專利名稱：用于檢驗(yàn)氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器中的電動(dòng)-氣動(dòng)閥門的控制參數(shù)的方法和電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定電動(dòng)-氣動(dòng)閥門的控制參數(shù)的方法，該方法被用在對(duì)由
此操縱的設(shè)備的氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的開關(guān)單元進(jìn)行位置調(diào)節(jié)的閉合調(diào)節(jié)回路中。另外，本發(fā) 明還涉及用于執(zhí)行該方法的電子裝置以及與之相關(guān)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品和數(shù)據(jù)載體。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的主要應(yīng)用領(lǐng)域涉及包括位置調(diào)節(jié)器的氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，以便根據(jù)預(yù)設(shè)額 定值把連接到氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)備調(diào)整到所希望的打開程度。所述設(shè)備例如可以是位于 一個(gè)工藝技術(shù)設(shè)備的管路系統(tǒng)內(nèi)的處理閥。但是，這里感興趣的類型的氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器還 適用于操縱其它工業(yè)設(shè)備。 產(chǎn)品展望"Der kompakte， intelligente Stellungsregler (緊湊智能位置調(diào)節(jié) 器)"(ABB自動(dòng)化產(chǎn)品有限公司，印刷品編號(hào):50/18-19DERevA，2005年6月出版)公開了 一種用于氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的電子位置調(diào)節(jié)器。該位置調(diào)節(jié)器被設(shè)計(jì)為能夠安裝在氣動(dòng)調(diào)節(jié) 驅(qū)動(dòng)器上的電子器件箱的形式。該位置調(diào)節(jié)器是一種可參數(shù)化的、(最好借助現(xiàn)場(chǎng)總線)具 備通信能力的設(shè)備。功能重點(diǎn)在于，調(diào)節(jié)程序的運(yùn)行由微處理器控制，具有20ms的采樣率。 這里的額定值預(yù)先設(shè)定通過以雙導(dǎo)體技術(shù)設(shè)計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)總線連接端來實(shí)現(xiàn)。此外，位置調(diào)節(jié) 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(diào)節(jié)器所產(chǎn)生的控制 壓力進(jìn)一步傳導(dǎo)到氣動(dòng)位置調(diào)節(jié)器的控制腔的工作連接端。此外，還設(shè)置有針對(duì)由氣動(dòng)調(diào) 節(jié)驅(qū)動(dòng)器所操縱的開關(guān)單元的當(dāng)前位置實(shí)際值的傳感器輸入，其通過設(shè)置在開關(guān)單元上的 位置傳感器而獲得。調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的氣動(dòng)控制持續(xù)地利用后接有3門3路閥的I/P模塊來實(shí) 現(xiàn)。該3門3路閥盡可能成比例地允許調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的進(jìn)氣或排氣。位置調(diào)節(jié)器工作狀態(tài)的 參數(shù)化和觀察可以利用內(nèi)置的操作面板直接在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)，或者可以經(jīng)由基于總線協(xié)議的通 信連接端通過上級(jí)的控制單元集中實(shí)現(xiàn)。 由US2007/0045579A1得到了一種氣動(dòng)位置調(diào)節(jié)器，它被設(shè)計(jì)為帶有3門3路閥的 1/P模塊。3門3路開關(guān)功能可以實(shí)現(xiàn)輸送用于所連接的氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的控制壓力的工 作連接端的進(jìn)氣、關(guān)閉位置和排氣的開關(guān)位置。具備3門3路開關(guān)功能的電動(dòng)-氣動(dòng)閥門 具有兩個(gè)指向相反調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)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(gè)內(nèi)部控制腔，其中這兩個(gè)控制腔分配有一個(gè)共用的控制壓力連接端。