大流量高精度氣動智能定位器FT

大連萬訊電力儀表有限公司 于加強

FT（FasTrak）是一款多功能全領域大流量高精度的智能定位器，是意大利著名的氣動產品生產廠家STI主導設計生產，在實際應用中，其用于帶或不帶彈簧的雙作用活塞式，隔膜式，轉角式執行機構。通過PC機數據線TTL232或者HART手操器的連接來實現定位器自調整；可獨立調整開關行程參數[1]。在PC機的操作畫面中，可以得知各種系統參數，如指令，傳感器位置，當前輸入工作氣源壓力和差壓等豐富的參數，對于用戶一目了然，直接讀取各項參數。

FT智能定位器的氣控原理有別與其他產品，一般智能定位器要么是擋板噴嘴結構控制氣控閥，其氣控閥結構復雜，容易堵塞損壞，又或者高頻壓電閥原理，其技術壟斷，有問題只能換，而FT是通過擋板噴嘴來控制滑閥，其原理類似于機械式氣動定位器的力平衡原理。這種原理優點主要是對氣源的適應能力較強，可維修性方便并且可做到大流量輸出。這種結構原理簡單，但控制系統復雜，所以通過復雜的控制系統配合較為可靠的機械滑閥原理，使FT有著其獨有的特點。

在氣動設備的工業實際應用中，我們經常會看到一些較為復雜的單體控制系統，往往廠商配置的設備為了實現某個故障保護，例如三斷保位或快開快關功能，需要配置很多氣控元器件，這樣從原理圖到實際維護保養，都給工作帶來不少麻煩，并且成本很高，其中一個主要原因在于，現有智能定位器需要配以各樣的氣控元器件才能實現這些復雜的功能，并且一些閥門要求的推力很大，所以設計使用的氣缸直徑和體積也會很大，這樣就大大增加了定位器的輸出負擔，一般的智能定位器必須配置流量增速裝置才能達到技術工藝要求。針對這些，STI的FT智能定位器可以實現簡化設計，有效的減少了氣控元器件的使用，這樣降低故障發生點，而且維護方便。

FT能夠做到應用系統的設計簡化主要原因在于輸出大流量，在實際應用中可以擺脫定位器自身由于流量不足，對氣動流量放大器的依賴，這樣可以大大減少氣動系統的故障點；另一方面，其通過PC機或者手操器操作的方式，以及豐富的設備系統參數，能人性化的讓用戶及時了解設備的信息，這樣大大增強了設備自身的可靠性，在FT智能定位器的設計中，為了實現機械滑閥應用的穩定性，其采用了檢測定位器出口壓力的方式，并且在PC屏顯中可以看到當前氣缸的狀態，端口輸出壓力，兩端差值等，幾乎所有的系統參數。

一、FT大流量輸出

與當下主流的智能定位器比較，其中一個最大的優勢在于，智能定位器一般出口流量在3.9～10Nm3/h[2]，而FT最大是180Nm3/h[3]，同時其并沒有因為流量過大而損失控制精度，這就意味著在需要快速，大體積，大推力，高精度的工藝要求前提下，FT可以不依靠流量放大器直接單體使用。而且FT流量可以根據使用氣缸的大小來手動設定或者自動識別，以達到其更廣的應用范圍。

從設計上簡化了器件的選型，這樣能夠大大降低了設備的使用成本。不使用流量放大器，意味著整個系統將會減少故障點，這樣對設備故障的判斷，維修和保養也提供了很大的便捷性。并且在實際應用中，往往很難界定流量放大器用還是不用，用了會增加成本，不用推力不夠閥門帶載后設備可能無法正常使用，或者處于故障狀態，FT則避免了設備理論計算可以用，但實際使用有差異的現象。

