阀门智能定位器软件设计

基于HART协议的低功耗阀门智能定位器是一种可以远程进行组态和控制的数字式现场设备，同时也可以通过人机接口在现场进行调试。整个定位器系统的运行状态分为自动模式、手动模式、组态模式三种。三种状态间的转换可由系统的功能键进行切换。

1、系统工作时的信号流

自动模式是阀门智能定位器的主要工作方式，自动模式下的系统采用闭环控制，系统对设定值和反馈值进行一系列处理后，调用相应控制算法，控制算法的输出直接驱动压电阀，从而实现对阀位的自动跟踪控制。设定信号和反馈信号的两条不同的通路：一是对设定信号的处理，包括输入范围、作用类型选择、分程控制、流量特性、自动密闭、输入延迟等；二是对阀位反馈信号的处理，包括非线性反馈修正、手动行程设定修正、阀位限制等。

处理后的信号在自整定过程中被同时传入自整定模块，系统通过对这些实时信息的分析，通过计算获得所需运行时参数；在系统处于自动模式和手动模式时，处理后信号被送到控制算法单元，控制算法根据偏差大小及当前阀位位置计算出PWM控制脉冲的占空比及控制周期，进而驱动压电陶瓷阀，实现对气路的闭环控制。

2、运行时参数自整定

传统定位器，整定组态参数时非常繁琐。每个参数都需要进行反复调整，费时费力。阀门智能定位器通过微控制器，做到大部分参数可自动判定。在定位器安装和调试的过程中，用户只需进行很少的设定，实现了整定过程的自动化。运行时参数自整定过程中主要进行以下几个步骤：①确定执行机构作用方向。②确定执行机构的零点和行程。③泄漏量测试。④确定小化定位增量。⑤瞬时优化响应。

3、带死区的五步开关控制算法

五步开关控制算法首先得到控制量与反馈量的偏差，并对偏差进行分类，偏差较大时，进行粗调；偏差较小时，则输出连续脉冲进行准确调节。由于振动将使阀门智能定位器进行无休止的准确调节状态，这势必影响调节阀的使用寿命，死区设置使上述问题得到很好解决；另外，还需进行阀门禁闭功能的设置，以避免阀门关不死，即阀门汽缸中有残余的压力。算法首先根据当前误差的大小计算出PWM控制波形的占空比，然后根据误差的正负进行充放气的识别，并调用相应的功能函数直接对压电阀进行充、放气控制。

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