專利名稱：電動氣動定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動氣動定位裝置，該定位裝置通過使用電動氣動轉(zhuǎn)換器將輸入電信號轉(zhuǎn)換為氣壓，并且將該氣壓提供給操作裝置，從而為打開/關(guān)閉通道對調(diào)節(jié)閥的閥打開程度進(jìn)行控制。
當(dāng)包括定位功能和電動氣動轉(zhuǎn)換功能并且用作一種氣壓伺服機(jī)構(gòu)的電動氣動定位裝置被新安裝或替換舊的定位裝置時，控制參數(shù)的各種設(shè)置、零點(diǎn)/量程(zero/span)調(diào)節(jié)和調(diào)整必須在安裝地點(diǎn)實(shí)施。注意零點(diǎn)/量程調(diào)節(jié)和控制參數(shù)的調(diào)整在定期維護(hù)中也要實(shí)施。
然而，根據(jù)常規(guī)電動氣動定位裝置，要由操作員實(shí)施上面的控制參數(shù)的各種設(shè)置、零點(diǎn)/量程調(diào)節(jié)和調(diào)整。這給操作員施加了沉重的負(fù)擔(dān)，而導(dǎo)致許多錯誤。當(dāng)各種類型的調(diào)節(jié)閥彼此結(jié)合在一起時，這一趨勢值得注意。
本發(fā)明的一個目的在于提供電動氣動定位裝置，它在定位裝置的安裝和維護(hù)期間能夠減輕操作員的負(fù)擔(dān)并且消除操作錯誤。
為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明提供了電動氣動定位裝置，該定位裝置包括控制裝置用于以自動設(shè)置命令為基礎(chǔ)輸出電信號；和電動氣動轉(zhuǎn)換裝置用于將來自控制裝置的電信號轉(zhuǎn)換為氣壓。該電動氣動定位裝置適于通過將來自電動氣動轉(zhuǎn)換裝置的氣壓提供給調(diào)節(jié)閥的操作裝置對適用于打開/關(guān)閉通道的調(diào)節(jié)閥的閥打開程度進(jìn)行控制?？刂蒲b置包括第一位置確定裝置--用于根據(jù)將電信號轉(zhuǎn)換為氣壓的驅(qū)動信號被設(shè)置為最小信號和最大信號時設(shè)置的最小和最大閥打開程度位置，獲得調(diào)節(jié)閥的閥打開程度位置；第二位置確定裝置--用于以獲得的最小和最大閥打開程度位置與調(diào)節(jié)閥的閥塞形式(form)之間的相對位置關(guān)系為基礎(chǔ)，獲得當(dāng)驅(qū)動信號為最小信號時設(shè)置的調(diào)節(jié)閥的閥打開程度位置；和第一設(shè)置裝置--用于設(shè)置電信號的最大和最小信號與對應(yīng)于調(diào)節(jié)閥的閥打開程度的完全打開和關(guān)閉方向之間的關(guān)系。


圖1的框圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)的布局；圖2的視圖顯示了圖1中的角傳感器和調(diào)節(jié)閥之間的關(guān)系；圖3的流程圖顯示了圖1中的電動氣動定位裝置的數(shù)據(jù)處理部件所執(zhí)行的自動設(shè)置控制；圖4A和4B的視圖解釋了對于圖1中的調(diào)節(jié)閥的閥塞形式的推下關(guān)閉和推下打開；圖5的流程圖顯示了圖1中的電動氣動定位裝置的數(shù)據(jù)處理部件所執(zhí)行的零點(diǎn)/量程調(diào)節(jié)控制；圖6的流程圖顯示了圖1中的電動氣動定位裝置的數(shù)據(jù)處理部件所執(zhí)行的自動調(diào)整控制；圖7的圖形用于解釋調(diào)節(jié)閥的閥打開程度和響應(yīng)時間之間的關(guān)系；圖8的視圖顯示了操作裝置尺寸/響應(yīng)時間表；圖9A和9B的圖形分別顯示了低和高滯后程度(hysteresis level)的階躍響應(yīng)；圖10的視圖顯示了HYS(滯后程度)/EA(誤差平均值)表；圖11的視圖顯示了PID控制參數(shù)表；圖12的流程圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的電動氣動定位裝置的數(shù)據(jù)處理部件所執(zhí)行的自動維護(hù)控制；并且圖13A、13B、13C和13D的框圖分別顯示了圖1中的CPU的功能框，它們被分別用于執(zhí)行圖3、5、6和12中顯示的控制操作。
在下面將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)的布局。參考圖1，參考數(shù)字1表示控制器、2表示調(diào)節(jié)閥和3表示根據(jù)來自控制器1的命令來控制調(diào)節(jié)閥2的閥打開程度的電動氣動定位裝置。參考符號L1和L2表示將控制器1和電動氣動定位裝置3彼此連接的通訊線路。從控制器1經(jīng)過通訊線路L1和L2到電動氣動定位裝置3提供4到20毫安(mA)的輸入電流I作為設(shè)置值。
