可調(diào)比。
步驟(b)所述的計(jì)算閥可調(diào)比B，是根據(jù)管道中降壓比S和閥門(mén)的銘牌參數(shù)理想閥可調(diào)比Be計(jì)算閥可調(diào)比B，計(jì)算公式如下B=BeS...(4)]]>步驟(c)所述的對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系，是把閥門(mén)流量與閥位之間關(guān)系即閥門(mén)流量特性Q＝F(B，X)轉(zhuǎn)化為僅對(duì)輸入的閥位控制信號(hào)進(jìn)行的對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系X＝F(X，B)運(yùn)算，由如下公式表示直線流量特性對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系X＝X (5)等百分比流量特性對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系X‾=BX-1B-1...(6)]]>快開(kāi)流量特性對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系X‾=1+(B2-1)X-1B-1...(7)]]>其中，X為輸入的閥位控制信號(hào)，B為閥可調(diào)比，X為符合要求流量特性處理后的閥位或行程。
步驟(d)所述的用運(yùn)算處理后信號(hào)代替原來(lái)的輸入的閥位控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制運(yùn)算，是用步驟(c)對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系計(jì)算后得到的X代替輸入的閥位控制信號(hào)X進(jìn)行控制運(yùn)算。
本發(fā)明將閥門(mén)流量特性的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為對(duì)輸入控制信號(hào)進(jìn)行對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系的運(yùn)算處理。一不需要改變調(diào)節(jié)閥閥芯或定位器凸輪形狀，二是對(duì)每類(lèi)流量特性可提供無(wú)級(jí)分布的閥門(mén)流量特性曲線族供選擇而且是光滑的精確的，三是這些無(wú)級(jí)分布的流量特性曲線族中的曲線僅通過(guò)一個(gè)具有重要工程背景的參數(shù)方便地選擇，完全解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，并且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單容易。
具體實(shí)施例方式
輸入閥位控制信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，由自動(dòng)化控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器或DCS系統(tǒng)發(fā)出的控制輸入信號(hào)X為4~20mA電流，經(jīng)取樣電阻轉(zhuǎn)化為給定輸入電壓，通過(guò)其信號(hào)濾波及放大環(huán)節(jié)去除干擾，送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，再送給微處理器MPU，經(jīng)采樣模塊、軟件濾波處理模塊、規(guī)范化模塊化為0~100％的無(wú)量綱數(shù)，由按鍵和LCD組成的監(jiān)控界面參數(shù)組態(tài)給出要求的流量特性類(lèi)型和閥可調(diào)比B，根據(jù)要求的流量特性類(lèi)型是線性、等百分比、還是快開(kāi)特性選擇對(duì)應(yīng)的函數(shù)形式，經(jīng)過(guò)函數(shù)關(guān)系運(yùn)算模塊計(jì)算出X＝F(X，B)；閥桿運(yùn)動(dòng)通過(guò)反饋機(jī)構(gòu)帶動(dòng)閥位反饋電位器旋轉(zhuǎn)得到的閥位反饋測(cè)量電壓通過(guò)A/D和MPU進(jìn)行采樣、濾波、并規(guī)范化為0~100％的無(wú)量綱數(shù)Y；X和Y在MPU中進(jìn)行比較執(zhí)行控制算法運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號(hào)控制執(zhí)行部件，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
閥門(mén)流量特性的實(shí)現(xiàn)方法包括以下步驟(a)根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求確定閥門(mén)流量特性類(lèi)別；(b)計(jì)算閥可調(diào)比B；(c)對(duì)輸入的閥位控制信號(hào)進(jìn)行對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系運(yùn)算；(d)用運(yùn)算處理后信號(hào)代替原來(lái)的輸入的閥位控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制運(yùn)算。
步驟(a)所述的閥門(mén)流量特性是指將輸入的閥位控制信號(hào)X與介質(zhì)流量Q之間應(yīng)具備的函數(shù)關(guān)系Q＝F(B，X)，工藝設(shè)計(jì)要求的閥門(mén)流量特性類(lèi)別有直線、等百分比、和快開(kāi)三種，由如下公式表示直線流量特性QQmax=1B+(1-1B)XXmax]]>等百分比流量特性QQmax=B(XXmax-1)]]>
快開(kāi)流量特性QQmax=1B[1+(B2-1)XXmax]12.]]>其中，Q為流量，Qmax為可調(diào)節(jié)的最大流量，X為輸入的閥位控制信號(hào)，Xmax為最大閥位或行程，B為閥可調(diào)比。
