1、概述 定位器是普遍用于化工生產的一種調節閥的附件，定位器具有使調節閥提高響應速度、定位精度，增大執行機構輸出力等作用。常見的定位器根據接收信號的不同分為氣動閥門定位器和電氣閥門定位器，而電氣閥門定位器又分常規電氣閥門定位器（簡稱電氣定位器）和智能電氣閥門定位器（簡稱智能定位器）。目前，定位器技術逐漸向智能化、小型化發展，智能定位器具有高度自動化、安裝簡單、免維護等優點，普遍應用于各大型化工生產裝置的自動化控制中。 1、 1智能定位器工作原理 智能定位器的工作原理如圖1所示。模擬量的4～20mA信號傳給微處理器，與閥位傳感器的反饋信號進行比較，微處理器根據偏差的大小和方向進行控制計算，向壓電閥發出電控指令使其進行開、閉動作。壓電閥依據控制指令脈沖的寬度對應于氣動放大器輸出壓力進行增量控制，同時氣動放大器的輸出又被反饋給內控制回路，再次與微處理器的運算結果進行比較運算，通過兩級控制后輸出信號到執行機構，執行機構內儀表空氣壓力的變化控制著閥門行程。當控制偏差很大時，壓電閥發出寬幅脈沖信號，使定位器輸出一個連續信號壓力，大幅度改變到執行機構的信號壓力以驅動閥門快速動作；隨著閥門接近要求的位置，要求的位置與測得實際位置的差值變小，壓電閥輸出一個較小脈寬的脈沖信號，斷續、小幅度的改變至執行機構的信號壓力，使執行機構接近命令位置的動作平緩。當閥門到達要求的位置（進入死區）時，壓電閥無脈沖輸出，定位器輸出保持為零，使閥門穩定在某一位置不動。 1、 2常規電氣閥門定位器工作原理 目前我們常見的常規的定位器大多采用力（矩）平衡原理。電氣閥門定位器也一樣。其工作原理如圖2所示。當總控給出的4-20mA模擬信號作用在磁電組件1上時，磁電組件帶動擋板5向噴嘴6靠攏，氣動放大器背壓增加，輸出10增加，推動執行機構11向下運動，同時閥位反饋杠桿向下運動，通過彈簧帶動擋板5遠離噴嘴6，當彈簧力和磁電組件產生的力相平衡時，定位器輸出10壓力穩定，閥位穩定在主控信號對應的開度上。 2、智能定位器的應用優勢分析 2、 1性能優勢分析 從上面的原理可以看出，智能 定位器的控制是一個變量控制，在給定信號時，定位器輸出流量曲線如圖3所示。在變量大的時候，定位器的輸出是快速大流量，而在變量小的時候，定位器的輸出流量是逐漸減小直到為零，當閥位穩定在要求開度而沒有新的命令信號時，定位器的輸出流量則保持幾乎為零。而常規定位器的控制是平衡比較控制，通過調節定位器的增益控制定位器放大器的反應速度，在反應速度一定的條件下，定位器的輸出流量和輸出壓力是不斷變化的，如圖4所示。比如當閥位高于給定值時，定位器輸出壓力增加，閥位向下動作，由于反應速度固定，在定位器放大器的輸出流量是一定的，所以在閥位向下動作的時候，噴嘴擋板的動作時間延緩，致使閥位動作過多，此時閥位會低于給定值，定位器輸出壓力又會減小，如此反復。 因此，在我們給定一個閥位時，可以看出，在經過一個調節過程后，智能定位器的輸出流量會保持為零；而常規定位器的輸出流量是不斷變化的。那么其定位精度就顯而易見了，智能定位器的定位快速、精確，而常規定位器的定位速度、精度是不能和智能定位器相比的。我廠從2000年開始使用的智能定位器，到目前沒有出現過任何問題，給工藝運行提供了一個良好而寬松的操作空間。 2、2維護優勢分析 定位器作為調節閥的附件，當調節閥檢修后，一般都需要通過定位器對其進行調校。目前常規定位器的調校都是采用手動調整零位、量程來滿足調節閥的性能要求的，調校時需要使用專用設備、必須要隔離控制回路；同時零點和行程的調整互相影響，須反復調整，線性偏離嚴重時，則更難調整。這種調校方法費時、耗力，而且精度等級低，調校結果受檢修調校人員的水平影響較大。比如我廠有一臺鍋爐給水調節閥，在檢修后先后有兩人去調校，第一位調校人員在調校時，將定位器的增益調得過高，導致該閥波動，另一位調校人員去后，把增益調到合適大小，該閥動作穩定。因此，對于常規定位器的調校，不僅對定位器的要求比較高，對人員的能力、綜合素質要求也比較高。而對于智能定位器，由于它的調校不需要對定位器本身作太多的調整，特別是山武公司的AVP/SVP系列智能定位器，它的調校完全不需要人為調整定位器內部零件，其內部也不存在很多的可調整的零件，它的調校是定位器內部運算放大器運算、整定的過程，在整定后出現偏差時，才需要通過人為的微量修定來矯正，在大多數的情況下是不需要維護人員去調整的。 其次， 常規定位器多為機械式力平衡原理，它采用了噴嘴擋板機構，由于噴嘴本身的特性，執行器在穩定狀態時也要大量消耗壓縮空氣，若使用執行器數量較多，能耗較大，而且噴咀本身是一個潛在故障源，易被灰塵或污物顆粒堵住，使定位器不能正常工作，特別是在儀表空氣不夠干凈的情況下更容易出現故障。 