電動氣動定位裝置3包括連接到通訊線路L1和L2的通訊線路驅(qū)動部件31、用于輸入/輸出數(shù)據(jù)從/到通訊線路驅(qū)動部件31的數(shù)據(jù)處理控制部件32、用于將數(shù)據(jù)處理控制部件32輸出的電信號轉(zhuǎn)換為氣壓的電動氣動轉(zhuǎn)換器33，以及用于測量調(diào)節(jié)閥2的角度的角傳感器34。通訊線路驅(qū)動部件31具有與控制器1進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊用的接口31a。
數(shù)據(jù)處理控制部件32包括CPU(中央處理器)32a和存儲器32b，并且處理經(jīng)過通訊線路驅(qū)動部件31從控制器1中輸入的設(shè)置值數(shù)據(jù)。更準(zhǔn)備地說，數(shù)據(jù)處理控制部件32根據(jù)來自控制器1的輸入電流I=4毫安將提供給電動氣動轉(zhuǎn)換器33的線圈激勵電流IM設(shè)置為0毫安，并且也根據(jù)輸入電流I=20毫安將提供給電動氣動轉(zhuǎn)換器33的線圈激勵電流IM設(shè)置為最大值。電動氣動轉(zhuǎn)換器33將來自數(shù)據(jù)處理控制部件32的電信號轉(zhuǎn)換為電動氣動轉(zhuǎn)換信號(氣壓)并且把它提供給調(diào)節(jié)閥2。
調(diào)節(jié)閥2包括接收來自電動氣動定位裝置3的電動氣動轉(zhuǎn)換信號的操作裝置21以及閥23--其打開程度由操作裝置21的輸出來控制。
角傳感器34是用于按照后面描述的反饋杠桿(feedback lever)的旋轉(zhuǎn)角位置(杠桿角位置)檢測閥23打開程度的傳感器角。傳感器34將檢測到的杠桿角位置提供給數(shù)據(jù)處理控制部件32。數(shù)據(jù)處理控制部件32根據(jù)來自角傳感器34的杠桿角位置為基礎(chǔ)對閥23的打開程度進(jìn)行反饋控制。另外，數(shù)據(jù)處理控制部件32根據(jù)來自角傳感器34的杠桿角位置，將對應(yīng)于閥23的打開程度的電信號輸出經(jīng)過通訊線路驅(qū)動部件31及通訊線路L1和L2傳送到控制器1。
下面，數(shù)據(jù)處理控制部件32的控制操作將參考圖2一起描述。
圖2顯示了電動氣動定位裝置3、角傳感器34和調(diào)節(jié)閥2之間的關(guān)系。除了操作裝置21和閥23外，調(diào)節(jié)閥2還包括使操作裝置21和閥23彼此機(jī)械連接的閥桿22。操作裝置21具有根據(jù)從電動氣動轉(zhuǎn)換器33輸入的氣壓而移位的隔膜21a。根據(jù)隔膜21a的移位，操作裝置21通過垂直移動閥桿22對閥23的打開程度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
反饋杠桿4被連接在角傳感器34和閥桿22之間以檢測閥桿22的上升(lift)位置，也就是，閥23的打開程度。根據(jù)閥桿22的上升位置，反饋杠桿4以角傳感器34的中心點(diǎn)o為軸作轉(zhuǎn)動。從而，能夠從反饋杠桿4的旋轉(zhuǎn)角位置(杠桿角位置)來檢測閥23的打開程度。根據(jù)圖3中顯示的流程圖，數(shù)據(jù)處理控制部件32在接收到自動設(shè)置命令時自動設(shè)置“完全關(guān)閉/打開位置”、“操作裝置的操作形式”、“信號和閥打開程度方向之間的關(guān)系”或“異常電信號輸出方向(燒壞(burnout)方向)”。在此情況下，當(dāng)操作員操作布置在電動氣動定位裝置3上的開關(guān)(沒有顯示)時，自動設(shè)置命令被提供給數(shù)據(jù)處理控制部件32。注意此命令可能由設(shè)置裝置(沒有顯示)或控制器1經(jīng)過接口31a提供。
在圖3顯示的流程圖中，“完全關(guān)閉/打開位置”根據(jù)調(diào)節(jié)閥2的閥塞來確定(步驟S101)。假設(shè)將如圖4A中顯示的閥塞位于閥座之上稱為推下關(guān)閉以及將如圖4B中顯示的閥塞位于閥座之下稱為推下打開。更準(zhǔn)確地說，推下關(guān)閉被表示為VACT=1，而推下打開被表示為VACT=-1。準(zhǔn)確地說，推下關(guān)閉的完全關(guān)閉和打開位置被分別表示為XSHUT=-VACT=-1(已關(guān)閉=向下)和XOPEN=VACT=1(打開=向上)，而推下打開的完全關(guān)閉和打開位置被分別表示為XSHUT=-VACT=1(已關(guān)閉=向上)和XOPEN=VACT=-1(打開=向下)。注意調(diào)節(jié)閥2的閥塞形式被預(yù)先作為數(shù)據(jù)輸入。
隨后，根據(jù)來自控制器1的輸入電流I=4毫安將線圈激勵電流IM設(shè)置為0毫安(步驟S102)。也就是，到電動氣動轉(zhuǎn)換器33的線圈激勵電流IM被設(shè)置為最小值。通過此操作，對應(yīng)于IM=0毫安的氣壓經(jīng)過電動氣動轉(zhuǎn)換器33被提供給調(diào)節(jié)閥2的操作裝置21。作為結(jié)果，閥23的打開程度被調(diào)節(jié)到對應(yīng)于IM=0毫安的打開程度位置。接著檢查閥23是否穩(wěn)定(步驟S103)。如果確定閥23是穩(wěn)定的，那么閥23的打開程度位置被存儲為XIMIN(步驟S104)。
