專利名稱：用于檢驗氣動調節驅動器中的電動-氣動閥門的控制參數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確定電動-氣動閥門的控制參數的方法，該方法被用在對由
此操縱的設備的氣動調節驅動器的開關單元進行位置調節的閉合調節回路中。另外，本發 明還涉及用于執行該方法的電子裝置以及與之相關的計算機程序產品和數據載體。
背景技術：
本發明的主要應用領域涉及包括位置調節器的氣動調節驅動器，以便根據預設額 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。但是，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。 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 驅動器上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，還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。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路開關功能可以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、關閉位置和排氣的開關位置。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效應而引起的。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。為了實現高調節精度，需要了解調節信號應該被改變多少，以克服滯后效 應，從而使開關單元以所希望的方式進行運動。
發明內容
本發明的任務是尤其在考慮滯后效應的情況下對調節特征進行分析，以確保盡可 能線性的高質量調節。 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9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-氣動閥門由交替信號
控制，使得調節回路通過閥門的交替進氣和排氣圍繞要設置的位置額定值進行振蕩，從而
克服氣動調節驅動器所存在的滯后效應，其中同時通過傳感技術檢測在開關單元處所產生
的位置振蕩軌跡，從而尤其是為了確定位置調節的開放點而確定調節特征。 本發明所述解決方案的優點尤其是在于，在正在進行的位置調節操作期間能夠對
調節特征進行分析，以識別出當前影響調節的量，其能夠緊接著通過調節技術加以補償。根
據本發明的解決方案尤其是能夠識別出調節能夠以什么樣的開放點工作。其例如能夠對電
控制和開關單元的反應之間的時間間隔以及反應的陡峭程度作為調節特征的特性進行分
析，其表明了主要的滯后特性的特點。在開關單元處所產生的位置振蕩的軌跡沿著時間軸
繪制，并構成了分析基礎。由此可以識別出電控制信號在特定情況下可以被改變到何種程
度，以便最終在通過氣動調節驅動器操縱的設備中引起所希望的橫截面改變。根據本發明
的解決方案可以使氣動調節驅動器的調節自動適配于所驅動的設備，從而可以避免為此目
的而進行的手動參數化和初始化。 為了提高測量精度，建議通過由位置傳感器所檢測到的多個所記錄的開關單元振 蕩周期形成一個平均值。為了消除系統起振所帶來的誤差，進一步建議在形成所述平均值 時丟棄第一次振蕩的測量結果。通過形成平均值降低了隨機出現的使測量值出現錯誤的誤差。 根據另一個改進本發明的措施，建議為了產生開關單元的位置振蕩，針對閥門的
進氣和排氣分別預先給定控制參數。由此始終能可靠地經歷氣動調節驅動器的滯后過程，
并能用最少的可能時間記錄下激勵值的軌跡。從而可以有利地縮短測量時間。
在本發明的范圍內，可以將開關單元的下述位置點定義為位置調節的開放點該
位置點允許開關單元開始運動不比一個固定的最大允許時間慢，但是也不比一個固定的最
小允許時間快。其中所述最大允許時間相當于調節速度，所述最小允許時間表示其精度。 作為另一個改進本發明的措施，建議在開關單元進行位置振蕩時測量在預定控制
下為克服氣動調節驅動器的滯后效應所需的時間。測得的時間值代表了調節特征的主要特
征量。用于克服滯后效應的時間例如相當于開關單元從保持靜止到開始運動的時間間隔，
并且其在調節技術上的考慮對于能夠線性地以高調節質量對設備的實際打開橫截面進行
調整起到決定性作用。 前面總體上描述的方法可作為用于確定調節特征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，并在電子調節單元內執行。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本發明的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是由氣動調節驅動器的位置傳感器測得的在開關單元處所產生的位置振蕩 軌跡的圖示。
具體實施例方式
