大流量高精度氣動(dòng)智能定位器FT

大連萬訊電力儀表有限公司 于加強(qiáng)

FT（FasTrak）是一款多功能全領(lǐng)域大流量高精度的智能定位器，是意大利著名的氣動(dòng)產(chǎn)品生產(chǎn)廠家STI主導(dǎo)設(shè)計(jì)生產(chǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中，其用于帶或不帶彈簧的雙作用活塞式，隔膜式，轉(zhuǎn)角式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通過PC機(jī)數(shù)據(jù)線TTL232或者HART手操器的連接來實(shí)現(xiàn)定位器自調(diào)整；可獨(dú)立調(diào)整開關(guān)行程參數(shù)[1]。在PC機(jī)的操作畫面中，可以得知各種系統(tǒng)參數(shù)，如指令，傳感器位置，當(dāng)前輸入工作氣源壓力和差壓等豐富的參數(shù)，對于用戶一目了然，直接讀取各項(xiàng)參數(shù)。

FT智能定位器的氣控原理有別與其他產(chǎn)品，一般智能定位器要么是擋板噴嘴結(jié)構(gòu)控制氣控閥，其氣控閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易堵塞損壞，又或者高頻壓電閥原理，其技術(shù)壟斷，有問題只能換，而FT是通過擋板噴嘴來控制滑閥，其原理類似于機(jī)械式氣動(dòng)定位器的力平衡原理。這種原理優(yōu)點(diǎn)主要是對氣源的適應(yīng)能力較強(qiáng)，可維修性方便并且可做到大流量輸出。這種結(jié)構(gòu)原理簡單，但控制系統(tǒng)復(fù)雜，所以通過復(fù)雜的控制系統(tǒng)配合較為可靠的機(jī)械滑閥原理，使FT有著其獨(dú)有的特點(diǎn)。

在氣動(dòng)設(shè)備的工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中，我們經(jīng)常會(huì)看到一些較為復(fù)雜的單體控制系統(tǒng)，往往廠商配置的設(shè)備為了實(shí)現(xiàn)某個(gè)故障保護(hù)，例如三斷保位或快開快關(guān)功能，需要配置很多氣控元器件，這樣從原理圖到實(shí)際維護(hù)保養(yǎng)，都給工作帶來不少麻煩，并且成本很高，其中一個(gè)主要原因在于，現(xiàn)有智能定位器需要配以各樣的氣控元器件才能實(shí)現(xiàn)這些復(fù)雜的功能，并且一些閥門要求的推力很大，所以設(shè)計(jì)使用的氣缸直徑和體積也會(huì)很大，這樣就大大增加了定位器的輸出負(fù)擔(dān)，一般的智能定位器必須配置流量增速裝置才能達(dá)到技術(shù)工藝要求。針對這些，STI的FT智能定位器可以實(shí)現(xiàn)簡化設(shè)計(jì)，有效的減少了氣控元器件的使用，這樣降低故障發(fā)生點(diǎn)，而且維護(hù)方便。

FT能夠做到應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡化主要原因在于輸出大流量，在實(shí)際應(yīng)用中可以擺脫定位器自身由于流量不足，對氣動(dòng)流量放大器的依賴，這樣可以大大減少氣動(dòng)系統(tǒng)的故障點(diǎn)；另一方面，其通過PC機(jī)或者手操器操作的方式，以及豐富的設(shè)備系統(tǒng)參數(shù)，能人性化的讓用戶及時(shí)了解設(shè)備的信息，這樣大大增強(qiáng)了設(shè)備自身的可靠性，在FT智能定位器的設(shè)計(jì)中，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械滑閥應(yīng)用的穩(wěn)定性，其采用了檢測定位器出口壓力的方式，并且在PC屏顯中可以看到當(dāng)前氣缸的狀態(tài)，端口輸出壓力，兩端差值等，幾乎所有的系統(tǒng)參數(shù)。

一、FT大流量輸出

與當(dāng)下主流的智能定位器比較，其中一個(gè)最大的優(yōu)勢在于，智能定位器一般出口流量在3.9～10Nm3/h[2]，而FT最大是180Nm3/h[3]，同時(shí)其并沒有因?yàn)榱髁窟^大而損失控制精度，這就意味著在需要快速，大體積，大推力，高精度的工藝要求前提下，F(xiàn)T可以不依靠流量放大器直接單體使用。而且FT流量可以根據(jù)使用氣缸的大小來手動(dòng)設(shè)定或者自動(dòng)識別，以達(dá)到其更廣的應(yīng)用范圍。

從設(shè)計(jì)上簡化了器件的選型，這樣能夠大大降低了設(shè)備的使用成本。不使用流量放大器，意味著整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)減少故障點(diǎn)，這樣對設(shè)備故障的判斷，維修和保養(yǎng)也提供了很大的便捷性。并且在實(shí)際應(yīng)用中，往往很難界定流量放大器用還是不用，用了會(huì)增加成本，不用推力不夠閥門帶載后設(shè)備可能無法正常使用，或者處于故障狀態(tài)，F(xiàn)T則避免了設(shè)備理論計(jì)算可以用，但實(shí)際使用有差異的現(xiàn)象。

