智能閥門定位器（qì）具有高可靠性、高控（kòng）製（zhì）精度、功能易擴展、可通訊等特點，充分適應（yīng）工業控製體係間網絡化、集成化、智能化發展方（fāng）向的要求，從根本上克服了傳統機械式閥門定位器功率損（sǔn）耗大、響應速度慢、易發熱（rè）、機械磨損、電磁幹擾等缺點。智能閥（fá）門定位器（qì）應用氣動先導技術實現內部氣路控製，即（jí）以小閥控製壓縮空氣流量再用壓縮空氣推動大閥門，從而實現被控介質的流量控製（zhì），這種分級控製的思想通過壓電閥應用得以（yǐ）實現。 
工業過程控製不斷向網絡化、分布智能化發展（zhǎn），適應（yīng）了設備管理數（shù）字化的要求，調節閥是過程控製係統重（chóng）要的執行部件，控（kòng）製調節閥運行的分布（bù）智能化解決方案應運而生。智能閥門定位器具有數據處理、狀態識別、故障診斷、在線和離（lí）線測試、雙向通信等功能。過（guò）程控製係統對（duì）調節閥通過現場總線控製，使管理者實現了對（duì）調節閥的預測性維護和科學管理。計算機技術、電（diàn）子技術、通信技術、智能（néng）預估診斷技術的發展，要求智能閥門定位器必須適應網（wǎng）絡通訊與供電共線，其（qí）核心部（bù）分氣動控製部件必須（xū）實現超低能耗運行，保（bǎo）證網絡總線控製係統運行安全可靠。 
傳統的（de）氣動閥（fá）中（zhōng）大量使用了電磁原理作為電能-機械能的轉（zhuǎn）換級，應用線圈和電磁鐵的電磁力效應將控製的電信號轉換位機械的動作來推（tuī）動閥芯的動作，從而實現氣路的切換或氣體壓力、流量的控（kòng）製。盡管電磁鐵和線圈具有價格低廉（lián），加工方便（biàn）的優點，但其功率損耗大、響（xiǎng）應速度慢、發熱、機械磨損、電磁幹擾等缺點同時存在，通（tōng）過改變電磁鐵材料和（hé）閥（fá）的加工（gōng）工藝來避免以上問題的同時，造成了成本（běn）的大幅增（zēng）加和加工工藝的日趨複雜，並且無法從根（gēn）本上解決（jué）問題。實現低功耗、智能集成、高精（jīng）度、快速響應和長壽命的氣動控製成為（wéi）迫切需（xū）求。 
1智能閥門定（dìng）位器定義 
根據國標GB/T22137.2-2008《工業過程控製係統用閥門定位器第2部分：氣動（dòng）輸出智（zhì）能閥門定位器性能評定方（fāng）法》，智能閥門定位器(IntelligentValvePositioner)是以微處理器技術為基礎，采用數字化技術進行數（shù）據處理、決策（cè）生成和雙向通信的智能過程控製儀（yí）表。智能（néng）閥門定位器按供電方式可分為（wéi）單獨供電和不用單獨供電；按隔爆級別可分為隔爆（bào）和不隔爆。 
2傳統閥門（mén）定位器存在問題 
2.1采用采用噴嘴擋板技術即機械力平衡工作原理，可（kě）動部件較（jiào）多，易受溫度、振動影響； 
2.2因調節閥規格、填料的摩（mó）擦情（qíng）況各異，調節閥硬件組合難以實（shí）現最佳控製狀態； 
2.3信號的（de）流向是控製儀（yí）表單向流入定位（wèi）器的，當出現故障時，不能自診斷故障位（wèi）置或原因； 
2.4噴嘴孔易被灰塵堵塞氣源，使定位器不能（néng）正常工作； 
2.5噴嘴需連（lián）續供（gòng）給壓縮空（kōng）氣，能耗較大； 
2.6行程和零點調（diào）整，需反複調整（zhěng），調校麻（má）煩； 
2.7功（gōng）能單一，可擴充性差。 
3智能閥門定位器優點 
3.1定（dìng）位精度和可靠性高。機械可動部件少，輸入信（xìn）號和閥位反饋信號直（zhí）接進行數字比較，不易受環境影響，穩定性好，不存在機械（xiè）誤差（chà）造成的死區影響，具有更高的定位精度和可靠性； 
3.2流量特性（xìng）修改方便。智能閥門定位包括直（zhí）線、等百分比、快開特性（xìng）功能模塊，可以通過按鈕或上位機、手持式設定器進行數據設定； 
