谈谈阀门定位器，运作原理(图文)

发布时间: 2025-03-04 17:58:04 | 作者: 米勒阀门

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阀门定位器是一种用于通过确保精确定位来加强阀门控制。在基本设置中，过程控制器 在基本设置中，过程控制器直接向执行器发送信号以移动阀门、 但这种方式速度较慢，而且容易发生偏移，从而限制了精度。在应用中 在需要频繁调整或高精度的应用中，阀门定位器有助于 实现快速准确的响应。

定位器是过程控制器和执行器之间的接口 定位器作为过程控制器和执行器之间的接口，监控阀杆以检测其准确位置。其准确位置。它从控制器接收输入信号，并向执行机构发送输出信号。输出信号到执行机构，确保阀门的精确移动。

调节阀定位器的基础知识

阀门定位器是一种调节控制阀执行器气压的装置，可使阀杆的位置与控制器的输出信号精确对齐。这有助于保持阀门的精确定位，尤其是在处理多变的工艺条件时。

定位器通常安装在线性控制阀气动执行器的侧轭或顶部外壳上，或者旋转阀的轴端附近。它们与阀杆或轴机械连接，可将实际阀门位置与控制器设定的位置进行比较。当控制器发送调整阀门的信号时，定位器的反馈连杆会感应并确认阀门的新位置和移动幅度。

定位器对于保持整个阀门冲程的连续控制至关重要，可使阀门的位置与控制信号紧密匹配。但是，在具有与阀门位置成比例的快速过程反馈的应用中，可能不需要定位器，因为控制器可以直接调节执行器的力来控制阀门的运动。

调节阀中定位器的用途

调节阀的定位器用于精确调节阀的位置，以达到工艺变量（如流量、温度或压力）的预定点。定位器可确保阀门准确响应控制信号，实现比单独直接控制更快、更精确的调节。

下文将介绍定位器的优点、三种主要定位器的基本概念以及制造商提供的替代方案。

定位器如何工作？

为了确保阀门根据控制信号（通常来自过程控制器）准确定位，阀门定位器是一种安装在控制阀执行机构上的装置。它通过改变驱动执行机构的液压或气压来保持对阀门位置的精确控制。

定位器可确保阀门精确地移动到控制器信号所指定的位置，同时考虑到作用在阀门上的任何阻力、摩擦力或外力。

定位器的分步功能：

安装和设置

直行程阀门： 在线性控制阀上，定位器通常安装在执行器的轭或顶部外壳上，用于监控阀杆的线性行程。

角行程阀门： 对于旋转控制阀，定位器安装在执行器顶部或旁边，并与阀门和执行器阀杆对齐，以测量旋转度。

接收控制信号

过程控制器持续监控过程变量（如温度、压力、流量），并将其与所需的设定点进行比较。如果出现偏差，控制器就会向定位器发送输入信号。该信号可以是气动、电子或数字信号，具体取决于定位器的类型。

比较和调整位置

定位器将实际阀门位置与控制信号指示的理想位置进行比较。它检测当前阀门位置与期望位置之间的差值（称为误差）。然后，定位器将其输出调整至执行器，从而增加或减少用于移动阀门的力。

反馈机制

定位器有一个反馈机制，可能是机械式的，也可能是电子式的，可以持续跟踪阀杆或轴的位置。通过这些反馈信息，定位器可以确认阀门的移动是否符合预期，并在必要时进行进一步调整。随着阀门的移动，定位器会收到最新的位置反馈，并继续进行调节，直到阀门达到控制装置指定的准确位置。

平衡阀门位置

阀门到达所需位置后，定位器会在执行器上保持平衡压力，使阀门稳定在该位置。如果出现任何进一步的偏差，定位器将迅速做出反应，再次纠正位置，确保与控制信号保持一致。

定位器类型

定位器主要有三种类型：

1）气动阀定位器： 

纯粹通过气动信号来控制执行器。

2）电-气（EP）阀门定位器：

接收来自控制器的电信号，并将其转换为执行器的气动信号。

3）数字阀门定位器： 

使用数字通信进行精确控制，通常具有高级诊断和远程监控功能。

气动阀门定位器

气动阀门定位器是一种通过接收和解释来自过程控制器的气动信号来控制控制阀执行器位置的设备。控制器发送一个低压空气信号（通常在 3-15 psi 或 6-30 psi 范围内），代表基于过程变量（如温度、流量、压力）的所需阀门位置。气动定位器调节执行机构的气压，以确保阀门打开或关闭到控制器信号指定的准确位置。

