METSO阀门定位器原理

Metso阀门ND9000 定位器工作原理
ND9000是一种先进的全智能式阀门定位器，适用于所有工业领域的各种控制阀的气缸。

它具有独特的诊断功能和无可比拟的性能，并且在整个运动过程中得到Metso FieldCare软件的支持。

ND9000是系列代号，“9”指的是ND9000系列，“10”指的是外壳安全级别为“Standard IP66/NEMA 4×”，“H”指的是支持HART 通讯协议和所定义的输入信号范围（4-20mA）。

我公司使用控制器的具体型号是ND9102、ND9103、ND9106，其中2、3、6指的是滑阀的型号。

1. 工作原理
ND9100H是一种基于微处理器技术的智能阀门控制器，采用4-
20mA的供电回路，使用HART手操器操作设备时支持最低3.6mA输入信号。

就地操作可以使用控制器的本地用户界面，远程操作需要一台安装有FieldWare软件的电脑，且须连接到ND9100H本体或控制回路中。

阀位由功能强大的32位微处理器控制，相关的测量参数有输入信号、带无触点传感器的阀位、执行器压力（2个独立的测量值）、气源压力、滑阀（spool valve）、设备温度。

先进的自诊断技术保证全部测量功能正常工作。

当输入信号和阀位测量均正常时，其它任意测量的失灵不会导致阀门失灵。

电气信号连接和到气缸的气源连接完成之后，微处理器（µC，参看图5-1，下同）读取输入信号、位置传感器测量值（α）、压力传感器测量值（Ps、P1、P2）和滑位传感器测量值（SPS）。

嵌入µC中的控制算法检测到输入信号与α发生偏差后，以分别来自输入信号和传感器的数据为依据，计算一个新值并送入前置级（PR）线圈电路。

改变输入到PR的电流相应改变通向滑阀的控制压力。

减小了的控制压力使滑阀阀芯产生位移，相应地改变了执行器的压力。

阀芯开启后，气体流向双
薄膜执行器的驱动侧，并从执行器另一侧排出。

逐渐增大的压力就会使薄膜产生位移，驱动执行器和反馈杆或轴顺时针旋转。

位置传感器（α）测量旋转量并送到µC 中。

运用控制算法，µC 开始调整PR 中的电流，从一种稳态开始，直到产生的新值使得执行器状态达到输入信号值应对应的状态为止。

设定值改变后定位器的动作
1、首先是微处理器uc 读取设定值TPOS 、位置传感器@、三个压力传感器P 和滑阀位置传感器SPS 的测量值。

2、控制算法计算出设定值TPOS 和测量值POS 的差值，根据这个差值换算出电流值设定给前置单元PR 。

F1 A1 F2 A2
节流阀 3个压力传感器测量值P2、
Ps 、P1
微处理器µC
位置传感器测
量值α
滑位传感器测量
值（SPS ）
前置级（PR ）线
圈电路
3、前置单元上改变的电流在磁场中产生力的作用，进而调节挡板与喷嘴间的距离，而改变滑阀的先导压力。

4、先导压力的改变导致滑阀动作，使空气进入执行机构。

5、执行机构单侧压力增加推动活塞从而带动阀门的转动。

6、这个过程将持续到阀门到预定的开度。

滑阀动作
1.弹簧侧的面积为A1.A1的直径为12mm,面积为
π*12*12/4=113.04mm2
2.sps侧的面积为A2.A2的直径为 16mm,面积为
π*16*16/4=200.96mm2
当气源的压强为P=6Bar时,
F1=P*A1 F2=P*A2
总体的平衡关系是:
F1+F弹簧=F2+F摩擦
( F弹簧大小固定不变,F摩擦的大小固定不变,F1的大小只决定于气源的压强,F2的大小也是由气源的压强来决定,但是
F2侧有PR可以调整F2侧的压强.)
当3位5通的电磁阀位于中间位置时,阀门的位置处于保持的状
态,使电磁阀位于中间位置的条件是:F1+F弹簧=F2+F摩擦
但是由于电磁阀两端的面积不一样大,所以在非弹簧侧加了一个
PR来调整出气孔的大小,进而达到减小压强的目的,压强小了,压力也就小了,这样就实现了F1+F弹簧=F2+F摩擦.
当3位5通电磁阀的阀芯需要向下移动时,也就是让阀门关闭时,PR将出气孔的间隙增加,让非弹簧侧的压强减小,面积A2不变,F2压力也减小,实现F1+F弹簧> F2+F摩擦,阀芯就会向下运动,阀门关闭(顺时针运动).
当3位5通电磁阀的阀芯需要向上移动时,也就是让阀门打开时，PR将出气孔的间隙减小,让非弹簧侧的压强增加,面积A2不变,F2压力也增大,实现F1+F弹簧< F2+F摩擦,阀芯就会向上运动,阀门打开(逆时针运动).
压力的平衡,其实就是由PR 来控制的,所以PR在不调节阀门开度时,需要一直排气,降低非弹簧侧的压强,降低非弹簧侧的压力,因为非弹簧侧的A2比较大一些,所以在压强一样的情况下非弹簧侧的压力大,经过PR的调节后,可以达到平衡,所以阀门就可以保持一定的开度不变,直到收到变化位置信号.
原理图中的节流阀的作用是:限制PR里经过排气孔排气的流
量.(节流阀的原理是:通过改变流通面积或者改变流通长度实现流量的调节,对压强的损失很小.)。