3.3零點、量程調整簡單。零點調整與量程（chéng）調整互不幹涉，調整過程簡單快捷； 
3.4具有診斷和檢測功能。除（chú）一般的自己診斷功能之外，可輸出與調節閥實際動作相對應的反饋信號，用於遠距離監控調節閥的工作狀態。接收（shōu）數字信號的智能閥門定位器（qì），具有雙向的通訊能力，可以就地或遠距離（lí）地（dì）利用上位機或手持式操作器進行閥門定位器的組態、調試和（hé）診斷。 
4智（zhì）能閥門定位器工作原理 
圖1智能閥門定位器（qì）工（gōng）作原理圖 
智能閥門定位器係統主要由控製單元、電氣轉換I/P單元、閥位檢（jiǎn）測反饋單元組成。定位器和執行器構成一個反饋回路。輸入單元接受來自控製（zhì）器的4-20mA電流信號。調節閥位置反饋信號作為被控變量（liàng）與給定信號值在微處（chù）理器中進行比較，其偏差通過主（zhǔ）控製（zhì）板的輸出口發（fā）出不同長度的脈（mò）衝，調節充排氣速度和動作，達到控製驅動調（diào）節（jiē）閥動作和確定位置過程。 
5氣動先導技術 
圖1中，控製（zhì）閥A和B用來控製壓縮（suō）空氣進出（chū）氣動調節閥（fá），閥A是進氣閥，閥B是排氣閥，這兩個閥門都隻有開關兩種（zhǒng）狀態。這種控製思想（xiǎng）實際（jì）上是用小閥來控（kòng）製壓縮空氣流量，再用壓縮（suō）空氣推動大的閥門，控製被控（kòng）介質的流量，這種分（fèn）級控製的思想即為氣動（dòng）先導技術的應用。 
在任意時刻，閥A、B之中隻能有一個開通，另一個開關。當A開（kāi）通時，由於壓縮（suō）空氣壓力大於膜頭內壓力，壓縮空氣（qì）進入調節閥，閥杆向下移動；反之，當B開通時，調節閥（fá）氣室內壓縮空氣經B排入大（dà）氣，閥杆在彈簧作用下向上移動。在智能閥（fá）門定位器中，為了能與控製電路接口，閥A和B的開通與關閉必須能夠（gòu）用電量來控製，實際使用中閥A和B有傳統電磁閥、壓電閥等（děng）多種類型。因為壓電閥的電能-機（jī）械能轉換具有低功耗、超快響應、無電磁幹擾、無（wú）自發熱現（xiàn）象、無機械磨損、長壽命、結構簡單、承受大震動衝擊等優點，而取（qǔ）代了傳統電磁閥被（bèi）廣泛應用。利用微（wēi）型壓電（diàn）閥作為先導級，將流量（liàng）和壓力進行進一步放大，從而實現（xiàn）氣（qì）動控製。 
6壓電閥工（gōng）作原理 
6.1壓電效應 
壓電晶體是一種（zhǒng）陶瓷功能材料（liào），晶體為圖2A壓電閥初始狀態非對稱中心的構造，可逆轉換電（diàn）能和機械能，外力可致該（gāi）晶體形（xíng）變產（chǎn）生正壓電效（xiào）應，外加電場可致該晶（jīng）體產生電極化和出現應變或應力的逆壓電效應。壓電閥正是基於壓電逆效應，具有節能低功耗（hào）(驅動電流僅10微安)、精密微型化、高（gāo）速響應（yīng）和耐用性好的顯著特點，也易於閥門定位器全數（shù）字化。 
圖2A壓電閥初始狀態 
圖3B壓電閥通電狀態 
6.2動作原理 
壓電閥的初始狀態如圖A，陶瓷片作用在噴嘴（zuǐ）口上，噴嘴2和3先導腔連通，形成整（zhěng）體。當壓電閥通電時，陶瓷片變（biàn）形（xíng）上翹，堵住噴嘴口3，噴嘴2和1聯通。 
6.3結構原理 
壓電閥在I/P轉換單元（yuán）中起先導閥的作用，每一個I/P轉換單元同時應用兩個（gè）壓電閥，壓電（diàn）閥I控製I/P轉換單元（yuán）的輸出（進氣閥），壓電閥II控製I/P轉換單元（排氣閥）。 
