專利名稱：用于在氣動調節驅動器的受控電動-氣動閥中找到開放點的方法和電子裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于在電動-氣動閥中找到開放點的方法，該電動-氣動閥被設
置在一個用于對氣動調節驅動器的開關單元進行位置調節的閉合控制環中，由此操作設 備。此外，本發明還涉及一種用于實現該方法的電子裝置，以及與之相關聯的計算機程序產 品和數據載體。
背景技術：
本發明主要應用在氣動調節驅動器領域，氣動調節驅動器包括位置調節器，所述 位置調節器根據預定額定值把連接到氣動調節驅動器的設備調整到所希望的打開程度。所 述設備例如可以是位于一個工藝技術設備的管路系統內的處理閥。除此之外，這里感興趣 的類型的氣動調節驅動器還適用于操縱其它工業設備和類似設備。 產品展望"Der kompakte， intelligente Stellungsregler (緊湊智能位置調節 器)"(ABB自動化產品有限公司，印刷品編號:50/18-19DERevA，2005年6月出版)公開了 一種用于氣動調節驅動器的電子位置調節器。該位置調節器被設計為能夠安裝在氣動調節 驅動器處的電子器件箱的形式。該位置調節器是一種可參數化的、(最好借助現場總線)具 備通信能力的設備。功能重點在于，調節程序的運行由微處理器控制，具有20ms的采樣率。 這里的額定值預先設定通過以雙導體技術設計的現場總線連接端來實現。此外，位置調節 器具有用于最大高至6巴的空氣壓力的送氣連接端，以及用于將位置調節器所產生的控制 壓力進一步傳導到氣動位置調節器的控制腔的工作連接端。 此外，設置有針對由氣動調節驅動器所操縱的開關單元的當前位置實際值的傳感 器輸入，其通過設置在開關單元上的位置傳感器而獲得。調節驅動器的氣動控制持續地利 用后接有3門3路閥的I/P模塊來實現。該3門3路閥盡可能成比例地允許調節驅動器的 進氣或排氣。在中間位置處是關閉位置，在該位置下外部的連接端全部被截止。位置調節 器工作狀態的參數化和觀察可以利用內置的操作面板直接在現場實現，或者可以經由基于 總線協議的通信連接端通過上級的控制單元集中實現。 由US2007/0045579A1得到了一種氣動位置調節器，它被設計為帶有3門3路閥的 1/P模塊。3門3路開關功能使得能夠實現輸送用于所連接的氣動調節驅動器的控制壓力 的工作連接端的進氣、關閉位置和排氣三種開關位置。具備3門3路開關功能的電動-氣 動閥門具有兩個指向相反調節運動方向并作用程度相同的閉鎖元件，這些閉鎖元件分別限 定了一個內部控制腔，其中這兩個控制腔分配有一個共用的控制壓力連接端。其中的一個 閉鎖元件用于工作連接端的進氣，而另一個閉鎖元件用于工作連接端的排氣。當這兩個閉 鎖元件不工作時，該閥門處于關閉位置。 在進行位置調節時，這樣的電動-氣動閥門提供與所輸送的開關單元氣動調節值 盡可能成比例關系的電控制信號，其中在氣動一側存在反作用的干擾量，這些干擾量是由 設備的開關單元處的力以及滯后而引起的。此外，諸如溫度波動、壓力波動等的影響量會干擾理想的比例關系。為了仍能實現盡可能線性的關系，位置調節器部分考慮到了以傳感器 技術所確定的校正值。但由此可得到的結果往往不那么令人滿意。 一個重要的影響因素還 造成了閥門機構的滯后。所有這些影響因素都使得找到電動_氣動閥門的可實現高調節精 度的理想開放點變得困難。 根據通常的現有技術，在位置調節器初始化時找到正確的開放點習慣上是借助于 位置傳感器件，其在進氣或排氣開始時確定開關單元的位置。通過這種方式，位置調節器在 由制造商制造完成后被校準。 此外，一般還已知直接通過對開關單元往復路徑上的速度情況進行分析來進行校 準。其中的問題在于沒有考慮到調節回路的特性。尤其是在小體積氣動調節驅動器的情況 下，存在在往復路徑上末端終止的危險，這可能會對設備造成損傷。
發明內容