气动阀门定位器的工作原理

接收输入信号

气动定位器与分布式控制系统 (DCS) 或可编程逻辑控制器 (PLC) 等控制器相连，控制器通过 I 至 P 转换器发送可变气压信号。输入信号通常在标准范围内（如 3-15 psi），根据当前工艺条件指示所需的阀门位置。

比较期望位置和实际位置

定位器与阀杆或阀轴机械连接，可持续监控阀门的实际位置。在定位器内部，当前阀门位置与输入信号指定的位置之间会进行比较。如果两者之间存在任何差异，定位器会将其视为需要纠正的错误。

调整执行机构的气源

为了校正阀门位置，定位器会调节提供给执行器的气压。通过增大或减小气压，定位器驱动执行机构朝正确方向（打开或关闭）运行，直到阀门到达与控制器输入信号相对应的位置。

反馈回路和精细控制

气动阀门定位器有一个反馈回路，在执行器响应时监控阀门的运动。当阀门接近目标位置时，反馈机制会指示定位器逐步调整气压，确保其稳定在所需的设定值上。这可确保阀门位置保持稳定和准确，与输入信号紧密匹配。

电-气动 (EP) 定位器

电-气动 (EP) 定位器也称为模拟定位器，是一种通过将电气控制信号转换为气动信号来控制气动阀门执行机构位置的装置。定位器接收来自过程控制器（如集散控制系统 (DCS) 或可编程逻辑控制器 (PLC)）的电输入（通常为 4-20 mA 或 0-10 VDC），并将此信号转换为比例气动输出。然后，气动信号根据控制信号指示执行器准确定位阀门。

电-气（EP）定位器工作原理

接收电信号：

EP定位器接收连续的电信号，通常在 4-20 mA 或 0-10 VDC 范围内，根据过程条件（如流量、压力或温度）反映所需的阀门位置。由于许多现代控制系统都使用电子信号，因此 EP 定位器在电子控制器和气动执行器之间架起了桥梁。

将电信号转换为气动输出：

在 EP 定位器内部，电信号被转换成相应的气动信号。这种转换通常通过定位器内的 I/P（电流-压力）转换器实现。对气动输出进行微调，以满足执行器的要求，提供准确定位阀门所需的气压。

驱动阀门执行机构：

EP 定位器将气动信号传送到执行器，执行器根据控制信号的指示调整阀门位置。定位器持续监控阀门位置，并对气动输出进行微调，使阀门保持在控制信号命令的准确位置。

数字阀门定位器

数字阀门定位器是一种先进设备，用于通过接收来自过程控制器的数字或模拟信号来控制气动阀门执行机构。与电-气动 (EP) 定位器类似，它将电气控制信号转换为气动信号，以驱动执行机构。不过，数字阀门定位器也被称为 “智能定位器”，它集成了微处理器，可实现更复杂的控制和监控功能。

数字阀门定位器的工作原理

接收控制信号

定位器接收电气控制信号，通常采用 4-20 mA 信号或 HART、PROFIBUS 或 Foundation Fieldbus 等数字协议形式。这些数字信号可实现双向通信，使控制器不仅能指示定位器，还能接收有关阀门性能和诊断数据的实时反馈。

信号转换和阀门位置控制

数字定位器使用微处理器来解释控制信号，而不是依靠梁、凸轮或挡板等传统机械部件（如 EP 定位器）。微处理器将输入信号精确地转换成气动信号，并将精确的气压调节发送到执行器。这样，即使在复杂的工艺条件下，阀门定位也会更加可靠和精确。

先进的诊断和监控

数字定位器可持续收集有关阀门位置、执行器性能和其他参数的数据，使其能够执行诊断，并提醒用户注意磨损、泄漏或性能下降等潜在问题。这些数据可传送回控制器，从而实现预测性维护，减少意外停机时间。

