智能閥門定（dìng）位器具有高可靠性、高控製精度、功能易擴展、可通訊等特點，充分適應工業控製體係間網絡化、集成化、智能化發展方向的要求，從根本上克服了傳統機械式閥門（mén）定位器功率損（sǔn）耗大、響應速度慢、易發熱、機械磨損、電磁幹擾等缺（quē）點。智能閥門定位器應用氣動先導技術實現內部氣路控製，即以（yǐ）小閥控製壓縮空氣流量再（zài）用壓縮空氣推（tuī）動大閥門，從而實現被控介質（zhì）的流（liú）量控製，這種分（fèn）級控製的思想通過壓電閥應（yīng）用得以實現。 
工業過程控製（zhì）不斷向網絡化、分（fèn）布智能化發展，適應了設備管（guǎn）理數字化的（de）要求，調節閥是過程控（kòng）製係統重要的執行部件，控製調節閥運行的分布智能化解決方案應運而生。智能閥門定位（wèi）器具有數據處（chù）理（lǐ）、狀態識別（bié）、故障（zhàng）診斷、在線和離線測試、雙向通信（xìn）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（shí）現了對調節（jiē）閥的預測性（xìng）維護和（hé）科學管理。計（jì）算機技術、電子技術、通信技術、智能預估診斷技術的發展，要求智（zhì）能閥門定位器必須適應網絡通訊與供電（diàn）共線，其核心部分氣動（dòng）控製部件必須實現（xiàn）超低能耗運行，保證網絡總線（xiàn）控製係統運行安全可靠。 
傳統的氣動閥中大量（liàng）使用了電磁原理作為電能（néng）-機（jī）械能的轉換級，應用線圈和電磁鐵（tiě）的電磁力效（xiào）應將控製的電信號轉換位機械的動作來推動閥芯的動作，從而實現氣路的切換或氣體壓力、流量的（de）控製。盡管電磁鐵和線圈具有價格低廉，加工方便的（de）優點，但其功（gōng）率損耗大、響應速度慢、發熱、機械磨損、電磁幹（gàn）擾等缺點（diǎn）同時存在，通過改變電磁鐵材料（liào）和閥（fá）的加（jiā）工工（gōng）藝來避免以（yǐ）上問題（tí）的同時，造成（chéng）了成本的大幅增加（jiā）和加工工藝的日（rì）趨複雜，並且無（wú）法從根本上解決問題。實現低功耗、智能集成、高精度（dù）、快速響應和長（zhǎng）壽命的（de）氣動控製成為迫切需求。 
1智能閥門（mén）定位（wèi）器定義 
根據國標GB/T22137.2-2008《工（gōng）業過程控製係統（tǒng）用閥門定位器第2部（bù）分：氣動輸出智能閥門（mén）定位器性能（néng）評定方法》，智能閥門定位器(IntelligentValvePositioner)是以微（wēi）處理器技（jì）術為基礎，采（cǎi）用數字（zì）化技術進行數據處理、決策生成和雙向（xiàng）通信的（de）智能（néng）過程控製儀表。智能閥門定位器按供電方式可分為單獨（dú）供電和不用單獨（dú）供電；按隔爆（bào）級（jí）別可分為隔爆和不隔爆。 
2傳統閥門定位器存在問題 
2.1采用采用噴嘴擋板技術即機械力平衡工作原理（lǐ），可動部件較多，易受溫度、振動影響； 
2.2因調節閥規格、填（tián）料的摩擦（cā）情況各異（yì），調節閥硬件組（zǔ）合難以實現最佳控製狀態； 
2.3信號的流向是（shì）控（kòng）製儀（yí）表單向流入定位器的（de），當出現故障時，不能（néng）自診斷故障位置或原因； 
2.4噴嘴孔易被灰塵堵塞氣源，使定位器不能（néng）正常（cháng）工作； 
2.5噴嘴需連續供給壓（yā）縮空氣（qì），能耗較（jiào）大； 
2.6行程和零點調整，需反複調整，調校（xiào）麻煩； 
2.7功能單一（yī），可擴充性差。 
3智能閥門定位器優點 
3.1定位精度和可靠性高。機械可動部件少，輸入信（xìn）號（hào）和閥位反饋信號（hào）直接進行數（shù）字比較，不易受環境影（yǐng）響，穩定性好，不存在機械誤差造成（chéng）的死區（qū）影響，具有更高的定位精度和可靠性（xìng）； 