接著將線圈激勵電流IM設(shè)置為對應(yīng)于來自控制器1的20毫安輸入電流的值(步驟S105)。也就是，到電動氣動轉(zhuǎn)換器33的線圈激勵電流IM被設(shè)置為最大值。通過此操作，把對應(yīng)于IM=最大值的氣壓從電動氣動轉(zhuǎn)換器33中提供給調(diào)節(jié)閥2的操作裝置21。作為結(jié)果，閥23的打開程度被調(diào)節(jié)到對應(yīng)于IM=最大值的打開程度位置。接著檢查閥23是否穩(wěn)定(步驟S106)。如果確定閥23是穩(wěn)定的，那么閥23的打開程度位置被存儲為XIMAX(步驟S107)。
在此情況下，步驟S105到S107中的處理可以在步驟S102到S104中的處理之前執(zhí)行。也就是，步驟S105到S107中的處理序列和步驟S102到S104中的處理序列可以交換，使得步驟S102到S104中的處理在步驟S105到S107中的處理之后執(zhí)行。
當(dāng)線圈激勵電流IM為0毫安時，被設(shè)置的調(diào)節(jié)閥2的閥打開程度XI0，可以根據(jù)下面的等式(1)，從步驟S104中存儲的閥打開程度位置XIMIN和步驟S107中存儲的閥打開程度位置XIMAX與調(diào)節(jié)閥2的閥塞形式VACT之間的相對位置關(guān)系獲得(步驟S108)。XI0=1表示完全打開狀態(tài)；而XI0=-1表示完全關(guān)閉狀態(tài)。注意在等式(1)中，Sgn(X)是函數(shù)，其功能為如果X大于等于0則為1；如果X小于0則為-1。
XI0=Sgn(XIMIN-XIMAX)·VACT…(1)在步驟S109中，根據(jù)下面的等式(2)，操作裝置21的操作形式AACT(AACT=1推下關(guān)閉操作；AACT=-1推下打開操作)可以從以下中獲得當(dāng)線圈激勵電流IM為0毫安時被設(shè)置的調(diào)節(jié)閥2的閥打開程度位置XI0和電動氣動定位裝置3本身的操作形式PACT以及調(diào)節(jié)閥2的閥塞形式VACT。
AACT=XI0·PACT·VACT…(2)注意PACT=1表示電動氣動定位裝置3的特征對應(yīng)于推下關(guān)閉操作類型的定位裝置(此后稱為推下關(guān)閉定位裝置)的那些特征，并且PACT=-1表示電動氣動定位裝置3的特征對應(yīng)于推下打開操作類型的定位裝置(此后稱為推下打開定位裝置)的那些特征。使用該推下關(guān)閑定位裝置，提供給調(diào)節(jié)閥2的輸出氣壓隨線圈激勵電流IM增加而增加。使用該推下打開定位裝置，提供給調(diào)節(jié)閥2的輸出氣壓隨線圈激勵電流IM增加而下降。
注意電動氣動定位裝置3本身的操作形式被預(yù)先作為數(shù)據(jù)輸入。操作裝置21的推下關(guān)閉操作(AACT=1)指示當(dāng)電動氣動定位裝置3提供氣時閥桿22向下移動。操作裝置21的推下打開操作(AACT=-1)指示當(dāng)電動氣動定位裝置3提供氣時閥桿22向上移動。
在步驟S109中，以當(dāng)線圈激勵電流IM為0毫安時被設(shè)置的調(diào)節(jié)閥2的閥打開程度位置XI0為基礎(chǔ)，執(zhí)行設(shè)置操作，使得輸入電流I的最大值(20毫安)和最小值(4毫安)對應(yīng)于被用于按照完全打開方向或完全關(guān)閉方向中控制調(diào)節(jié)閥2的閥打開程度的每個信號。更準(zhǔn)確地說，在表示為XI0=-1的完全關(guān)閉狀態(tài)中，完全關(guān)閉電流(4毫安)小于完全打開電流(20毫安)。另外，在表示為XI0=1的完全打開狀態(tài)中，完全關(guān)閉電流(20毫安)大于完全打開電流(4毫安)。
另外，在步驟S109中，異常電信號輸出方向(燒壞方向)從當(dāng)線圈激勵電流IM為0毫安時被設(shè)置的調(diào)節(jié)閥2的閥打開程度位置XI0中確定。更準(zhǔn)確地說，在表示為XI0=-1的完全關(guān)閉狀態(tài)中，當(dāng)異常出現(xiàn)時，調(diào)節(jié)閥2的閥打開程度被強(qiáng)制設(shè)置為“完全關(guān)閉”。另外，在表示為XI0=1的完全打開狀態(tài)中，當(dāng)異常出現(xiàn)時，調(diào)節(jié)閥2的閥打開程度被強(qiáng)制設(shè)置為“完全打開”。
以當(dāng)線圈激勵電流IM為0毫安時被設(shè)置的閥打開程度位置XI0為基礎(chǔ)確定異常電信號輸出方向的原因在于異常狀態(tài)是一種下述的狀態(tài)，其中在電動氣動定位裝置3的供給電源中斷、電動氣動定位裝置3中的存儲器32b被破壞等情況下，電動氣動定位裝置3不能夠控制調(diào)節(jié)閥2的閥打開程度；也就是異常狀態(tài)是一種不能夠提供線圈激勵電流IM的狀態(tài)。