因此，本發明的任務是提供一種用于找到開放點的方法和電子裝置，以此可通過 簡單的方式在工作過程中執行對設備的初始化，以確保高調節質量。 該任務由權利要求1的前序部分所述方法出發，結合其特征部分所述的特征來解 決。關于與之相對應的電子裝置參照權利要求7。權利要求8包含實現該方法的計算機程 序產品，其在所述電子裝置上執行。 本發明給出了以下方法技術指導氣動調節驅動器的電動-氣動閥門由控制信號 所激勵，該控制信號對應于所估計的開放點。隨后，在該控制信號下通過以傳感技術對開關 單元運動進行檢測而對調節回路特性進行校準。如果結論是在當前開放點下所確定的調節 回路特性不對應于一個規定的預設額定值，則控制信號根據分析結果而改變，以得到更為 匹配的開放點。然后，尋找過程再次從前面提到的第一個方法步驟開始。該方法循環持續 執行，直到在當前開放點下所確定的調節回路特性對應于預設額定值。 本發明所述解決方案的優點在于，在設備工作期間能夠以簡單的方式找到理想的 開放點，以實現高調節精度，其中前面提到的方法循環自動地執行。由此避免了對分別通過 傳感技術所確定的測量值進行開銷很大的校準。此外，由此省去了與之相關的附加傳感器 件。根據本發明的解決方案也適合于小體積的氣動調節驅動器，因為由此能夠排除損傷危 險。 根據一種對本發明加以改進的措施，建議為了激勵電動-氣動閥門，分開地預先 給定針對進氣和排氣的控制參數。由此可分別對上方和下方的特征曲線進行優化，從而能 夠針對進氣和排氣單獨找到理想的開放點。 調節回路特性的校準可以以不同的方式實現。如果滯后效應主要是由滑動摩擦引 起的，則可以考慮介于開關單元的切斷和再次接通之間的平均速度。另一方面，如果滯后效 應主要是由靜摩擦引起的，則可以考慮從激勵開始之后的開關單元切斷時刻、即時間持續 期間，以對調節回路特性進行校準。如果其間開關單元運動得太慢，則由該結果可以向控制 信號補充這樣一個偏移量，該偏移量的大小使得開關單元能夠更快地運動。由此可以使控 制信號逐步接近最優，以找到理想的開放點。 然而，作為對此的替代，也可以利用按照牛頓法或類似方法的零點尋找方法對當 前控制信號下的調節回路特性進行分析，這樣的零點尋找方法是基于二分法求解，以快速找到理想開放點。 前面總體上描述的方法可作為用于確定調節特性的程序體現為計算機程序產品， 它由相應包含在軟件中的控制指令轉換而成，并由電子調節單元執行。就此而言，該電子調 節單元包括至少一個帶有存儲單元的微處理器，所述存儲單元用于保存所述軟件以及至少 對運行產生影響的參數。該電子調節單元是氣動調節驅動器的閉合調節回路的組成部分， 可以作為位置調節器最好直接在用于操縱與之相連的設備的氣動驅動器處設置在電子裝 置中。
下面整體上通過借助附圖對優選實施例的說明詳細描述對本發明加以改進的其 它措施。如圖所示 圖1是設備的氣動調節驅動器的側面示意圖，以及 圖2是用于尋找圖1所示氣動調節驅動器的電子-氣動閥門的開放點的流程的流 程圖。
具體實施例方式
根據圖l，在一個這里未明確示出的工藝技術設備的管路1中以基礎結構方式置 入了一個處理閥形式的設備2。該設備2在其內部具有一個與閥座3共同作用的關閉體，用 于控制流過的處理介質5的量。關閉體4由氣動調節驅動器6通過一個作為往復拉桿的開 關單元7線性地驅動。氣動調節驅動器6通過軛8與設備2固定連接。在軛8上還設置了 一個電子模塊形式的位置調節器9。 通過位置傳感器10，開關單元7的往復運動被報告給位置調節器9。為了正常工 作，所檢測到的往復運動通過調節單元12與保存在存儲單元中的、從外部引入的額定值進 行比較，并且根據所確定的調節偏差來操控調節驅動器6。位置調節器9的調節單元12具 有一個作為1/P轉換器的電動-氣動閥門13，用于將電調節偏差轉換成等效的控制壓力。 調節單元12的電動-氣動閥門13通過壓力介質導管14與調節驅動器6相連。在調節驅 動器6內部，通過經由壓力介質導管19輸送的控制壓力被施加到一個位于內部的、這里不 能進一步看出的開關膜片上，該開關膜片驅動開關單元7。 為了對氣動調節驅動器6進行初始化，調節單元12執行用于尋找理想開關點的程 序。由此可以實現位置調節器9與通過它驅動的氣動調節驅動器6和又由氣動調節驅動器 驅動的設備2的自動匹配。為了找到所述開放點，調節單元12用控制信號來激勵電動-氣 動閥門13，該控制信號對應于估計的開放點。通過以傳感技術方式檢測由此觸發的開關單 元7的運動，對調節回路特性進行校準。表示為沿時間軸的測量曲線的測量結果被分析，以 當在當前開放點下所確定的調節回路特性不對應于預設額定值時改變控制信號。