其中的一個(gè)閉鎖元 件用于工作連接端的進(jìn)氣，而另一個(gè)閉鎖元件用于工作連接端的排氣。當(dāng)這兩個(gè)閉鎖元件 不工作時(shí)，該閥門處于關(guān)閉位置。 在進(jìn)行位置調(diào)節(jié)時(shí)，這樣的電動(dòng)_氣動(dòng)閥門提供與所輸送的氣動(dòng)調(diào)節(jié)值盡可能成 比例關(guān)系的電控制信號(hào)，其中在氣動(dòng)一側(cè)存在反作用的干擾量，這些干擾量是由設(shè)備的開 關(guān)單元處的力以及滯后效應(yīng)而引起的。此外，諸如溫度波動(dòng)、壓力波動(dòng)等的影響量會(huì)干擾理 想的比例關(guān)系。為了仍能實(shí)現(xiàn)盡可能線性的關(guān)系，位置調(diào)節(jié)器部分考慮到了以傳感技術(shù)所 確定的校正值。但由此可得到的結(jié)果往往不那么令人滿意。 一個(gè)重要的影響因素還造成了閥門機(jī)構(gòu)的滯后。為了實(shí)現(xiàn)高調(diào)節(jié)精度，需要了解調(diào)節(jié)信號(hào)應(yīng)該被改變多少，以克服滯后效 應(yīng)，從而使開關(guān)單元以所希望的方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是尤其在考慮滯后效應(yīng)的情況下對(duì)調(diào)節(jié)特征進(jìn)行分析，以確保盡可 能線性的高質(zhì)量調(diào)節(jié)。 該任務(wù)由權(quán)利要求1的前序部分所述方法出發(fā)，結(jié)合其特征部分所述的特征來解 決。關(guān)于與之相對(duì)應(yīng)的電子裝置參照權(quán)利要求7。權(quán)利要求9包含實(shí)現(xiàn)該方法的計(jì)算機(jī)程 序產(chǎn)品，其在所述電子裝置上執(zhí)行。 本發(fā)明給出了以下方法技術(shù)指導(dǎo)氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的電動(dòng)-氣動(dòng)閥門由交替信號(hào)
控制，使得調(diào)節(jié)回路通過閥門的交替進(jìn)氣和排氣圍繞要設(shè)置的位置額定值進(jìn)行振蕩，從而
克服氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器所存在的滯后效應(yīng)，其中同時(shí)通過傳感技術(shù)檢測(cè)在開關(guān)單元處所產(chǎn)生
的位置振蕩軌跡，從而尤其是為了確定位置調(diào)節(jié)的開放點(diǎn)而確定調(diào)節(jié)特征。 本發(fā)明所述解決方案的優(yōu)點(diǎn)尤其是在于，在正在進(jìn)行的位置調(diào)節(jié)操作期間能夠?qū)?br> 調(diào)節(jié)特征進(jìn)行分析，以識(shí)別出當(dāng)前影響調(diào)節(jié)的量，其能夠緊接著通過調(diào)節(jié)技術(shù)加以補(bǔ)償。根
據(jù)本發(fā)明的解決方案尤其是能夠識(shí)別出調(diào)節(jié)能夠以什么樣的開放點(diǎn)工作。其例如能夠?qū)﹄?br> 控制和開關(guān)單元的反應(yīng)之間的時(shí)間間隔以及反應(yīng)的陡峭程度作為調(diào)節(jié)特征的特性進(jìn)行分
析，其表明了主要的滯后特性的特點(diǎn)。在開關(guān)單元處所產(chǎn)生的位置振蕩的軌跡沿著時(shí)間軸
繪制，并構(gòu)成了分析基礎(chǔ)。由此可以識(shí)別出電控制信號(hào)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(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器操縱的設(shè)備中引起所希望的橫截面改變。根據(jù)本發(fā)明
的解決方案可以使氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的調(diào)節(jié)自動(dòng)適配于所驅(qū)動(dòng)的設(shè)備，從而可以避免為此目
的而進(jìn)行的手動(dòng)參數(shù)化和初始化。 為了提高測(cè)量精度，建議通過由位置傳感器所檢測(cè)到的多個(gè)所記錄的開關(guān)單元振 蕩周期形成一個(gè)平均值。為了消除系統(tǒng)起振所帶來的誤差，進(jìn)一步建議在形成所述平均值 時(shí)丟棄第一次振蕩的測(cè)量結(jié)果。通過形成平均值降低了隨機(jī)出現(xiàn)的使測(cè)量值出現(xiàn)錯(cuò)誤的誤差。 根據(jù)另一個(gè)改進(jìn)本發(fā)明的措施，建議為了產(chǎn)生開關(guān)單元的位置振蕩，針對(duì)閥門的
進(jìn)氣和排氣分別預(yù)先給定控制參數(shù)。由此始終能可靠地經(jīng)歷氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的滯后過程，