在上述實(shí)施例中，兩個因素--電信號與閥打開程度方向之間的關(guān)系和異常電信號輸出方向--從當(dāng)線圈激勵電流IM為0毫安時被設(shè)置的調(diào)節(jié)閥2的閥打開程度位置XI0中確定。然而，電信號與閥打開程度方向之間的關(guān)系和異常電信號輸出方向可以以電動氣動定位裝置3本身的操作形式PACT、操作裝置21的操作形式AACT以及調(diào)節(jié)閥2的閥塞形式VACT為基礎(chǔ)來確定(在后面的信號設(shè)置部件303’和異常信號設(shè)置部件304’相關(guān)的部分中描述)。
例如，如果PACT·AACT·VACT=-1，那么設(shè)置完全關(guān)閉電流(4毫安)小于完全打開電流(20毫安)。如果PACT·AACT·VACT=1，那么設(shè)置完全關(guān)閉電流(20毫安)大于完全打開電流(4毫安)。另外，如果PACT·AACT·VACT=-1，那么輸出氣壓被設(shè)置得使調(diào)節(jié)閥2的閥打開程度對應(yīng)于“完全關(guān)閉”。如果PACT·AACT·VACT=1，那么輸出氣壓被設(shè)置得使調(diào)節(jié)閥2的閥打開程度對應(yīng)于“完全打開”。
在此情況下，操作裝置21的操作形式ACCT被預(yù)先作為數(shù)據(jù)輸入。當(dāng)操作裝置21的操作形式ACCT從上面的等式(2)中獲得時，即使操作裝置21的操作形式ACCT不知道，輸入電流設(shè)置值和異常電信號輸出方向也能夠確定。根據(jù)圖5顯示的流程圖，數(shù)據(jù)處理控制部件32在接收到的零點(diǎn)/量程調(diào)節(jié)命令時實(shí)施自動零點(diǎn)/量程調(diào)節(jié)。在此情況下，當(dāng)操作員操作布置在電動氣動定位裝置3上的開關(guān)(沒有顯示)時，零點(diǎn)/量程調(diào)節(jié)命令被提供給數(shù)據(jù)處理控制部件32。然而，此命令也可能由設(shè)置裝置(沒有顯示)或控制器1經(jīng)過接口31a提供。
在圖5顯示的流程圖中，首先，根據(jù)下面的等式(3)確定對應(yīng)于完全關(guān)閉位置的線圈激勵電流IMSHUT(步驟S501)。在此情況下，如果ISHUT=1，那么IMSHUT被設(shè)置為最大值。如果ISHUT=-1，那么IMSHUT被設(shè)置為0毫安。
ISHUT=PACT·AACT·VACT…(3)隨后，將步驟S501中確定的IMSHUT提供給電動氣動轉(zhuǎn)換器33(步驟S502)。通過此操作，將對應(yīng)于IMSHUT的氣壓從電動氣動轉(zhuǎn)換器33中提供給調(diào)節(jié)閥2的操作裝置21，并且閥23的打開程度被調(diào)節(jié)為對應(yīng)于IMSHUT的打開程度位置(完全關(guān)閉位置)。接著，檢查閥23是否穩(wěn)定(步驟S503)。如果確定閥23穩(wěn)定，那么閥23的打開程度位置X0被作為零點(diǎn)位置存儲(步驟S504)。
根據(jù)等式(4)確定對應(yīng)于完全打開位置的線圈激勵電流IMOPEN(步驟S505)。在此情況下，如果IOPEN=1，則IMOPEN被設(shè)置為最大值。如果IOPEN=-1，則IMOPEN被設(shè)置為0毫安。實(shí)際上從等式(4)中可明顯看出完全關(guān)閉位置線圈激勵電流IMSHUT的反向線圈激勵電流就是完全打開位置線圈激勵電流IMOPEN。
IOPEN=ISHUT·(-1)…(4)在步驟S505中確定的IMOPEN被提供給電動氣動轉(zhuǎn)換器33(步驟S506)。通過此操作，將對應(yīng)于IMOPEN的氣壓從電動氣動轉(zhuǎn)換器33中提供給調(diào)節(jié)閥2的操作裝置21。作為結(jié)果，閥23的打開程度被調(diào)節(jié)為對應(yīng)于IMOPEN的打開程度位置(最大打開程度位置，例如對應(yīng)于打開程度的110％的位置，被設(shè)置為稍微大于考慮到余量的實(shí)際完全打開位置對應(yīng)的打開程度)。接著，檢查閥23是否穩(wěn)定(步驟S507)。如果確定閥23穩(wěn)定，那么閥23的打開程度位置被作為臨時完全打開位置X110存儲(步驟S508)。
根據(jù)下面的等式(5)，實(shí)際完全打開位置X100從步驟S504中存儲的完全關(guān)閉位置X0和步驟S508中存儲的臨時完全打開位置X110中獲得(步驟S509)。也就是，實(shí)際完全打開位置X100通過對臨時完全打開位置X110進(jìn)行超行程修正(overstroke correction)而獲得。
X100=[(X110-X0)/1.1]+X0…(5)獲得的實(shí)際完全打開位置X100被作為量程點(diǎn)位置存儲(步驟S510)。在此情況下，與將X110作為量程點(diǎn)位置存儲的情況相比較，改善了精度。