二、機(jī)械滑閥式原理

FT并沒有采用時(shí)下流行的高頻壓電閥原理，也沒用采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的氣控閥原理，而是采用了傳統(tǒng)的機(jī)械式滑閥膜片的定位器原理，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，原理也不復(fù)雜，優(yōu)點(diǎn)主要是抗污能力強(qiáng)，便于實(shí)現(xiàn)大流量輸出。對于用戶，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)由于氣源中的雜質(zhì)造成設(shè)備堵塞的現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備故障，由于工藝有限，這種現(xiàn)象屢見不鮮，非常讓用戶頭疼。在這方面FT有著比較突出的抗堵性，其滑閥的前端是一個(gè)膠皮膜片，擋板噴嘴的調(diào)節(jié)線圈接收控制電路板送來的指令后，轉(zhuǎn)變成變化的控制氣源信號，來推動(dòng)膜片形變，形變的大小決定滑閥的位移量，在滑閥后端還有一個(gè)彈簧，能夠在控制信號變化后或者失去控制信號的時(shí)候讓滑閥復(fù)位，以保證定位器的輸出。為了實(shí)現(xiàn)控制的高精度，控制系統(tǒng)除了引用閥門的位置信號外，還對氣缸的入氣端的壓力做相應(yīng)的檢測，以彌補(bǔ)滑閥控制方式的滯后性，并且在輸入指令信號后，會(huì)發(fā)現(xiàn)滑閥并非靜止不動(dòng)，而是在不停的進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，這樣代表滑閥是一直在運(yùn)動(dòng)，對于氣源中的粉塵和油霧很難凝固阻塞滑閥，這樣會(huì)有效的避免定位器的堵塞。配合大口徑的滑閥閥套，進(jìn)一步避免了雜質(zhì)對設(shè)備的損害。

三、關(guān)于FT的應(yīng)用設(shè)計(jì)

我們對FT智能定位器舉一個(gè)實(shí)用設(shè)計(jì)例子，在要求大力矩推力的閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)用中，三斷保護(hù)是工藝時(shí)常要求的[4]。普通智能定位器需要?dú)怄i閥配以流量放大器等相關(guān)氣控原件來實(shí)現(xiàn)工藝要求，在個(gè)別工藝如果需要斷電保位的還需要在設(shè)計(jì)中加入電磁閥等元器件來實(shí)現(xiàn)功能，這樣除了4～20mA的指令信號外還需要控制器和外部供電來控制電磁閥，F(xiàn)T則可將設(shè)計(jì)簡化到只需要?dú)怄i閥的換向閥配合就可以實(shí)現(xiàn)工藝要求。由于FT功耗很低，可以在設(shè)計(jì)中無需外部供電就能實(shí)現(xiàn)這種大力矩推力閥門的斷電等保位功能，這樣即省下了氣鎖閥的復(fù)雜設(shè)計(jì)，去掉了放大器的可能故障，并且還簡化了電器設(shè)計(jì)。

其設(shè)計(jì)方案是在4～20mA的輸入指令回路中加入一個(gè)齊納二極管（穩(wěn)壓二極管），配合數(shù)字輸出端子可以輸出一個(gè)3V左右的電壓，可以通過這個(gè)電壓來控制一個(gè)高頻壓電閥，只用換向閥和快排閥就能實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的保位功能，具體應(yīng)用原理是將齊納二極管的P極連接到數(shù)字輸出的RET端子上，N極連接到數(shù)字輸出的SUP端，并且連線到指令輸入端子的“-”上，這樣在定位器的電路回路中可以在實(shí)現(xiàn)定位器的正常工作的前提下，通過光耦隔離式的數(shù)字輸出端口OP對外部提供一個(gè)3.6V的一個(gè)小電壓[5]，使用這個(gè)電壓來控制一個(gè)高頻壓電閥，使其做開關(guān)氣閥使用，當(dāng)定位器4～20mA指令供電正常時(shí)，高頻壓電閥處于開啟狀態(tài)，若指令線有短路或者斷電的情況發(fā)生時(shí)，高頻壓電閥處于截止?fàn)顟B(tài)。這樣高頻壓電閥可以直接控制氣控?fù)Q向閥，保證在有電的時(shí)候，執(zhí)行機(jī)構(gòu)正常工作，失電的時(shí)候高頻壓電閥截止，氣控?fù)Q向閥換向，快排閥在失電的時(shí)候能夠保證換向閥的控制氣及時(shí)快速排凈，以實(shí)現(xiàn)保位的可靠性。這樣FT通過數(shù)字輸出端口的合理應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了一個(gè)低功耗斷電保位功能。而且所用氣動(dòng)元件相比其他定位器少了很多，如流量放大器和氣鎖閥先導(dǎo)閥部分，信號控制器件和電磁閥等，大大減少了設(shè)備可能發(fā)生的故障。在實(shí)際應(yīng)用中有其獨(dú)到的特點(diǎn)。

FT作為一種新型氣動(dòng)智能定位器有著很大的應(yīng)用領(lǐng)域，如電廠的高低壓旁路，脫硫旁路擋板，化工行業(yè)的特種氣體管道控制閥門等。它避免了復(fù)雜的氣路設(shè)計(jì)，簡化電氣配置，在工業(yè)行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用潛力。

[1][3]摘自FT智能定位器產(chǎn)品使用操作手冊.

[2]參考比較于ABB TZID-C智能定位器操作使用手冊,SIEMENS PS2智能定位器操作使用手冊,YTC-2500智能定位器操作使用手冊.

[4]參考現(xiàn)代使用氣動(dòng)技術(shù).

[5]參考FT智能定位器產(chǎn)品操作使用手冊,廣東省平海電廠擺動(dòng)燃燒器電路設(shè)計(jì).