并能用最少的可能時(shí)間記錄下激勵(lì)值的軌跡。從而可以有利地縮短測(cè)量時(shí)間。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以將開關(guān)單元的下述位置點(diǎn)定義為位置調(diào)節(jié)的開放點(diǎn)該
位置點(diǎn)允許開關(guān)單元開始運(yùn)動(dòng)不比一個(gè)固定的最大允許時(shí)間慢，但是也不比一個(gè)固定的最
小允許時(shí)間快。其中所述最大允許時(shí)間相當(dāng)于調(diào)節(jié)速度，所述最小允許時(shí)間表示其精度。 作為另一個(gè)改進(jìn)本發(fā)明的措施，建議在開關(guān)單元進(jìn)行位置振蕩時(shí)測(cè)量在預(yù)定控制
下為克服氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的滯后效應(yīng)所需的時(shí)間。測(cè)得的時(shí)間值代表了調(diào)節(jié)特征的主要特
征量。用于克服滯后效應(yīng)的時(shí)間例如相當(dāng)于開關(guān)單元從保持靜止到開始運(yùn)動(dòng)的時(shí)間間隔，
并且其在調(diào)節(jié)技術(shù)上的考慮對(duì)于能夠線性地以高調(diào)節(jié)質(zhì)量對(duì)設(shè)備的實(shí)際打開橫截面進(jìn)行
調(diào)整起到?jīng)Q定性作用。 前面總體上描述的方法可作為用于確定調(diào)節(jié)特征的程序體現(xiàn)為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品， 它由相應(yīng)包含在軟件中的控制指令轉(zhuǎn)換而成，并在電子調(diào)節(jié)單元內(nèi)執(zhí)行。就此而言，該電子調(diào)節(jié)單元包括至少一個(gè)帶有存儲(chǔ)單元的微處理器，所述存儲(chǔ)單元用于保存所述軟件以及 至少對(duì)運(yùn)行產(chǎn)生影響的參數(shù)。該電子調(diào)節(jié)單元是氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的閉合調(diào)節(jié)回路的組成部 分，可以作為位置調(diào)節(jié)器最好直接在用于操縱與之相連的設(shè)備的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器處設(shè)置在電子 裝置中。


下面整體上通過借助附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的說明詳細(xì)描述對(duì)本發(fā)明加以 改進(jìn)的其它措施。如圖所示 圖1是設(shè)備的氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的側(cè)面示意圖，以及 圖2是由氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的位置傳感器測(cè)得的在開關(guān)單元處所產(chǎn)生的位置振蕩 軌跡的圖示。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)圖l，在一個(gè)這里僅示意性示出的工藝技術(shù)設(shè)備的管路1中以基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方式 置入了一個(gè)處理閥形式的設(shè)備2。該設(shè)備2在其內(nèi)部具有一個(gè)與閥座3共同作用的關(guān)閉體 4，用于控制流過的處理介質(zhì)5的量。關(guān)閉體4由氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器6通過一個(gè)作為往復(fù)拉桿 的開關(guān)單元7線性地驅(qū)動(dòng)。 氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器6通過軛8與設(shè)備2相連。在軛8上還設(shè)置了一個(gè)電子模塊形式 的位置調(diào)節(jié)器9。 通過位置傳感器10，開關(guān)單元7的往復(fù)運(yùn)動(dòng)被報(bào)告給位置調(diào)節(jié)器9。所檢測(cè)到的 往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過調(diào)節(jié)單元12與保存在存儲(chǔ)單元11中的、從外部引入的額定值進(jìn)行比較，并且 根據(jù)所確定的調(diào)節(jié)偏差來操控調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器6。位置調(diào)節(jié)器9的調(diào)節(jié)單元12具有一個(gè)作為 1/P轉(zhuǎn)換器的電動(dòng)-氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥門13，用于將電調(diào)節(jié)偏差轉(zhuǎn)換成等效的控制壓力。