在此零點(diǎn)/量程調(diào)節(jié)中，最大完全打開位置(超行程值)例如是固定值110％。然而，此值可以使用強(qiáng)制完全打開值或類似值(+1％的強(qiáng)制完全打開值是超行程值)來改變，或者可以以測量到的量程角度和操作裝置信息(由于包括了超行程值，所以選擇近似角度)為基礎(chǔ)通過參考固定的(built-in)標(biāo)準(zhǔn)量程角度表來獲得。根據(jù)圖6中顯示的流程圖，數(shù)據(jù)處理控制部件32在接收到自動調(diào)整命令時自動調(diào)整PID控制參數(shù)。在此情況下，當(dāng)操作員操作布置在電動氣動定位裝置3上的開關(guān)(沒有顯示)時，自動調(diào)整命令被提供給數(shù)據(jù)處理控制部件32。注意此命令可能由設(shè)置裝置(沒有顯示)或控制器1經(jīng)過接口31a提供。
在圖6顯示的流程圖中，首先，線圈激勵電流IM被設(shè)置為IMMIN(0毫安)(步驟S601)，并且線圈激勵電流IM被設(shè)置為IMMAX(最大值)(步驟S602)。如圖7所示，使用此操作，調(diào)節(jié)閥2的閥23的打開程度位置從0％位置到100％位置連續(xù)改變。在此情況中的響應(yīng)時間，例如，從10％位置移位到90％位置所花費(fèi)的時間Tup，被測量(步驟S603)。
在閥23的打開程度位置達(dá)到100％位置之后，線圈激勵電流IM被設(shè)置為IMMIN(0毫安)(步驟S604)。如圖7所示，使用此操作，閥23的打開程度位置從100％位置到0％位置連續(xù)改變。在此情況中的響應(yīng)時間，例如，從90％位置移位到10％位置所花費(fèi)的時間Tdown，被測量(步驟S605)。
10％位置與90％位置之間的響應(yīng)時間TRES(TRES=(Tup+Tdown)/2)是步驟S603中測量的Tup和步驟S604中測量的Tdown的平均值(步驟S606)。在此情況下，考慮到Tup不等于Tdown的情況而獲取Tup和Tdown的平均值。也就是，由于一些操作裝置21依據(jù)打開程度增加或減少的方向在速度上變化，所以通過平均Tup和Tdown能夠獲得精確時間。
以步驟S606中獲得的響應(yīng)時間TRES為基礎(chǔ)，從圖8中顯示的操作裝置尺寸/響應(yīng)時間表中確定操作裝置21的尺寸(步驟S607)。在此實(shí)施例中，在測量Tup之后測量Tdown。然而，此處理的序列可以顛倒使得在Tdown測重之后測重Tup。
例如，在閥打開程度設(shè)置值SP被設(shè)置為SP40(用于40％位置的設(shè)置值)之后(步驟S608)，閥打開程度設(shè)置值SP例如被設(shè)置為SP60(用于60％位置的設(shè)置值)(步驟S609)。通過此操作，如圖9A和9B中所示，調(diào)節(jié)閥2的閥23的打開程度位置展示了從40％位置到60％位置的階躍響應(yīng)。圖9A顯示了低滯后程度的階躍響應(yīng)。圖9B顯示了高滯后程度的階躍響應(yīng)。
隨后，獲得對應(yīng)于階躍響應(yīng)的誤差區(qū)域Es，并且從獲得的誤差區(qū)域Es中獲得誤差平均值EA(步驟S610)。在此情況中，通過設(shè)置誤差區(qū)域Es=∫t1t2|E|dt]]>則誤差平均值EA為EA=Es/(t2-t1)以獲得的誤差平均值EA為基礎(chǔ)，從圖10中顯示的HYS/EA表中獲得滯后程度HYS(步驟S611)。
接著以步驟S607中確定的操作裝置的尺寸和步驟S611中確定的滯后程度HYS為基礎(chǔ)，從圖11顯示的PID控制參數(shù)表中選擇候選參數(shù)(parameter candidate)。并且使用所選擇的候選參數(shù)替換對應(yīng)的當(dāng)前設(shè)置PID控制參數(shù)(步驟S612)。參考圖11，KP、TI、TD、GE、GKP、GT1和GTD均是用于由等式(6)和(7)表示的控制公式的PID參數(shù)。
如果|e|≤GE，則U=KP[e+(1/TI)∫edt+TD(de/dt)]…(6)如果|e|＞GE，則U=GKP[e+(1/GTI)∫edt+GTD(de/dt)]…(7)根據(jù)圖6中的自動調(diào)整，即使操作裝置尺寸和調(diào)節(jié)閥的滯后程度都不知道，也可以容易地將控制參數(shù)調(diào)整為適合于操作裝置的參數(shù)。
第二實(shí)施例[自動維護(hù)(自動設(shè)置、零點(diǎn)/量程調(diào)節(jié)、自動調(diào)整)]
自動設(shè)置、零點(diǎn)/量程調(diào)節(jié)和自動調(diào)整已經(jīng)參考圖3、5和6在上面作為單獨(dú)處理描述了。圖3中的自動設(shè)置僅當(dāng)電動氣動定位裝置3安裝時執(zhí)行，而圖5中的零點(diǎn)/量程調(diào)節(jié)和圖6中的自動調(diào)整則在定期維護(hù)中執(zhí)行。考慮到此定期維護(hù)，將自動設(shè)置、零點(diǎn)/量程調(diào)節(jié)和自動調(diào)整設(shè)計(jì)成根據(jù)單獨(dú)的命令而執(zhí)行。
