閥門定位器是一種用于通過確保精確定位來加強閥門控制。在基本設置中，過程控制器 在基本設置中，過程控制器直接向執行器發送信號以移動閥門、 但這種方式速度較慢，而且容易發生偏移，從而限制了精度。在應用中 在需要頻繁調整或高精度的應用中，閥門定位器有助于 實現快速準確的響應。

定位器是過程控制器和執行器之間的接口 定位器作為過程控制器和執行器之間的接口，監控閥桿以檢測其準確位置。其準確位置。它從控制器接收輸入信號，并向執行機構發送輸出信號。輸出信號到執行機構，確保閥門的精確移動。

調節閥定位器的基礎知識

閥門定位器是一種調節控制閥執行器氣壓的裝置，可使閥桿的位置與控制器的輸出信號精確對齊。這有助于保持閥門的精確定位，尤其是在處理多變的工藝條件時。

定位器通常安裝在線性控制閥氣動執行器的側軛或頂部外殼上，或者旋轉閥的軸端附近。它們與閥桿或軸機械連接，可將實際閥門位置與控制器設定的位置進行比較。當控制器發送調整閥門的信號時，定位器的反饋連桿會感應并確認閥門的新位置和移動幅度。

定位器對于保持整個閥門沖程的連續控制至關重要，可使閥門的位置與控制信號緊密匹配。但是，在具有與閥門位置成比例的快速過程反饋的應用中，可能不需要定位器，因為控制器可以直接調節執行器的力來控制閥門的運動。

調節閥中定位器的用途

調節閥的定位器用于精確調節閥的位置，以達到工藝變量（如流量、溫度或壓力）的預定點。定位器可確保閥門準確響應控制信號，實現比單獨直接控制更快、更精確的調節。

下文將介紹定位器的優點、三種主要定位器的基本概念以及制造商提供的替代方案。

定位器如何工作？

為了確保閥門根據控制信號（通常來自過程控制器）準確定位，閥門定位器是一種安裝在控制閥執行機構上的裝置。它通過改變驅動執行機構的液壓或氣壓來保持對閥門位置的精確控制。

定位器可確保閥門精確地移動到控制器信號所指定的位置，同時考慮到作用在閥門上的任何阻力、摩擦力或外力。

定位器的分步功能：

安裝和設置

直行程閥門： 在線性控制閥上，定位器通常安裝在執行器的軛或頂部外殼上，用于監控閥桿的線性行程。

角行程閥門： 對于旋轉控制閥，定位器安裝在執行器頂部或旁邊，并與閥門和執行器閥桿對齊，以測量旋轉度。

接收控制信號

過程控制器持續監控過程變量（如溫度、壓力、流量），并將其與所需的設定點進行比較。如果出現偏差，控制器就會向定位器發送輸入信號。該信號可以是氣動、電子或數字信號，具體取決于定位器的類型。

比較和調整位置

定位器將實際閥門位置與控制信號指示的理想位置進行比較。它檢測當前閥門位置與期望位置之間的差值（稱為誤差）。然后，定位器將其輸出調整至執行器，從而增加或減少用于移動閥門的力。

反饋機制

定位器有一個反饋機制，可能是機械式的，也可能是電子式的，可以持續跟蹤閥桿或軸的位置。通過這些反饋信息，定位器可以確認閥門的移動是否符合預期，并在必要時進行進一步調整。隨著閥門的移動，定位器會收到最新的位置反饋，并繼續進行調節，直到閥門達到控制裝置指定的準確位置。

平衡閥門位置

閥門到達所需位置后，定位器會在執行器上保持平衡壓力，使閥門穩定在該位置。如果出現任何進一步的偏差，定位器將迅速做出反應，再次糾正位置，確保與控制信號保持一致。

定位器類型

定位器主要有三種類型：

1）氣動閥定位器： 

純粹通過氣動信號來控制執行器。

2）電-氣（EP）閥門定位器：

接收來自控制器的電信號，并將其轉換為執行器的氣動信號。

3）數字閥門定位器： 

使用數字通信進行精確控制，通常具有高級診斷和遠程監控功能。

氣動閥門定位器

氣動閥門定位器是一種通過接收和解釋來自過程控制器的氣動信號來控制控制閥執行器位置的設備。控制器發送一個低壓空氣信號（通常在 3-15 psi 或 6-30 psi 范圍內），代表基于過程變量（如溫度、流量、壓力）的所需閥門位置。氣動定位器調節執行機構的氣壓，以確保閥門打開或關閉到控制器信號指定的準確位置。