根據圖l，在一個這里僅示意性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 4，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相連。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。所檢測到的 往復運動通過調節單元12與保存在存儲單元11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-氣動調節閥門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-氣動調節閥門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。 為了實現盡可能高的調節質量，可通過調節單元12對尤其是由氣動調節驅動器6 的滯后效應所表示的調節特征加以考慮，該調節特征為了進行初始化而被校準。為此目的， 電動-氣動閥門13通過調節單元12用交替信號來控制，使得調節回路通過閥門13的進氣 和排氣交替圍繞一個要設置的位置額定值以例如50%的幅度振蕩。該振蕩在任何情況下都 被測量，以便克服氣動調節驅動器6所存在的滯后效應。同時，位置傳感器10測量開關單 元7處所產生的位置振蕩的軌跡。這樣記錄的振蕩被傳送到調節單元12的輸入側，該調節 單元對氣動調節驅動器6中當前存在的調節特征進行分析，以便尤其是檢驗進氣和排氣的 位置調節的所設置的開放點。就此而言，實現了具備3門3路開關功能的電動-氣動閥門 13，其具有進氣、關閉位置和排氣的開關位置。 圖2示出了在開關單元處所產生的位置振蕩的軌跡。這里的開關單元保持在50% 打開程度的位置處，該開關單元通過交替信號而圍繞這個位置進行振蕩，使得開關單元處 的位置傳感器對所示的軌跡進行測量。相應地示出了短暫的排氣階段和緊接著的短暫的進 氣階段之間的時間過程。
上部的區域A1對應于閥門排氣階段，而下部的區域A2對應于閥門進氣階段。由 此使得開關單元作這樣的振蕩運動其超出開關滯后范圍+/_0.5%。同時，在開關單元處 如此產生的位置振蕩的軌跡借助傳感技術通過氣動調節驅動器的位置傳感器被檢測，由此 確定尤其是用于確定位置調節的正確開放點的調節特征。為了得到精確的分析結果，對多 個所記錄的振蕩周期加以考慮，其中排除了受到系統起振干擾的第一個振蕩周期，從而形
成一個-平均值。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
一種用于檢驗電動-氣動閥門(13)的控制參數的方法，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，所述電動-氣動閥門(13)由具有確定幅值的交替信號控制，使得調節回路通過閥門(13)的交替進氣和排氣圍繞要設置的位置額定值進行振蕩，從而克服氣動調節驅動器(6)所存在的滯后效應，其中同時通過傳感技術檢測在開關單元(7)處所產生的位置振蕩的軌跡，由此確定調節回路針對所設定的幅值的特征，以便確定是否找到了適合于調節回路的開放點。
2. 根據權利要求l的方法，其特征在于，通過多個所記錄的開關單元(7)的振蕩周期形 成一個平均值。
3. 根據權利要求2的方法，其特征在于，在形成平均值時不考慮第一次振蕩的結果。
4. 根據權利要求l的方法，其特征在于，為了產生位置振蕩，針對閥門(13)的進氣和排 氣分別預先給定控制參數。
5. 根據權利要求l的方法，其特征在于，將下述位置點定義為位置調節的開放點該位 置點允許開關單元(7)開始運動不比一個固定的最大允許時間慢，但是也不比一個固定的 最小允許時間快。
6. 根據權利要求l的方法，其特征在于，在開關單元(7)進行位置振蕩時測量在預定控 制下為克服氣動調節驅動器(6)的滯后效應所需的時間。
7. —種用于檢驗位置調節器(9)的電動-氣動閥門(13)的控制參數的電子裝置，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)用具有確定幅值的交替信號控制電動-氣動閥門(13)，使得調節回路通 過閥門(13)的交替進氣和排氣圍繞要設置的位置額定值進行振蕩，從而克服氣動調節驅 動器(6)所存在的滯后效應，其中同時位置傳感器(10)檢測在開關單元(7)處所產生的位 置振蕩的軌跡，由此調節單元(12)確定調節回路針對所設定的幅值的特征，以便確定是否 找到了適合于調節回路的開放點。
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、關閉位置和排氣的開關位置。
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，其中用于確定調節特征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
用于檢驗電動-氣動閥門(13)的控制參數的方法和電子裝置，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(7)進行位置調節的閉合調節回路中，其中所述電動-氣動閥門(13)由具有確定幅值的交替信號控制，使得調節回路通過閥門(13)的交替進氣和排氣圍繞能夠調整的位置額定值進行振蕩，從而克服氣動調節驅動器(6)所存在的滯后效應，其中同時通過傳感技術檢測在開關單元(7)處所產生的位置振蕩的軌跡，由此確定調節回路針對所設定的幅值的特征，以便確定是否找到了適合于調節回路的開放點。
文檔編號F15B19/00GK101782091SQ20101000352
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