然而，在安裝電動氣動定位裝置3時，在閥被實(shí)際控制之前，需要進(jìn)行所有的處理，也就是自動設(shè)置、零點(diǎn)/量程調(diào)節(jié)和自動調(diào)整。為此，第二實(shí)施例的特征在于根據(jù)圖12中顯示的流程圖，為響應(yīng)自動維護(hù)命令而連續(xù)執(zhí)行自動設(shè)置、零點(diǎn)/量程調(diào)節(jié)和自動調(diào)整。這在方便維護(hù)操作的同時消除了手工錯誤。
參考圖12，在對應(yīng)于圖3中的步驟S104和S107的步驟S203和S206中存儲XIMIN和XIMAX。在對應(yīng)于步驟S108的步驟S207中確定當(dāng)線圈激勵電流IM為0毫安時被設(shè)置的閥打開程度位置XI0。在對應(yīng)于步驟S109的步驟S208中，確定“完全關(guān)閉/打開位置”、“操作裝置的操作形式”、“信號和閥打開程度方向之間的關(guān)系”或“異常電信號輸出方向(燒壞方向)”。
在步驟S201到S208中的“自動設(shè)置”之后的步驟S209和S210中，以圖5中同樣的方式執(zhí)行“零點(diǎn)/量程調(diào)節(jié)”。在“零點(diǎn)/量程調(diào)節(jié)”之后的步驟S211到S220，以圖6中同樣的方式執(zhí)行“自動調(diào)整”。
圖13A到13D顯示了對應(yīng)于圖3、5、6和12中的控制操作的CPU 32a的功能框。
參考圖13A，第一位置確定部件301執(zhí)行圖1中的步驟S101到S107，第二位置確定部件302執(zhí)行步驟S302，信號設(shè)置部件303設(shè)置步驟S109中的輸入電流值和閥打開程度方向，異常信號設(shè)置部件304設(shè)置步驟S109中的異常電信號輸出方向，并且操作形式確定部件305設(shè)置步驟S109中的操作裝置的操作形式。
以電動氣動定位裝置3本身的操作形式PACT和操作裝置21的操作形式AACT以及調(diào)節(jié)閥2的閥塞形式VACT為基礎(chǔ)，信號設(shè)置部件303’確定電信號的最大信號和最小信號與對應(yīng)于調(diào)節(jié)閥2的閥打開程度的完全打開/關(guān)閉方向之間的關(guān)系。以電動氣動定位裝置3本身的操作形式PACT和操作裝置21的操作形式AACT以及調(diào)節(jié)閥2的閥的閥塞形式VACT為基礎(chǔ)，異常信號設(shè)置部件304’設(shè)置輸入電流值和異常電信號輸出方向。
參考圖13B，閥打開程度控制部件306執(zhí)行圖5中的步驟S501到S506，并且位置確定部件307執(zhí)行步驟S508和S509。
參考圖13C，尺寸確定部件308執(zhí)行圖6中的步驟S601到S607，程度(level)確定部件309執(zhí)行步驟S608到S611，并且參數(shù)設(shè)置部件311執(zhí)行步驟S612。尺寸確定部件308的響應(yīng)時間計(jì)算部件310執(zhí)行步驟S606。
參考圖13D，信號設(shè)置部件312執(zhí)行圖12中的步驟S201到S208，第一和第二位置確定部件313和314執(zhí)行步驟S209和S210，尺寸/程度確定部件315執(zhí)行步驟S211到S219，并且參數(shù)設(shè)置部件316執(zhí)行步驟S220。
如上面已經(jīng)描述的，根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置輸入電信號的最大和最小信號作為這樣的信號--每個信號用于控制完全打開/關(guān)閉方向(電信號與閥打開程度方向之間的關(guān)系的設(shè)置)中的調(diào)節(jié)閥的閥打開程度、異常出現(xiàn)的情況中電信號輸出方向的設(shè)置、零點(diǎn)/量程調(diào)節(jié)、控制參數(shù)的調(diào)整等等都自動執(zhí)行，從而降低了安裝和定期維護(hù)中操作員的負(fù)擔(dān)。同時，這也能夠消除手工錯誤。
權(quán)利要求
