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智能型非侵入式阀门电动装置自动试验台的设计 廖正龙，夏继强，满庆丰 北京航空航天大学机械工程及自动化学院 北京（100083 ） Email：Liaozhenglong@ 摘要：本文介绍了智能型非侵入式阀门电动装置（以下简称智能电装）自动试验台的体系结 构，论述了其工作原理，提出了模拟产品的实际使用工况测量计算相关参数的方法。同时， 针对实际研制过程中出现的问题制定了相对可靠的通讯协议。实际应用证明，此自动试验台 抗干扰能力强，获取的产品的各项参数比较准确。 关键词：智能型非侵入式阀门控制装置 自动试验台 可靠性设计 中图分类号：TP271 1、 引言 阀门作为管道控制系统中的重要组成部分，广泛应用于石油、化工、冶金等 行业。大部分阀门是通过阀门电动装置来控制的，而当前国内阀门电动装置由于 其控制器控制方式落后，智能化、数字化程度不高，致使电动装置存在着控制精 度不高，接线、操作复杂，故障检测功能不健全，不能远程控制等一系列问题[1] 。 作为新型阀门电动装置，智能电装在机电结构和控制方式上有较大改进：由 于实现了非侵入，即电动装置参数设定，就地控制的操作等都实现了外部与内部 完全非贯通隔离，因此可获得更高等级的防爆、防护性能（具体防爆等级可由原 来的d ⅡBT4 提升为d ⅡCT6，防护等级可由原来的IP65 提升为IP68 或IP69 ）；又 因其具有智能化的特点，由原来的机械开关式行程、转矩、开度机构升级为数字 电子式行程、转矩、液晶开度机构，并将数字信号在以单片机为核心的基础上实 现产品智能化、程序化。丰富了产品的控制功能，简便了调试操作工作。智能电 装本身的特点使得其控制功能更强、控制精度更高，并真正实现了阀门控制由传 [2] 统继电器控制阶段向计算机智能化控制阶段的跨越 。 但由于阀门的功能不同和组配件以及装配工艺的差别，作为其控制装置的智 能电装不能以一概全，必须针对每一台智能电装进行相关参数的标定和验证试 验，才能确定智能电装的合理参数，达到良好的控制效果，即每台智能电装需要 定制一套独立的控制程序。如果试验工作和程序定制工作均由人工完成，则工作 繁琐，容易出错，效率低下且获得的参数很难满足实际控制需要。本文针对这一 现象，设计开发了智能电装自动试验台，并在设计研制过程中对智能电装的控制 方法提出了改进意见。 2、 自动试验台的功能特点 根据智能电装的相关控制功能以及企业管理要求，本文设计的自动试验台具 有以下功能： 1 2.1 对智能电装进行相关参数标定 智能电装对阀门进行控制，控制指标有两种：行程控制（位置控制）和力矩 控制。在行程控制方面，智能电装采用的是 25 位多圈绝对值编码器，通过绝对 值编码器实时测量当前输出轴的位置。由于在电机停止后，输出轴还有一定的惯 性，会按照原来的方向继续旋转一段，为了使控制精度更高，采用了位置惯性补 偿，即在产品交付使用前通过试验的方法确定由于惯性产生的过冲量，并将获得 的过冲量以一个参数的形式写入到控制程序中；在力矩控制方面，经过一系列的 试验，确定并采用了直线插补的算法。即通过一系列试验确定力矩与控制电压的 关系，将拟合直线的斜率和零点作为参数写入控制程序。 自动试验台的一项基本功能就在于，使用电量自动控制代替人工手动控制自 动地完成一系列试验并获得准确的参数值。 2.2 测绘智能电装的加载特性曲线 目前采用的直线插补的方法，智能电装在力矩控制时都尽量使用可控范围的 中间段，能达到精度要求，但是对于一些特殊场合，需要使用智能电装力矩可控 范围两端的力矩控制，直线插补的方法就需要进行更为细致的分段，在整个控制 范围内使用多段折线插补，才可能满足精度要求。因此，自动试验台为测绘智能 电装的加载特性曲线，以提供多段折线插补理论依据，加入了这项功能。 2.3