智能流量阀控制系统国内外技术概况及发展趋势

21世纪已经到来，人们将进入以知识经济为特征的信息时代。微电子技术、计算机技术、通讯网络技术和自动化技术将继续高速发展，作为工业自动化技术工具的自动化仪表与装置也将跨入真正的数字化、智能化、网络化的时代。

近年来，我国仪器仪表行业有长足的发展，无论是在新产品的开发研制能力、产品科技含量和推广应用等方面，都取得可喜的成绩。我国仪器仪表行业整体综合技术水平达到国际二十世纪八十年代中期水平，微电子技术和计算机技术在仪器仪表产品中普遍采用，约15%的产品实现了智能化，达到国际二十世纪九十年代的水平，30%的产品实现了数字化，达到国际二十世纪八十年代末期水平。

智能电动执行机构系列是一类新型终端控制仪表，它根据控制电信号，直接改变阀的位移。由于人们对控制系统的精度和动态特性提出了越来越高的要求，选用电动执行器与控制系统连接，直接接受电控制信号，能够获得最快响应时间，实现控制也更为合理、方便、经济，因而受到用户的欢迎。

近年来，数字技术和单片机技术的迅猛发展给工业过程检测、控制带来了较大变化，智能电动执行机构与控制技术紧密相连，是现代控制技术的具体运用领域之一。

由于我国仪器仪表工业起步较晚，相对基础薄弱，尚属于幼稚而脆弱的产业。我国仪器仪表行业产品大多属于中低档水平，随着国际上数字化、智能化、网络化、微型化的产品逐渐成为主流，差距还将进一步加大.我国高档、大型仪器设备大多依赖进口，中档产品以及许多关键零部件，国外公司占有我国市场60%以上的份额，而国产分析仪器约占全球市场不到千分之二的份额，我国仪器仪表虽然技术指标同国外同类产品比较差距不大，但产品稳定性和可靠性的问题依然突出。

现有的国产阀门电动执行机构存在着控制方式落后，可靠性不高，缺乏完善的保护和故障报警措施以及必要的通信手段等问题，使得现有的阀门电动执行机构不便于调试和维护，也不能根据生产的实际要进行参数的现场调整，不能组成网络进行远程控制。国内在执行器领域以引应进为主，进行了一定的程度的消化和吸收。如鞍山阀门厂引进了日本的相关技术，所生产的系列电动执行机构具有相当好的性能和控制精度，吴忠仪表七厂和四川仪表十一厂又引进了西门子的电动执行机构。国内一些单位在执行器智能化方面做了一些探索。入上海工业制动华仪器仪表研究所开发了新型智能电动执行器，其主要特点是:主要技术指标超过国内现有产品，工作死区小于0. 5级，基本回差和误差都小于1级。使用方便，具有自诊断、自调整和PID调节功能，但仅是个别使用，没有形成产品。

国际上现代化仪器仪表正向微型化、集成化、智能化和总线化迅速发展，处于领先甚至垄断地位。由于高新技术的迅猛发展，关键元件器件技术难关的突破，国外已开发出新一代智能化电动执行机构产品，形成许多系列，广泛应用于许多工业领域中。国外仅美国就有24个研究所(公司所属)，如Rockwell公司具有十分完善的测试基地和设备，包括动态、抗震、紧急切断、可靠性等多种试验设施，对产品进行多方面性能参数的测定。有限元法、电子计算机技术、微机控制技术已在阀门设计中广泛得到应用。阀门一般都能达到国际通用标准API、ISO, JIS和BS等有关标准的规定，各项性能测试数据齐全。阀门驱动装置品种多，电动、气动、液动、电一液联动和气一液联动，规格齐全，安全可靠。英国的ROTORK公司、德国SIMENS公司、美国的VALTEK公司和LIMITORQUE公司等几家国外著名的公司生产的智能化阀门电动执行机构功能强大，简单可靠，技术先进，代表着该领域的世界先进水平，它们的产品主要有以下几个特点：