步驟(b)所述的計(jì)算閥可調(diào)比B，是根據(jù)管道中降壓比S和閥門(mén)的銘牌參數(shù)理想閥可調(diào)比Be計(jì)算閥可調(diào)比B，計(jì)算公式如下B=BeS]]>步驟(c)所述的對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系，是把閥門(mén)流量與閥位之間關(guān)系即閥門(mén)流量特性Q＝F(B，X)轉(zhuǎn)化為僅對(duì)輸入的閥位控制信號(hào)進(jìn)行的對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系X＝F(X，B)運(yùn)算，由如下公式表示直線流量特性對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系X＝X等百分比流量特性對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系X‾=BX-1B-1]]>快開(kāi)流量特性對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系X‾=1+(B2-1)X-1B-1]]>其中，X為輸入的閥位控制信號(hào)，B為閥可調(diào)比，X為符合要求流量特性處理后的閥位或行程。
步驟(d)所述的用運(yùn)算處理后信號(hào)代替原來(lái)的輸入的閥位控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制運(yùn)算，是用步驟(c)對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系計(jì)算后得到的X代替輸入的閥位控制信號(hào)X進(jìn)行控制運(yùn)算。
權(quán)利要求
1.智能執(zhí)行器用閥門(mén)流量特性實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于該方法包括以下步驟(a)根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求確定閥門(mén)流量特性類(lèi)別；(b)計(jì)算閥可調(diào)比B；(c)對(duì)輸入的閥位控制信號(hào)進(jìn)行對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系運(yùn)算；(d)用運(yùn)算處理后信號(hào)代替原來(lái)的輸入的閥位控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制運(yùn)算；步驟(a)所述的閥門(mén)流量特性是指將輸入的閥位控制信號(hào)X與介質(zhì)流量Q之間應(yīng)具備的函數(shù)關(guān)系Q＝F(B，X)，工藝設(shè)計(jì)要求的閥門(mén)流量特性類(lèi)別有直線、等百分比、和快開(kāi)三種，由如下公式表示直線流量特性QQmax=1B+(1-1B)XXmax---(1)]]>等百分比流量特性QQmax=B(XXmax-1)---(2)]]>快開(kāi)流量特性QQmax=1B[1+(B2-1)XXmax]12---(3)]]>其中，Q為流量，Qmax為可調(diào)節(jié)的最大流量，X為輸入的閥位控制信號(hào)，Xmax為最大閥位或行程，B為閥可調(diào)比；步驟(b)所述的計(jì)算閥可調(diào)比B，是根據(jù)管道中降壓比S和閥門(mén)的銘牌參數(shù)理想閥可調(diào)比Be計(jì)算閥可調(diào)比B，計(jì)算公式如下B=BeS---(4)]]>步驟(c)所述的對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系，是把閥門(mén)流量與閥位之間關(guān)系即閥門(mén)流量特性Q＝F(B，X)轉(zhuǎn)化為僅對(duì)輸入的閥位控制信號(hào)進(jìn)行的對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系X＝F(X，B)運(yùn)算，由如下公式表示直線流量特性對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系X＝X (5)等百分比流量特性對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系X‾=BX-1B-1---(6)]]>快開(kāi)流量特性對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系X‾=1+(B2-1)X-1B-1---(7)]]>其中，X為輸入的閥位控制信號(hào)，B為閥可調(diào)比，X為符合要求流量特性處理后的閥位或行程；步驟(d)所述的用運(yùn)算處理后信號(hào)代替原來(lái)的輸入的閥位控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制運(yùn)算，是用步驟(c)對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系計(jì)算后得到的X代替輸入的閥位控制信號(hào)X進(jìn)行控制運(yùn)算。
全文摘要
本發(fā)明屬于工業(yè)自動(dòng)化儀表領(lǐng)域，特別涉及一種在智能執(zhí)行器中實(shí)現(xiàn)光滑的無(wú)級(jí)分布的閥門(mén)流量特性方法?，F(xiàn)有的方法難以滿足實(shí)際情況下的復(fù)雜多樣性需求，且自定義折線只是實(shí)際需求特性曲線的不光滑近似。本發(fā)明將閥門(mén)流量特性的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為對(duì)輸入控制信號(hào)進(jìn)行對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系的運(yùn)算處理。一不需要改變調(diào)節(jié)閥閥芯或定位器凸輪形狀，二是對(duì)每類(lèi)流量特性可提供無(wú)級(jí)分布的閥門(mén)流量特性曲線族供選擇而且是光滑的精確的，三是這些無(wú)級(jí)分布的流量特性曲線族中的曲線僅通過(guò)一個(gè)具有重要工程背景的參數(shù)方便地選擇，完全解決了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷并且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單容易。
文檔編號(hào)F16K31/00GK1710307SQ20051004967
公開(kāi)日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2005年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月27日
發(fā)明者尚群立 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)