1.一種電動氣動定位裝置，包括控制裝置(32)，用于以自動設(shè)置命令為基礎(chǔ)輸出電信號；和電動氣動轉(zhuǎn)換裝置(33)，用于將來自所述控制裝置的電信號轉(zhuǎn)換為氣壓，通過將來自所述電動氣動轉(zhuǎn)換裝置的氣壓提供給所述調(diào)節(jié)閥的操作裝置(21)，所述電動氣動定位裝置適用于控制調(diào)節(jié)閥(2)的閥打開程度以打開/關(guān)閉通道，其特征在于所述控制裝置包括第一位置確定裝置(301)，用于根據(jù)當(dāng)用于將電信號轉(zhuǎn)換為氣壓的驅(qū)動信號被設(shè)置為最小信號和最大信號時被設(shè)置的最小和最大閥打開程度位置，獲得所述調(diào)節(jié)閥的閥打開程度位置；第二位置確定裝置(302)，用于以獲得的最小和最大閥打開程度位置與所述調(diào)節(jié)閥的閥塞形式之間的相對位置關(guān)系為基礎(chǔ)，獲得當(dāng)驅(qū)動信號被設(shè)置為最小信號時被設(shè)置的所述調(diào)節(jié)閥的閥打開程度位置；和第一設(shè)置裝置(303)，用于設(shè)置電信號的最大和最小信號與對應(yīng)于所述調(diào)節(jié)閥的閥打開程度的完全打開和關(guān)閉方向之間的關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的定位裝置，其中所述控制裝置進(jìn)一步包括第二設(shè)置裝置(304)，用于以當(dāng)驅(qū)動信號為最小信號時設(shè)置的所述調(diào)節(jié)閥的閥打開程度位置為基礎(chǔ)，在異常出現(xiàn)時設(shè)置對應(yīng)于所述調(diào)節(jié)閥的閥打開程度的電信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的定位裝置，其中所述定位裝置進(jìn)一步包括角傳感器(34)，用于檢測所述調(diào)節(jié)閥的閥打開程度位置的角度，并且所述控制裝置通過使用來自所述角傳感器的輸出獲得所述調(diào)節(jié)閥的閥打開程度。
4.一種電動氣動定位裝置，包括控制裝置(32)，用于以自動設(shè)置命令為基礎(chǔ)輸出電信號；和電動氣動轉(zhuǎn)換裝置(33)，用于將來自所述控制裝置的電信號轉(zhuǎn)換為氣壓，通過將來自所述電動氣動轉(zhuǎn)換裝置的氣壓提供給所述調(diào)節(jié)閥的操作裝置(21)，所述電動氣動定位裝置適用于控制調(diào)節(jié)閥(2)的閥打開程度以打開/關(guān)閉通道，其特征在于所述控制裝置包括第一設(shè)置裝置(303’)，用于以所述電動氣動定位裝置的操作形式、所述操作裝置的操作形式和所述調(diào)節(jié)閥的閥塞形式為基礎(chǔ)，設(shè)置電信號的最大和最小信號與對應(yīng)于所述調(diào)節(jié)閥的閥打開程度的完全打開和關(guān)閉方向之間的關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的定位裝置，其中所述控制裝置進(jìn)一步包括位置確定裝置(301)，用于根據(jù)當(dāng)用于將電信號轉(zhuǎn)換為氣壓的驅(qū)動信號被設(shè)置為最小信號和最大信號時被設(shè)置的最小和最大閥打開程度位置，獲得所述調(diào)節(jié)閥的閥打開程度位置；操作形式確定裝置(305)，用于以獲得的最小和最大閥打開程度位置、所述電動氣動定位裝置的操作形式和所述調(diào)節(jié)閥的閥塞形式之間的相對位置關(guān)系為基礎(chǔ)，獲得所述操作裝置的操作形式，并且所述設(shè)置裝置通過使用所述操作形式確定裝置獲得的所述操作裝置的操作形式來進(jìn)行設(shè)置操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的定位裝置，其中所述控制裝置進(jìn)一步包括第二設(shè)置裝置(304’)，用于以所述電動氣動定位裝置的操作形式、所述操作裝置的操作形式和所述調(diào)節(jié)閥的閥塞形式為基礎(chǔ)，在異常出現(xiàn)時，設(shè)置對應(yīng)于所述調(diào)節(jié)閥的閥打開程度的電信號。
7.一種電動氣動定位裝置，包括控制裝置(32)，用于以零點(diǎn)/量程調(diào)節(jié)命令為基礎(chǔ)輸出電信號；和電動氣動轉(zhuǎn)換裝置(33)，用于將來自所述控制裝置的電信號轉(zhuǎn)換為氣壓，通過將來自所述電動氣動轉(zhuǎn)換裝置的氣壓提供給所述調(diào)節(jié)閥的操作裝置(21)，所述電動氣動定位裝置適用于控制調(diào)節(jié)閥(2)的閥打開程度以打開/關(guān)閉通道，其特征在于所述控制裝置進(jìn)一步包括閥打開程度控制裝置(306)，用于在控制所述調(diào)節(jié)閥的閥打開程度為一對應(yīng)于完全關(guān)閉狀態(tài)的值之后，控制所述調(diào)節(jié)閥的閥打開程度為一最大打開程度，該最大打開程度被設(shè)置為大于對應(yīng)于實(shí)際完全打開位置的一個值；和位置確定裝置(307)，用于根據(jù)臨時完全打開位置，獲得當(dāng)所述調(diào)節(jié)閥被設(shè)置為最大打開位置時設(shè)置的閥打開程度位置，并且通過對獲得的臨時完全打開位置進(jìn)行超行程修正來獲得所述調(diào)節(jié)閥的實(shí)際完全打開位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的定位裝置，其中所述控制裝置包括存儲裝置(32b)用于根據(jù