圖2示出了尋找開放點的主要方法步驟，如下
a)用對應于估計的開放點的控制信號進行激勵； b)通過以傳感技術方式檢測開關單元運動對該控制信號下的調節回路特性進行 校準； c)與對應于所希望的調節回路特性的預設額定值進行比較，并當其不對應于所述預設額定值時返回執行步驟a)，其中在下一個循環執行過程中控制信號向調節回路特性更 好的方向改變。 由此可以在設備初始化過程中以簡單的方式與所采用的氣動調節驅動器無關地 找到和所希望的調節回路特性相匹配的開放點。附圖標記列表
1管路2設備3閥座4關閉體5處理介質6氣動調節驅動器7開關單元8軛9位置調節器10位置傳感器11存儲單元12調節單元13閥門14壓力介質導管
權利要求
一種用于找到電動-氣動閥門(13)中的開放點的方法，該方法被用在對由此操縱的設備(2)的氣動調節驅動器(6)的開關單元(7)進行位置調節的閉合調節回路中，其特征在于包括以下步驟a)用對應于估計的開放點的控制信號對所述電動-氣動閥門(13)進行激勵；b)通過以傳感技術方式檢測開關單元(7)的運動對該控制信號下的調節回路特性進行校準；c)如果在當前開放點下所確定的調節回路特性不對應于預設額定值，則根據分析結果改變控制信號，以得到更為匹配的開放點，接著尋找過程從步驟a)重新開始。
2. 根據權利要求l的方法，其特征在于，用于激勵電動-氣動閥門(13)的控制參數針 對閥門(13)的進氣和排氣被分別預先給定。
3. 根據權利要求l的方法，其特征在于，如果滯后效應主要是由滑動摩擦引起的話， 則為了對調節回路特性進行校準，考慮介于開關單元(7)的切斷和再次接通之間的平均速 度。
4. 根據權利要求1的方法，其特征在于，如果滯后效應主要是由靜摩擦引起的話，則為 了對調節回路特性進行校準，考慮從激勵開始之后開關單元(7)的切斷時刻。
5. 根據權利要求l的方法，其特征在于，為了在分析結果不令人滿意時逐步地改變控 制信號，對控制信號給出 一個能夠確定的固定偏移量。
6. 根據權利要求l的方法，其特征在于，對當前控制信號下調節回路特性的分析借助 零點尋找方法來實現。
7. —種用于找到位置調節器(9)的電動-氣動閥門(13)中的開放點的電子裝置，所述 位置調節器用于驅動設備(2)的氣動調節驅動器(6)的開關單元(7)，其特征在于，調節單元(12)用對應于估計的開放點的控制信號激勵電動-氣動閥門(13)，并且該控 制信號下的調節回路特性通過以傳感技術方式檢測開關單元(7)的運動而被校準，以便在 當前開放點下所確定的調節回路特性不對應于預設額定值的情況下根據分析結果改變控 制信號。
8. 根據權利要求7的裝置，其特征在于，所述電動-氣動閥門(13)具備3門3路開關 功能，具有進氣，關閉位置和排氣三種開關位置。
9. 用于如權利要求7所述電子裝置的計算機程序產品，其可根據權利要求1至6之一 所述的方法工作，其中用于尋找開放點的程序通過相應包含在軟件中的控制指令來實現。
10. 帶有如權利要求9所述計算機程序產品的數據載體。
全文摘要
用于找到電動-氣動閥門(13)中的開放點的方法和電子裝置，其被用在對由此操縱的設備(2)的氣動調節驅動器(6)的開關單元進行位置調節的閉合調節回路中，其中執行以下步驟a)用對應于估計的開放點的控制信號對所述電動-氣動閥門(13)進行激勵；b)通過以傳感技術方式檢測開關單元(7)的運動對該控制信號下的調節回路特性進行校準；c)如果在當前開放點下所確定的調節回路特性不對應于預設額定值，則根據分析結果改變控制信號，以得到更為匹配的開放點，接著尋找過程從步驟a)重新開始。
文檔編號F15B21/08GK101782094SQ201010003520
公開日2010年7月21日 申請日期2010年1月12日 優先權日2009年1月14日
發明者H·克雷瑟 申請人:Abb技術股份公司