二、機械滑閥式原理

FT并沒有采用時下流行的高頻壓電閥原理，也沒用采用結構復雜的氣控閥原理，而是采用了傳統的機械式滑閥膜片的定位器原理，這種設計結構簡單，原理也不復雜，優點主要是抗污能力強，便于實現大流量輸出。對于用戶，經常會發現由于氣源中的雜質造成設備堵塞的現象，導致設備故障，由于工藝有限，這種現象屢見不鮮，非常讓用戶頭疼。在這方面FT有著比較突出的抗堵性，其滑閥的前端是一個膠皮膜片，擋板噴嘴的調節線圈接收控制電路板送來的指令后，轉變成變化的控制氣源信號，來推動膜片形變，形變的大小決定滑閥的位移量，在滑閥后端還有一個彈簧，能夠在控制信號變化后或者失去控制信號的時候讓滑閥復位，以保證定位器的輸出。為了實現控制的高精度，控制系統除了引用閥門的位置信號外，還對氣缸的入氣端的壓力做相應的檢測，以彌補滑閥控制方式的滯后性，并且在輸入指令信號后，會發現滑閥并非靜止不動，而是在不停的進行細微調整，這樣代表滑閥是一直在運動，對于氣源中的粉塵和油霧很難凝固阻塞滑閥，這樣會有效的避免定位器的堵塞。配合大口徑的滑閥閥套，進一步避免了雜質對設備的損害。

三、關于FT的應用設計

我們對FT智能定位器舉一個實用設計例子，在要求大力矩推力的閥門執行機構應用中，三斷保護是工藝時常要求的[4]。普通智能定位器需要氣鎖閥配以流量放大器等相關氣控原件來實現工藝要求，在個別工藝如果需要斷電保位的還需要在設計中加入電磁閥等元器件來實現功能，這樣除了4～20mA的指令信號外還需要控制器和外部供電來控制電磁閥，FT則可將設計簡化到只需要氣鎖閥的換向閥配合就可以實現工藝要求。由于FT功耗很低，可以在設計中無需外部供電就能實現這種大力矩推力閥門的斷電等保位功能，這樣即省下了氣鎖閥的復雜設計，去掉了放大器的可能故障，并且還簡化了電器設計。

其設計方案是在4～20mA的輸入指令回路中加入一個齊納二極管（穩壓二極管），配合數字輸出端子可以輸出一個3V左右的電壓，可以通過這個電壓來控制一個高頻壓電閥，只用換向閥和快排閥就能實現整個系統的保位功能，具體應用原理是將齊納二極管的P極連接到數字輸出的RET端子上，N極連接到數字輸出的SUP端，并且連線到指令輸入端子的“-”上，這樣在定位器的電路回路中可以在實現定位器的正常工作的前提下，通過光耦隔離式的數字輸出端口OP對外部提供一個3.6V的一個小電壓[5]，使用這個電壓來控制一個高頻壓電閥，使其做開關氣閥使用，當定位器4～20mA指令供電正常時，高頻壓電閥處于開啟狀態，若指令線有短路或者斷電的情況發生時，高頻壓電閥處于截止狀態。這樣高頻壓電閥可以直接控制氣控換向閥，保證在有電的時候，執行機構正常工作，失電的時候高頻壓電閥截止，氣控換向閥換向，快排閥在失電的時候能夠保證換向閥的控制氣及時快速排凈，以實現保位的可靠性。這樣FT通過數字輸出端口的合理應用實現了一個低功耗斷電保位功能。而且所用氣動元件相比其他定位器少了很多，如流量放大器和氣鎖閥先導閥部分，信號控制器件和電磁閥等，大大減少了設備可能發生的故障。在實際應用中有其獨到的特點。

FT作為一種新型氣動智能定位器有著很大的應用領域，如電廠的高低壓旁路，脫硫旁路擋板，化工行業的特種氣體管道控制閥門等。它避免了復雜的氣路設計，簡化電氣配置，在工業行業有著廣泛的應用潛力。

[1][3]摘自FT智能定位器產品使用操作手冊.

[2]參考比較于ABB TZID-C智能定位器操作使用手冊,SIEMENS PS2智能定位器操作使用手冊,YTC-2500智能定位器操作使用手冊.

[4]參考現代使用氣動技術.

[5]參考FT智能定位器產品操作使用手冊,廣東省平海電廠擺動燃燒器電路設計.