調(diào)節(jié)單 元12的電動(dòng)-氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥門13通過壓力介質(zhì)導(dǎo)管14與調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器6相連。在調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng) 器6內(nèi)部，通過經(jīng)由壓力介質(zhì)導(dǎo)管19輸送的控制壓力被施加到一個(gè)位于內(nèi)部的、這里不能 進(jìn)一步看出的開關(guān)膜片上，該開關(guān)膜片驅(qū)動(dòng)開關(guān)單元7。 為了實(shí)現(xiàn)盡可能高的調(diào)節(jié)質(zhì)量，可通過調(diào)節(jié)單元12對(duì)尤其是由氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器6 的滯后效應(yīng)所表示的調(diào)節(jié)特征加以考慮，該調(diào)節(jié)特征為了進(jìn)行初始化而被校準(zhǔn)。為此目的， 電動(dòng)-氣動(dòng)閥門13通過調(diào)節(jié)單元12用交替信號(hào)來控制，使得調(diào)節(jié)回路通過閥門13的進(jìn)氣 和排氣交替圍繞一個(gè)要設(shè)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(cè)量，以便克服氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器6所存在的滯后效應(yīng)。同時(shí)，位置傳感器10測(cè)量開關(guān)單 元7處所產(chǎn)生的位置振蕩的軌跡。這樣記錄的振蕩被傳送到調(diào)節(jié)單元12的輸入側(cè)，該調(diào)節(jié) 單元對(duì)氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器6中當(dāng)前存在的調(diào)節(jié)特征進(jìn)行分析，以便尤其是檢驗(yàn)進(jìn)氣和排氣的 位置調(diào)節(jié)的所設(shè)置的開放點(diǎn)。就此而言，實(shí)現(xiàn)了具備3門3路開關(guān)功能的電動(dòng)-氣動(dòng)閥門 13，其具有進(jìn)氣、關(guān)閉位置和排氣的開關(guān)位置。 圖2示出了在開關(guān)單元處所產(chǎn)生的位置振蕩的軌跡。這里的開關(guān)單元保持在50% 打開程度的位置處，該開關(guān)單元通過交替信號(hào)而圍繞這個(gè)位置進(jìn)行振蕩，使得開關(guān)單元處 的位置傳感器對(duì)所示的軌跡進(jìn)行測(cè)量。相應(yīng)地示出了短暫的排氣階段和緊接著的短暫的進(jìn) 氣階段之間的時(shí)間過程。
上部的區(qū)域A1對(duì)應(yīng)于閥門排氣階段，而下部的區(qū)域A2對(duì)應(yīng)于閥門進(jìn)氣階段。由 此使得開關(guān)單元作這樣的振蕩運(yùn)動(dòng)其超出開關(guān)滯后范圍+/_0.5%。同時(shí)，在開關(guān)單元處 如此產(chǎn)生的位置振蕩的軌跡借助傳感技術(shù)通過氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的位置傳感器被檢測(cè)，由此 確定尤其是用于確定位置調(diào)節(jié)的正確開放點(diǎn)的調(diào)節(jié)特征。為了得到精確的分析結(jié)果，對(duì)多 個(gè)所記錄的振蕩周期加以考慮，其中排除了受到系統(tǒng)起振干擾的第一個(gè)振蕩周期，從而形
成一個(gè)-平均值。附圖標(biāo)記列表
1管路2設(shè)備3閥座4關(guān)閉體5處理介質(zhì)6氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器7開關(guān)單元8軛9位置調(diào)節(jié)器10位置傳感器11存儲(chǔ)單元12調(diào)節(jié)單元13閥門14壓力介質(zhì)導(dǎo)管
權(quán)利要求
一種用于檢驗(yàn)電動(dòng)-氣動(dòng)閥門(13)的控制參數(shù)的方法，該方法被用在對(duì)由此操縱的設(shè)備(2)的氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器(6)的開關(guān)單元(7)進(jìn)行位置調(diào)節(jié)的閉合調(diào)節(jié)回路中，其特征在于，所述電動(dòng)-氣動(dòng)閥門(13)由具有確定幅值的交替信號(hào)控制，使得調(diào)節(jié)回路通過閥門(13)的交替進(jìn)氣和排氣圍繞要設(shè)置的位置額定值進(jìn)行振蕩，從而克服氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器(6)所存在的滯后效應(yīng)，其中同時(shí)通過傳感技術(shù)檢測(cè)在開關(guān)單元(7)處所產(chǎn)生的位置振蕩的軌跡，由此確定調(diào)節(jié)回路針對(duì)所設(shè)定的幅值的特征，以便確定是否找到了適合于調(diào)節(jié)回路的開放點(diǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于，通過多個(gè)所記錄的開關(guān)單元(7)的振蕩周期形 成一個(gè)平均值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，在形成平均值時(shí)不考慮第一次振蕩的結(jié)果。