3.2流量特性修改方便。智能（néng）閥門定位包括直線、等百分比、快開（kāi）特性功能模塊，可（kě）以（yǐ）通過按鈕或上位機、手持式設定器進行（háng）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（jiǎn）單快捷； 
3.4具有診斷和檢測功能。除一般的自己診斷功能之外，可輸出與調節閥實際動（dòng）作相對應的反饋信號，用於遠距離監控調節閥的工作狀（zhuàng）態。接收數字信號的智能（néng）閥（fá）門定位器，具有雙向（xiàng）的通（tōng）訊能力，可以就地或遠距離地利用上位機或手持式操作器（qì）進行閥門定位器的組態、調試和診斷。 
4智能閥門定位器工作原理 
圖1智能閥門定位器工作原理圖 
智能閥門定位器係統主要由控製單元、電（diàn）氣轉換I/P單元、閥位檢測反饋單元組成。定位器和執行器構成（chéng）一（yī）個反饋回路。輸入單元接受來（lái）自控製器的4-20mA電流信號。調節（jiē）閥位置反饋信號作為被控變量與給定信號值（zhí）在微處理器中進行比較，其偏差通過主控製（zhì）板的輸出口發出（chū）不同長度的脈衝，調節充（chōng）排氣速度和動作，達到（dào）控製驅動調節閥動作（zuò）和確定位置過程。 
5氣動先導技術（shù） 
圖1中（zhōng），控製閥A和B用來控製壓縮（suō）空氣進出氣（qì）動調節（jiē）閥，閥A是進氣閥，閥B是排氣閥，這（zhè）兩（liǎng）個閥（fá）門都隻有開關兩種狀態。這種控製思想實際上是用小閥來（lái）控製壓縮（suō）空氣流量，再用壓縮空氣推動大的（de）閥門（mén），控製被控介質的（de）流（liú）量，這種分級控製的思想即為氣動先導技術的應用。 
在任（rèn）意時刻，閥A、B之中隻能有一個開通，另（lìng）一個開關。當A開通時，由於壓縮空氣壓力大於膜頭內壓力，壓縮空氣進入調（diào）節閥，閥杆向下移動；反之，當（dāng）B開通時，調節閥氣室內壓縮空（kōng）氣經B排入大氣，閥杆（gǎn）在彈簧作用下向上移動。在智能閥門定位器中，為了能與控製電路接口（kǒu），閥A和B的開通與關閉（bì）必須能夠用電量來（lái）控製，實（shí）際使用中閥A和B有傳統電磁閥、壓電閥等多種類型。因為壓電閥的電能-機械能轉換具（jù）有低功（gōng）耗、超（chāo）快響應、無電磁幹擾、無自發熱現象、無（wú）機械（xiè）磨損、長壽命、結構簡（jiǎn）單、承受大（dà）震動衝擊等優點，而取代了傳統電（diàn）磁閥被廣泛應用。利用微型壓電閥作為先導級，將流量和（hé）壓力進行進一步放大，從而實（shí）現（xiàn）氣動控製。 
6壓（yā）電閥工作原（yuán）理 
6.1壓電效應 
壓電晶體是一種陶瓷功能材料，晶體為圖2A壓電（diàn）閥初始狀（zhuàng）態非對稱中心的構造，可逆轉（zhuǎn）換電能和機械能，外力（lì）可致該晶體形變產生正壓電效應，外加電場可致該晶體產生電極化和出現應變或應力（lì）的逆壓電效應。壓電閥正是（shì）基於壓電逆效應，具有節能低功（gōng）耗(驅動電流（liú）僅10微安)、精密微型化、高速響應和耐用性好的（de）顯著特點，也易於（yú）閥門定位（wèi）器全數字化。 
圖2A壓電閥初始狀（zhuàng）態 
圖3B壓電閥通電狀（zhuàng）態（tài） 
6.2動作原理 
壓電閥的（de）初始狀態如圖A，陶瓷片作用在噴（pēn）嘴（zuǐ）口上，噴嘴（zuǐ）2和3先導腔連通（tōng），形（xíng）成整體（tǐ）。當壓電閥通（tōng）電時，陶瓷片變（biàn）形上翹，堵（dǔ）住噴嘴口3，噴嘴2和1聯通。 
6.3結構原理 
壓電閥在（zài）I/P轉換單元中起先導（dǎo）閥的作用，每一個I/P轉換單元同時應用兩個壓電閥，壓電閥I控（kòng）製I/P轉換單元的輸出（進氣閥（fá）），壓電閥II控製I/P轉換單元（排氣閥）。 