)零點(diǎn)位置，存儲當(dāng)所述調(diào)節(jié)閥以完全關(guān)閉狀態(tài)被設(shè)置時設(shè)置的閥打開程度位置，并且根據(jù)量程點(diǎn)位置存儲獲得的實(shí)際完全打開位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的定位裝置，其中所述閥打開程度控制裝置，用于以所述電動氣動定位裝置的操作形式、操作裝置的操作形式和所述調(diào)節(jié)閥的閥塞形式為基礎(chǔ)，確定第一驅(qū)動信號，用于把所述調(diào)節(jié)閥的閥打開程度控制為一對應(yīng)于完全關(guān)閉狀態(tài)的值，并且確定設(shè)置的第一驅(qū)動信號的反向信號作為用于把所述調(diào)節(jié)閥的閥打開程度控制為最大打開程度的第二驅(qū)動信號。
10.一種電動氣動定位裝置，包括控制裝置(32)，用于以自動控制參數(shù)調(diào)整命令為基礎(chǔ)輸出電信號；和電動氣動轉(zhuǎn)換裝置(33)，用于將來自所述控制裝置的電信號轉(zhuǎn)換為氣壓，通過將來自所述電動氣動轉(zhuǎn)換裝置的氣壓提供給所述調(diào)節(jié)閥的操作裝置(21)，所述電動氣動定位裝置適用于控制調(diào)節(jié)閥(2)的閥打開程度以打開/關(guān)閉通道，其特征在于所述控制裝置包括尺寸確定裝置(308)，用于以當(dāng)所述調(diào)節(jié)閥被實(shí)際驅(qū)動時所花費(fèi)的所述調(diào)節(jié)閥的響應(yīng)時間為基礎(chǔ)，確定所述操作裝置的尺寸；程度確定裝置(309)，用于以來自第一閥打開程度位置和第二閥打開程度位置的所述調(diào)節(jié)閥的階躍響應(yīng)為基礎(chǔ)，確定所述操作裝置的滯后程度；和參數(shù)設(shè)置裝置(311)，用于以確定的所述操作裝置的尺寸和滯后程度為基礎(chǔ)，從準(zhǔn)備的控制參數(shù)表中選擇候選參數(shù)，并且將對應(yīng)的當(dāng)前設(shè)置控制參數(shù)替換為所選擇的候選參數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的定位裝置，其中所述尺寸確定裝置進(jìn)一步包括計(jì)算裝置(310)，用于通過獲得所述調(diào)節(jié)閥從第三閥打開程度位置位移到第四閥打開程度位置所花費(fèi)的第一時間(Tup)與從第四閥打開程度位置位移到第三閥打開程度位置所花費(fèi)的第二時間(Tdown)的平均值，計(jì)算所述調(diào)節(jié)閥的響應(yīng)時間。
12.一種電動氣動定位裝置，包括控制裝置(32)，用于以自動維護(hù)命令為基礎(chǔ)輸出電信號；和電動氣動轉(zhuǎn)換裝置(33)，用于將來自所述控制裝置的電信號轉(zhuǎn)換為氣壓，通過將來自所述電動氣動轉(zhuǎn)換裝置的氣壓提供給所述調(diào)節(jié)閥的操作裝置(21)，所述電動氣動定位裝置適用于控制調(diào)節(jié)閥(2)的閥打開程度以打開/關(guān)閉通道，其特征在于所述控制裝置包括設(shè)置裝置(312)，用于設(shè)置輸入電信號的最大和最小信號與對應(yīng)于所述調(diào)節(jié)閥的閥打開程度的完全打開和關(guān)閉方向之間的關(guān)系；第一位置確定裝置(313)，用于根據(jù)當(dāng)所述調(diào)節(jié)閥的閥打開程度被控制時使用的基準(zhǔn)，獲得零點(diǎn)位置；第二位置確定裝置(314)，用于根據(jù)所述調(diào)節(jié)閥的實(shí)際完全打開位置，獲得量程位置；尺寸/程度確定裝置(315)，用于確定所述操作裝置的尺寸和滯后程度；和參數(shù)設(shè)置裝置(316)，用于以所述操作裝置的尺寸和滯后程度為基礎(chǔ)，從準(zhǔn)備的控制參數(shù)表中選擇候選參數(shù)，并且將對應(yīng)的當(dāng)前設(shè)置控制參數(shù)替換為所選擇的候選參數(shù)。
全文摘要
電動氣動定位裝置包括數(shù)據(jù)處理控制部件和電動氣動轉(zhuǎn)換器。控制部件包括,第一位置確定部件,根據(jù)當(dāng)用于將電信號轉(zhuǎn)換為氣壓的驅(qū)動信號被設(shè)置為最小信號和最大信號時被設(shè)置的最小和最大閥打開程度位置獲得調(diào)節(jié)閥的閥打開程度位置;第二位置確定部件根據(jù)獲得的最小和最大閥打開程度位置與閥的閥塞形式之間的相對位置關(guān)系,獲得當(dāng)驅(qū)動信號為最小信號時設(shè)置的閥的閥打開程度位置。
文檔編號F16K37/00GK1219663SQ98122629
公開日1999年6月16日 申請日期1998年11月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月8日
發(fā)明者長坂文雄 申請人:株式會社山武