氣動閥門定位器的工作原理

接收輸入信號

氣動定位器與分布式控制系統 (DCS) 或可編程邏輯控制器 (PLC) 等控制器相連，控制器通過 I 至 P 轉換器發送可變氣壓信號。輸入信號通常在標準范圍內（如 3-15 psi），根據當前工藝條件指示所需的閥門位置。

比較期望位置和實際位置

定位器與閥桿或閥軸機械連接，可持續監控閥門的實際位置。在定位器內部，當前閥門位置與輸入信號指定的位置之間會進行比較。如果兩者之間存在任何差異，定位器會將其視為需要糾正的錯誤。

調整執行機構的氣源

為了校正閥門位置，定位器會調節提供給執行器的氣壓。通過增大或減小氣壓，定位器驅動執行機構朝正確方向（打開或關閉）運行，直到閥門到達與控制器輸入信號相對應的位置。

反饋回路和精細控制

氣動閥門定位器有一個反饋回路，在執行器響應時監控閥門的運動。當閥門接近目標位置時，反饋機制會指示定位器逐步調整氣壓，確保其穩定在所需的設定值上。這可確保閥門位置保持穩定和準確，與輸入信號緊密匹配。

電-氣動 (EP) 定位器

電-氣動 (EP) 定位器也稱為模擬定位器，是一種通過將電氣控制信號轉換為氣動信號來控制氣動閥門執行機構位置的裝置。定位器接收來自過程控制器（如集散控制系統 (DCS) 或可編程邏輯控制器 (PLC)）的電輸入（通常為 4-20 mA 或 0-10 VDC），并將此信號轉換為比例氣動輸出。然后，氣動信號根據控制信號指示執行器準確定位閥門。

電-氣（EP）定位器工作原理

接收電信號：

EP定位器接收連續的電信號，通常在 4-20 mA 或 0-10 VDC 范圍內，根據過程條件（如流量、壓力或溫度）反映所需的閥門位置。由于許多現代控制系統都使用電子信號，因此 EP 定位器在電子控制器和氣動執行器之間架起了橋梁。

將電信號轉換為氣動輸出：

在 EP 定位器內部，電信號被轉換成相應的氣動信號。這種轉換通常通過定位器內的 I/P（電流-壓力）轉換器實現。對氣動輸出進行微調，以滿足執行器的要求，提供準確定位閥門所需的氣壓。

驅動閥門執行機構：

EP 定位器將氣動信號傳送到執行器，執行器根據控制信號的指示調整閥門位置。定位器持續監控閥門位置，并對氣動輸出進行微調，使閥門保持在控制信號命令的準確位置。

數字閥門定位器

數字閥門定位器是一種先進設備，用于通過接收來自過程控制器的數字或模擬信號來控制氣動閥門執行機構。與電-氣動 (EP) 定位器類似，它將電氣控制信號轉換為氣動信號，以驅動執行機構。不過，數字閥門定位器也被稱為 “智能定位器”，它集成了微處理器，可實現更復雜的控制和監控功能。

數字閥門定位器的工作原理

接收控制信號

定位器接收電氣控制信號，通常采用 4-20 mA 信號或 HART、PROFIBUS 或 Foundation Fieldbus 等數字協議形式。這些數字信號可實現雙向通信，使控制器不僅能指示定位器，還能接收有關閥門性能和診斷數據的實時反饋。

信號轉換和閥門位置控制

數字定位器使用微處理器來解釋控制信號，而不是依靠梁、凸輪或擋板等傳統機械部件（如 EP 定位器）。微處理器將輸入信號精確地轉換成氣動信號，并將精確的氣壓調節發送到執行器。這樣，即使在復雜的工藝條件下，閥門定位也會更加可靠和精確。

先進的診斷和監控

數字定位器可持續收集有關閥門位置、執行器性能和其他參數的數據，使其能夠執行診斷，并提醒用戶注意磨損、泄漏或性能下降等潛在問題。這些數據可傳送回控制器，從而實現預測性維護，減少意外停機時間。