增强的用户功能

数字定位器通常具有直观的编程和校准功能，通常采用按钮和显示屏等简单界面，便于设置和手动操作。西门子 PS2 等许多型号的定位器耗气量低，仅在需要调整时才使用空气。这种设计有助于降低与空气产生、维护和材料使用相关的运行成本。

示例：西门子 PS2数字定位器

比如，西门子 PS2 是一种广泛使用的数字式阀门定位器，以其多功能性和高效率而著称。主要特点包括：

操作灵活：PS2 既可手动操作，也可电子操作，以适应各种工艺要求。

校准简单： 配备用户友好界面，只需按几个按钮即可进行设置和校准。

通信协议和外壳选项： PS2 支持多种通信协议（如 HART、PROFIBUS），可安装在适合各种环境需求的外壳中。

耗气量低： 它最大限度地减少了空气使用量，从而节省了与空气供应和维护相关的成本。

电动阀门控制器

电动阀门控制器是一种先进的解决方案，它结合了阀门定位器的定位功能和专为石油天然气行业设计的附加控制功能。

它结构紧凑、用户友好，可远程监控和精确控制阀门操作，提高生产效率和精度。控制器可管理各种控制任务，如背压控制、吸气控制、压差控制和高低间隙控制，以确保最佳的系统性能。通过简单的 3 按钮界面，操作员可以轻松地在现场进行设置和调整。

此外，电动阀门控制器还支持远程监测和控制，使操作员能够监督阀门性能并进行调整，而无需亲临现场。这减少了人工干预，提高了安全性，增加了操作灵活性，尤其是在石油和天然气生产中常见的偏远或危险地区。

为控制阀安装阀门定位器的原因

更精确的控制

阀门定位器通过持续监控和调整阀门的准确位置来实现精确控制。这可确保更好的控制，尤其是在阀门行程的下半部分，因为在这部分更容易出现误差。

更快的控制响应

定位器可使控制阀对过程变量的变化做出更快的反应，减少系统在所需设定点之外运行的时间，这对保持稳定和生产率至关重要。

稳定的阀门位置

即使控制阀上的压差发生变化，定位器也能保持稳定的阀门位置。这有助于最大限度地降低压力波动造成的控制回路不稳定性。

更灵活的配置和功能

定位器使系统设计更加灵活，实现了控制器与阀门的分离。它们支持使用隔膜和活塞控制执行器，并能在直接和反向控制动作之间切换或改变流量特性。

减少摩擦效应

通过最大限度地减少阀杆填料中的摩擦，定位器可减少迟滞和死区，而迟滞和死区是降低系统生产率和精度的因素。

摩擦最小化

定位器可有效减轻阀杆填料的摩擦影响，从而有助于消除迟滞等问题，尤其是在使用石墨等高温填料时。

提高 4-20mA 信号的使用率

定位器支持直接安装在阀门上的 I/P（电流-压力）转换器，使其更容易与 4-20 mA 电子信号集成，从而实现更好的控制。

提高精度

定位器可补偿执行器弹簧率的变化，从而提高阀门运动的分辨率和精度，执行器弹簧率的波动可高达 ±8%。

增加响应时间

通过提高控制阀对工艺变化的响应速度，定位器可加快加载和排气速度，这在动态系统中尤为重要。

补偿流量引起的反应

定位器可消除压降较大时产生的内力不平衡，从而确保更稳定的操作和更好的阀门控制。

提高灵活性

定位器使活塞式执行机构能够使用高仪表供气压力，为各种应用提供了更多选择。

选择非匹配执行器工作台套件范围

定位器允许选择与信号输入不直接匹配的执行器工作台设定范围，从而为更复杂的系统设置（如多重比率）提供便利。

实现分段量程

定位器允许两个阀门使用一个控制器，从而实现了分段量程。这对于需要两个控制范围（如4-12mA 和12-20mA）的应用非常有用。

表征凸轮

定位器便于集成特性凸轮，可将角行程控制阀的固有特性调整为所需的成型特性，以实现更好的流量控制。

克服阀座摩擦

定位器有助于克服阀座摩擦效应，特别是在阀门行程低于 10% 时，这对角行程控制阀在 “关闭 ”位置附近的精确节流非常重要。

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文字来源：微信公众号 控制阀事务所

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