(1)计算机控制

在过程控制中，需要通过调整阀门的开度来调节流量和压力。通常执行机构按照外部发来的控制信号驱动阀门，这些控制信号来自控制系统的微处理器。在电动执行机构中，增加带有智能控制的伺服放大器，其后是增加给定值控制功能。先进的阀门电动装置具有更完善的智能控制，可按给定值自动进行PID调节，控制流量和压力等过程变量。例如VALTEK公司的Starpac智能化阀门电动装置能响应外部4-20mA模拟信号或经由RS-485通讯口发来的数字信号或按自身程序设定的参数进行PID控制。

(2)安全措施

智能化阀门电动装置具有高度的自身保护及系统保护功能，如装有三相电机的执行机构有可能因为相线接错而反转，导致执行机构和阀门损坏，而智能型的电动执行机构则可以通过监视电源的相序以及输入控制信号的情况确保电机正确起动。此外，在阀门卡死的情况下，保护功能还可以避免电动机被损坏。在电动机通电期间不断的检测阀门的动作，若发现一定的时间内不动作，就认为是卡住，控制器就发出命令，切断电动机电源并发出警报。ROTORK公司生产的IQ型智能化阀门电动装置具有上述两种功能。它装有相同步器(自动相旋转调整装置)，可确保IQ的三相电动机始终具有正确的相旋转电源;其次如果阀门卡死，当启动信号发出7-15秒后无任何的动作，IQ的执行器内部逻辑电路可将相应的触点断开.除了有自身保护功能外，智能化阀门电动装置还具有系统保护功能，即当某些部件出现故障或系统出现其它问题时，会自动采取应急措施以免发生事故。

(3)通讯功能

智能化阀门电动装置采用数字通讯的方法与主控制室相连，主控制室送出的可寻址数字信号通过电缆被电动装置接收，电动装置的微处理器根据收到的信号对电动装置进行相应的控制。如美国的LIMITORQUE公司的Controlinc系统就是采用数字通讯技术将各种设备连接成一个局部网络(LAN)，一个典型的系统可以包括电动执行机构、计算机阀门控制器(CVC )、网络连线、网络接口部件(NIU)以及主计算机。NIU与主计算机之间采用标准的ASCII字符码通过串行口进行通讯。此外，智能阀门电装允许工程师在远地对其进行监测、整定和修改参数或算法等。例如VALTEK公司的Starpac在出厂时就被配有PC软件，仪表工程师利用这些软件可以对阀门电动装置编程，PC与系统之间通过RS-485串行口按照经过修改的HART协议相连。

(4)智能诊断

在阀门电动装置上装有一些附加的传感器，专门用于故障诊断，而在电路方面也设置了各种监测功能，如电源相序和后备电池的电压检测。微处理器在运行中连续对整个系统进行监测，一旦发现问题立即执行预定的程序，自动采取应急措施并报苦。而微处理器和传感器本身的运行也同时受到监测。

当出现故障需要专家协助解决时，有的智能化阀门电动装置还可以通过调制解调器与专家实时联网，以便及时地诊断和排除故障。

(5)一体化的结构

一体化的结构把整个控制回路装在一个现场仪表之中，使控制系统的设计、安装、操作和维护等工作大为简化，且减少因信号的传输中的泄漏和干扰等因素对系统的影响，提高可靠性。

通过对国内外同类产品的分析研究发现，国内正在使用的各种电动执行机构普遍存在设备庞大，结构匹配不合理，控制精度较低，安全性不好，缺乏完善的故障处理和报等装置，不能很好的实现人机对话，难于现场标定和维修等缺陷，不利于阀门产品的更新和换代，己不能跟上工业发展的需要。随着能源、化工、钢铁、运输和建筑等现代工业高速发展以及与其有密切联系的水、气(汽)、油等流体在工业上的应用，管道系统中的电动阀门在生产中发挥着重要作用，因而对阀门电动执行机构的功能和使用要求也不断提高，迫切需要智能化的新一代产品替代现有产品，以提高生产效率。

在水利、电力及化工行业，不同种类的阀类，如截止阀、闸阀、蝶阀等得到了最广泛的应用。在对阀门实现远程控制、集中控制和自动控制的过程中，阀门电动执行机构是一种必不可少的执行部件。