增強的用戶功能

數字定位器通常具有直觀的編程和校準功能，通常采用按鈕和顯示屏等簡單界面，便于設置和手動操作。西門子 PS2 等許多型號的定位器耗氣量低，僅在需要調整時才使用空氣。這種設計有助于降低與空氣產生、維護和材料使用相關的運行成本。

示例：西門子 PS2數字定位器

比如，西門子 PS2 是一種廣泛使用的數字式閥門定位器，以其多功能性和高效率而著稱。主要特點包括：

操作靈活：PS2 既可手動操作，也可電子操作，以適應各種工藝要求。

校準簡單： 配備用戶友好界面，只需按幾個按鈕即可進行設置和校準。

通信協議和外殼選項： PS2 支持多種通信協議（如 HART、PROFIBUS），可安裝在適合各種環境需求的外殼中。

耗氣量低： 它最大限度地減少了空氣使用量，從而節省了與空氣供應和維護相關的成本。

電動閥門控制器

電動閥門控制器是一種先進的解決方案，它結合了閥門定位器的定位功能和專為石油天然氣行業設計的附加控制功能。

它結構緊湊、用戶友好，可遠程監控和精確控制閥門操作，提高生產效率和精度。控制器可管理各種控制任務，如背壓控制、吸氣控制、壓差控制和高低間隙控制，以確保最佳的系統性能。通過簡單的 3 按鈕界面，操作員可以輕松地在現場進行設置和調整。

此外，電動閥門控制器還支持遠程監測和控制，使操作員能夠監督閥門性能并進行調整，而無需親臨現場。這減少了人工干預，提高了安全性，增加了操作靈活性，尤其是在石油和天然氣生產中常見的偏遠或危險地區。

為控制閥安裝閥門定位器的原因

更精確的控制

閥門定位器通過持續監控和調整閥門的準確位置來實現精確控制。這可確保更好的控制，尤其是在閥門行程的下半部分，因為在這部分更容易出現誤差。

更快的控制響應

定位器可使控制閥對過程變量的變化做出更快的反應，減少系統在所需設定點之外運行的時間，這對保持穩定和生產率至關重要。

穩定的閥門位置

即使控制閥上的壓差發生變化，定位器也能保持穩定的閥門位置。這有助于最大限度地降低壓力波動造成的控制回路不穩定性。

更靈活的配置和功能

定位器使系統設計更加靈活，實現了控制器與閥門的分離。它們支持使用隔膜和活塞控制執行器，并能在直接和反向控制動作之間切換或改變流量特性。

減少摩擦效應

通過最大限度地減少閥桿填料中的摩擦，定位器可減少遲滯和死區，而遲滯和死區是降低系統生產率和精度的因素。

摩擦最小化

定位器可有效減輕閥桿填料的摩擦影響，從而有助于消除遲滯等問題，尤其是在使用石墨等高溫填料時。

提高 4-20mA 信號的使用率

定位器支持直接安裝在閥門上的 I/P（電流-壓力）轉換器，使其更容易與 4-20 mA 電子信號集成，從而實現更好的控制。

提高精度

定位器可補償執行器彈簧率的變化，從而提高閥門運動的分辨率和精度，執行器彈簧率的波動可高達 ±8%。

增加響應時間

通過提高控制閥對工藝變化的響應速度，定位器可加快加載和排氣速度，這在動態系統中尤為重要。

補償流量引起的反應

定位器可消除壓降較大時產生的內力不平衡，從而確保更穩定的操作和更好的閥門控制。

提高靈活性

定位器使活塞式執行機構能夠使用高儀表供氣壓力，為各種應用提供了更多選擇。

選擇非匹配執行器工作臺套件范圍

定位器允許選擇與信號輸入不直接匹配的執行器工作臺設定范圍，從而為更復雜的系統設置（如多重比率）提供便利。

實現分段量程

定位器允許兩個閥門使用一個控制器，從而實現了分段量程。這對于需要兩個控制范圍（如4-12mA 和12-20mA）的應用非常有用。

表征凸輪

定位器便于集成特性凸輪，可將角行程控制閥的固有特性調整為所需的成型特性，以實現更好的流量控制。

克服閥座摩擦

定位器有助于克服閥座摩擦效應，特別是在閥門行程低于 10% 時，這對角行程控制閥在 “關閉 ”位置附近的精確節流非常重要。

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