在2000年10月 25日，我廠氨貯存罐的一臺壓力調節閥PV2002，工藝反映波動，經現場檢查，發現噴嘴擋板處有大量灰塵，拆下清洗后工作正常。另外，定位器內部可動件較多，容易受溫度波動、外界振動等干擾因素的影響，適應環境性差。比如定位器力反饋彈簧在惡劣環境、長期受力等條件下，它的彈性系數能發生改變，會造成調節閥線性偏離，導致控制質量下降；而外界振動傳遞到力平衡機構，則容易造成可動部件磨損及零點和行程漂移，使定位器難以工作。比如我廠尿素界區高壓氨泵調速控制閥300HV09101的定位器，由于高壓氨泵轉速在155r/分時引起的劇烈振動，使定位器波動，導致轉速在153r/min—158r/min之間波動，工藝操作十分困難。智能定位器沒有太多的可動部件，其工作環境要求比常規定位器低，特別是抗振動性尤其突出。我們在2000年8月試用的一臺山武公司的AVP-100型智能定位器，用于振動極大的工藝冷凝液泵出口控制閥上，在2005年9月裝置大修前運行仍然正常。在2002年9月我廠二氧化碳壓縮機四級出口放空閥300PV09203是使用的費西爾的DVC5010智能定位器，在強振動環境工作至今，也未出現任何問題。 另外，就定位器的安裝而言，常規的定位器對于安裝位置要求較高，特別是在閥位反饋的安裝上，要將反饋安裝在規定的位置，可調整的量不大。比如吳忠儀表的HTP系列定位器，要求反饋的位置要對應調節閥的行程，當調節閥的行程為100mm時，若安裝沒有對應的到反饋板上100的位置，那么這個定位器是很難調校出來的。而智能定位器的安裝就沒有那么嚴格，從我們所了解和使用的幾種智能定位器來看，安裝位置要求基本上都是有兩點：一是調節閥在50%開度時，定位器的反饋也基本在其有效轉角的中間位置；二是調節閥全開全關動作時，定位器反饋的轉角要在限制的范圍內。如山武公司的AVP系列，要求的反饋轉角不能大于±20º，而費西爾的DVC系列，反饋的轉角不大于±45º即可。只要滿足這兩個條件，定位器就可以達到性能要求。 在調校定位器的時候，我們都不可避免的會產生誤差。常規的定位器特別是氣動定位器，由于其整個控制回路中元件數量比電氣定位器和智能定位器都多了一個電氣轉換器，在回路聯調時，累積誤差要大一些，對比結果見表1。作為常規定位器，不論是氣動定位器還是電氣定位器，它的調校是以人為的調整零位/量程/增益來滿足性能要求的，在調校過程中，調校精度是不可控的，或者說是不穩定的，它受調校人員的水平、定位器制造/裝配精度的限制比較明顯，誤差也就比較大。智能定位器就不同于常規的定位器，，由于它不受調校人員的影響，定位器內部可動部件少，本身精度高，因此它的誤差也就很小。 所以，無論是安裝、調試，還是維護，使用智能定位器都比常規定位器更好。 2、3經濟優勢分析 目前，各大化工企業都在盡力降低產品成本，追求更高的利潤，而設備的檢修、更新所需要的資金在產品成本中占有較大的比例，減少設備的檢修、更新頻率可以在一定程度上降低產品成本。單從定位器而言，傳統的定位器有氣動定位器和電氣定位器兩種，氣動定位器在投資上要大于電氣定位器，因為氣動定位器在回路中需要配置電氣轉換器，若從主控出來的信號電纜端子處開始計算，其投資為定位器+電氣轉換器，而電氣定位器就可以省略一臺電氣轉換器。以電氣定位器和智能定位器比較，初期投資額基本相當，但我們在前面分析到：常規電氣定位器在穩定狀態時仍然需要消耗大量的儀表空氣，智能定位器在穩定后幾乎不消耗儀表空氣。具體對比見表一： 表一 智能定位器和常規定位器對比分析表 從上表還可以看出，常規定位器的維護成本比智能定位器高，原因在于常規定位器內部可動件較多，易損件也多，而智能定位器內部可動件少，相對的易損件少。以目前我廠的使用情況看，智能定位器基本上不存在維護成本，常規定位器則需要經常更換放大器、波紋管等部件。 上面的分析說明，使用智能定位器不論是初期投資還是維護成本都遠低于常規定位器，在經濟上也具有相當的優勢。 3、存在的問題 對于化工裝置，生產穩定連續是我們的期望值之一，從我們使用和了解的智能定位器的性能看，有一個重要的制約因素，使我們在選用定位器的時候，依然需要考慮常規定位器，這個因素就是定位器的在線更換。由于智能定位器在初次使用時，需要進行輸入、運算、貯存數據，因而就必須要有一個自整定過程，這個自整定過程會導致調節閥產生全開全關動作，而在某些場合，工藝運行是不允許調節閥出現開或關的動作的。因此，對于在線更換，常規定位器仍然有它不可比擬的優勢<