由於壓電閥壓（yā）電陶瓷片彈力（lì）有限，所以先（xiān）導腔室內氣壓（yā）必須小於1.2kg，要想控製調節閥動力氣，必須實現壓力放（fàng）大。在先導腔室一側是一個大麵積膜片，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（dào）1.2kg時，施加在先導腔室膜片上的力，大於作用在充氣和排氣腔室一側麵上的壓力，這將使充氣閥芯或排氣閥（fá）芯移動，使動力氣充入或排（pái）除調節閥氣囊中，使氣囊中氣體壓力提升和（hé）降低，與（yǔ）氣囊另一側（cè）彈簧達到新的位置平衡，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（yuán）P2進入壓電閥II的先導腔室中，形成120KPA氣壓力，導壓推動排（pái）氣閥（fá）芯向下移動，排氣口（kǒu）關閉。這時，如果控製電（diàn）路發出輸（shū）出氣（qì）壓力的脈衝，壓電閥II則保持狀（zhuàng）態，壓電閥I加控製電壓，功能陶瓷片向上彎曲，陶瓷片堵住壓電閥噴嘴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，推動移動閥芯向下移動，氣源P1通過進氣口進入到氣動調節閥的膜室中，驅動氣動調節閥位置調節（jiē），當達到設定（dìng）位置，壓電閥I的電壓變為0，其導壓腔室氣壓變為（wéi）0，複（fù）位彈簧推動移動閥芯關閉輸出口，氣動調（diào）節閥膜室中的氣壓（yā）就會保持在相（xiàng）對恒定壓力下。當要減小氣動調節閥膜室中的氣壓時，壓電閥I控製電壓為0，壓電閥II控製電壓也為0，其導壓腔室（shì）的氣壓也變為0，排氣閥芯在排氣彈簧的作用下，打開排氣口排氣，達到膜室減（jiǎn）壓的目的。 
這樣不斷地對壓電閥I，II的控製（zhì），I/P轉換單元不斷地輸出氣體壓力和（hé）排氣，從而驅動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（de）應用 
1過濾器；2可調節流器；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 
隨著DCS和現場總（zǒng）線控製（zhì）係統（FCS）的推出和運用，智能閥門定位器及其它智能現場儀（yí）表由於其具有高（gāo）可靠性、高控製精度（dù）、功能易擴展、具有通訊功能等特點，完全（quán）能適應工業控製體（tǐ）係間（jiān）網絡化、集成（chéng）化、智能化發展方向（xiàng）的要（yào）求，具有廣闊的應用前景。 
7.1用於控製精（jīng）度較高的石化生產（chǎn）過程，如乙烯裂解、催化裂化反應再生係統（tǒng）等生產過程，以提高產品質量（liàng）； 
7.2石化係（xì）統有很多新（xīn）建或（huò）改建生產裝置采（cǎi）用智能定位器，可集成智能控製係（xì）統，增加安全性和經濟性； 
7.3對於已使用常規調節器等儀表控製的生產裝置，可使用智能定位器，改善控（kòng）製係（xì）統，以提高控製精度或克服工藝過程管線震動大的影（yǐng）響； 
7.4遇到安裝空間小且又要求（qiú）調節閥帶有輔助功能（néng）時，可使用智能閥門定位器（qì）的擴展功能模塊，如采用帶閥位變送模（mó）塊（kuài）的智（zhì）能定位器就能實現普通定位器加閥（fá）位變送器（qì）的功能； 
7.5除石化係（xì）統外，智能閥（fá）門（mén）定位器還可用於石油、化工、冶金、電力、水處理、橡膠等工業過程中。 
結語 
氣動先導技術和壓電技（jì）術的應用使智能閥門定位（wèi）器的控（kòng）製變成現實。隨著（zhe）工業現（xiàn）場越來越多應用新技術新型號的智（zhì）能設備，從用戶（hù）實際需求及現場工況出發，幫（bāng）助用戶使用好智能閥（fá）門定（dìng）位器成為產品設（shè）計和改進的重點，不斷在結構（gòu）和細節上提升，讓智能閥門定位器更好地發（fā）揮定位控製、數據處理、狀（zhuàng）態（tài）識別、預測（cè）性（xìng）維護、雙向通信的功能，實現安全、有效的（de）長周期運行。