由於壓電閥壓電陶瓷片彈力有限，所以先導腔（qiāng）室內氣（qì）壓必須小於1.2kg，要想控製（zhì）調節閥動力氣，必須實現壓力放大。在先導腔室一側是一個大麵（miàn）積膜片，在控製進入和排除調節閥動力氣一側連杆麵積較小。當先導氣壓達到1.2kg時，施加在先導腔室膜片上的（de）力，大於作（zuò）用（yòng）在充氣和排氣腔室（shì）一側麵上的壓力，這將使充氣（qì）閥芯或排氣閥芯移動，使動力氣充入或排除調節閥氣囊中，使（shǐ）氣囊中氣體壓力提升和降低，與氣囊另一側彈簧達到新（xīn）的位置平衡，達到（dào）控製閥門開度的功能。 
當控製電路聯通電源後，壓電閥I上無電壓，壓電閥II加電壓控製，氣源P2進入（rù）壓電閥II的先（xiān）導腔室（shì）中（zhōng），形成120KPA氣壓力，導壓推動排氣閥芯向（xiàng）下移動，排氣口關閉。這時，如果控製電路發出輸出氣壓力的脈衝，壓電閥II則（zé）保（bǎo）持狀態，壓電閥I加控製電壓，功能（néng）陶瓷片向上彎曲，陶瓷片堵住壓電閥（fá）噴嘴3，氣源P2通過噴嘴口1進入壓電閥I導壓腔室，形成120KPA左右的氣壓力，推動（dòng）移動閥芯向下移動，氣源P1通過進氣口（kǒu）進入到（dào）氣動調節閥的膜室中，驅動（dòng）氣動調節閥位置調節，當達（dá）到設定位置，壓電閥I的（de）電（diàn）壓變為0，其（qí）導壓腔室氣（qì）壓變為0，複位彈簧推動移動閥芯（xīn）關（guān）閉輸出口，氣動調節閥膜室中的氣（qì）壓就會保持在（zài）相對恒定壓力下。當要減（jiǎn）小氣動調節閥膜（mó）室中的氣壓（yā）時，壓（yā）電閥I控製電壓為0，壓電閥II控製電壓也為0，其導壓（yā）腔室的氣壓也變為（wéi）0，排氣閥芯在排氣彈簧的作用下，打開排氣口排氣（qì），達到膜室減壓的目的。 
這樣不斷地對壓電閥I，II的控製，I/P轉換單元不斷地（dì）輸出氣體壓力和排（pái）氣，從而驅動（dòng）氣體調節閥對流過閥體的介質進行流量調節。 
7智能閥門定位器的應用 
1過濾（lǜ）器；2可調節（jiē）流器；3壓電閥I；4移動閥芯；5複位彈（dàn）簧 
6壓電閥II；7排氣閥芯；8排氣彈簧；9氣動調節閥 
圖4結構原理圖 
隨（suí）著DCS和現場總線控製係統（FCS）的推出和（hé）運用，智能閥門定位器及其它智（zhì）能現場（chǎng）儀表由於（yú）其具有高可（kě）靠性、高控製精度、功能（néng）易擴展、具有通訊（xùn）功能等特點，完全能適應工業控製體係間網絡化、集成化、智能化發展方（fāng）向的要求，具有廣闊的應用前景。 
7.1用於控製精度較高的石化（huà）生產過程，如（rú）乙烯裂解（jiě）、催化裂化（huà）反應再生係統等生產過程，以提高產品質量； 
7.2石化係統有很多新建或改建生產（chǎn）裝置采用智能定（dìng）位器，可（kě）集成智能（néng）控（kòng）製係統，增加安全性和（hé）經濟性； 
7.3對於已使用常規調節器等儀表控製的生產裝置，可使用智能（néng）定位器，改善控製係統，以提高控製精度或克（kè）服工藝過程管線震動大的影響（xiǎng）； 
7.4遇（yù）到安裝空間小且又要求（qiú）調（diào）節閥（fá）帶有輔助功能（néng）時，可使用智能閥門定位器的擴展功能模塊，如采（cǎi）用（yòng）帶閥位變送模塊的智能定位器就（jiù）能實現普通定（dìng）位（wèi）器加閥位變送器的功能； 
7.5除石化係統外，智能（néng）閥門（mén）定（dìng）位器還可用於石油、化工、冶金、電力、水處理、橡膠等工業過程中。 
結語 
氣（qì）動（dòng）先導技術和壓電技術的應用使（shǐ）智能閥門定位器的控製變成現實。隨著工業現（xiàn）場越來（lái）越多應用新技術新型號的（de）智能設備，從用戶（hù）實際需求及現場工況出發，幫助用戶使用好智能閥門定位器成為產品設計和改進（jìn）的重點，不斷（duàn）在結構和細節上提升，讓智（zhì）能閥門定位器更好地發揮定位控製、數據處理、狀態識別、預測性（xìng）維護、雙（shuāng）向通信（xìn）的功能，實現安全、有（yǒu）效的長周（zhōu）期運行。