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于，為了產(chǎn)生位置振蕩，針對(duì)閥門(13)的進(jìn)氣和排 氣分別預(yù)先給定控制參數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于，將下述位置點(diǎn)定義為位置調(diào)節(jié)的開放點(diǎn)該位 置點(diǎn)允許開關(guān)單元(7)開始運(yùn)動(dòng)不比一個(gè)固定的最大允許時(shí)間慢，但是也不比一個(gè)固定的 最小允許時(shí)間快。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于，在開關(guān)單元(7)進(jìn)行位置振蕩時(shí)測(cè)量在預(yù)定控 制下為克服氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器(6)的滯后效應(yīng)所需的時(shí)間。
7. —種用于檢驗(yàn)位置調(diào)節(jié)器(9)的電動(dòng)-氣動(dòng)閥門(13)的控制參數(shù)的電子裝置，所述 位置調(diào)節(jié)器用于驅(qū)動(dòng)設(shè)備(2)的氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器(6)的開關(guān)單元(7)，其特征在于，調(diào)節(jié)單元(12)用具有確定幅值的交替信號(hào)控制電動(dòng)-氣動(dòng)閥門(13)，使得調(diào)節(jié)回路通 過閥門(13)的交替進(jìn)氣和排氣圍繞要設(shè)置的位置額定值進(jìn)行振蕩，從而克服氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū) 動(dòng)器(6)所存在的滯后效應(yīng)，其中同時(shí)位置傳感器(10)檢測(cè)在開關(guān)單元(7)處所產(chǎn)生的位 置振蕩的軌跡，由此調(diào)節(jié)單元(12)確定調(diào)節(jié)回路針對(duì)所設(shè)定的幅值的特征，以便確定是否 找到了適合于調(diào)節(jié)回路的開放點(diǎn)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其特征在于，所述電動(dòng)-氣動(dòng)閥門(13)具備3門3路開關(guān) 功能，具有進(jìn)氣、關(guān)閉位置和排氣的開關(guān)位置。
9. 用于如權(quán)利要求7所述電子裝置的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其可根據(jù)權(quán)利要求1至6之 一所述的方法工作，其中用于確定調(diào)節(jié)特征的程序通過相應(yīng)包含在軟件中的控制指令來實(shí) 現(xiàn)。
10. 帶有如權(quán)利要求9所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的數(shù)據(jù)載體。
全文摘要
用于檢驗(yàn)電動(dòng)-氣動(dòng)閥門(13)的控制參數(shù)的方法和電子裝置，其被用在對(duì)由此操縱的設(shè)備(2)的氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器(6)的開關(guān)單元(7)進(jìn)行位置調(diào)節(jié)的閉合調(diào)節(jié)回路中，其中所述電動(dòng)-氣動(dòng)閥門(13)由具有確定幅值的交替信號(hào)控制，使得調(diào)節(jié)回路通過閥門(13)的交替進(jìn)氣和排氣圍繞能夠調(diào)整的位置額定值進(jìn)行振蕩，從而克服氣動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器(6)所存在的滯后效應(yīng)，其中同時(shí)通過傳感技術(shù)檢測(cè)在開關(guān)單元(7)處所產(chǎn)生的位置振蕩的軌跡，由此確定調(diào)節(jié)回路針對(duì)所設(shè)定的幅值的特征，以便確定是否找到了適合于調(diào)節(jié)回路的開放點(diǎn)。
文檔編號(hào)F15B19/00GK101782091SQ20101000352
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月14日
發(fā)明者H·克雷瑟 申請(qǐng)人:Abb技術(shù)股份公司