概述工業(yè)過(guò)程控制的工廠往往由成百甚至上千個(gè)控制回路組成，每一個(gè)控制回路都會(huì)接受或從內(nèi)部產(chǎn)生干擾，對(duì)過(guò)程變量產(chǎn)生決定性的影響。不同回路之間的相互作用也會(huì)產(chǎn)生影響過(guò)程變量的擾動(dòng)。各種傳感器和變送器收集過(guò)程變量的信息，控制器接受這些信息并進(jìn)行處理，使得過(guò)程變量在負(fù)載擾動(dòng)發(fā)生后恢復(fù)到它的正常范圍。所有的測(cè)量、比較、計(jì)算工作完成后，必須由終端控制元件來(lái)執(zhí)行控制器所選擇的控制策略。控制回路中zui常用的終端控制元件就是控制閥。控制閥調(diào)節(jié)流動(dòng)的流體，如氣體、蒸汽、水或化學(xué)混合物，以補(bǔ)償負(fù)載擾動(dòng)并使得被控制的過(guò)程變量盡可能地靠近需要的設(shè)定點(diǎn)。閥門定位器與數(shù)字式控制系統(tǒng)一起作用時(shí)，可以提供很高的定位精度以及對(duì)過(guò)程干擾的更加迅速的響應(yīng)。基于微處理的定位器，提供了與普通二級(jí)定位器相同的動(dòng)態(tài)性能，并且具有閥門監(jiān)視和診斷功能，有助于確保zui初的優(yōu)良性能不會(huì)隨著使用而下降。定位器可分為氣動(dòng)式、模擬式、數(shù)字式3種類型。其中數(shù)字式定位器又分為數(shù)字不通信式、HART式和現(xiàn)場(chǎng)總線式3種。數(shù)字不通信式定位器輸入4～20mA電流信號(hào)輸入，驅(qū)動(dòng)電子模塊并控制輸出。HART式與數(shù)字不通信式定位器相同，但它能夠在用于傳輸模擬信號(hào)的導(dǎo)線上進(jìn)行雙向數(shù)字通信。現(xiàn)場(chǎng)總線式定位器接受數(shù)字信號(hào)并使用數(shù)字式電子線路配合機(jī)械部件來(lái)定位閥門，全數(shù)字控制信號(hào)取代模擬控制信號(hào)，可進(jìn)行雙向數(shù)字通信。把軟件命令植入定位器存儲(chǔ)模塊的能力代表著數(shù)字式與模擬式I/P定位器層次之間的真正區(qū)別。這種能力可以實(shí)現(xiàn)閥門的自動(dòng)組態(tài)和設(shè)置，實(shí)現(xiàn)雙向通信以進(jìn)行過(guò)程、閥門和儀表的診斷。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)總線式閥門定位器越來(lái)越多地出現(xiàn)在人們的視線中。1數(shù)字智能定位器（DVC）的性能、結(jié)構(gòu)及工作原理 1.1數(shù)字智能定位器的性能特點(diǎn)許多廠商在DVC中嵌入各種各樣離散的和模擬的傳感器。例如艾默生過(guò)程管理的FisherDVC包含一個(gè)離散輸出（DO）和4個(gè)離散輸入（DI），它們是符合基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）標(biāo)準(zhǔn)的功能模塊。除了滿足符合FF標(biāo)準(zhǔn)的DI和DO功能條件外，F(xiàn)isher還用一個(gè)接近傳感器代替類似限位開(kāi)關(guān)標(biāo)準(zhǔn)DI（設(shè)置接近傳感器的優(yōu)點(diǎn)之一是在應(yīng)用過(guò)程中可知道zui終控制設(shè)備的0和*的位置，如實(shí)現(xiàn)緊急關(guān)閉）。DVC用嵌入式傳感器和微處理器來(lái)管理診斷測(cè)試程序及與主系統(tǒng)間的數(shù)字通信，完成動(dòng)態(tài)掃描及診斷等工作。其診斷程序包括：zui終控制設(shè)備參數(shù)跟蹤，以監(jiān)視總計(jì)（累積）位移和轉(zhuǎn)換數(shù)量（周期）；DVC正常狀態(tài)參數(shù)測(cè)試，以提供存儲(chǔ)器、微處理器和/或傳感器問(wèn)題的報(bào)警信號(hào)，并允許執(zhí)行機(jī)構(gòu)報(bào)警，如問(wèn)題更為嚴(yán)重，則關(guān)閉單元或過(guò)程；發(fā)出zui終控制設(shè)備報(bào)警信號(hào)；當(dāng)期望位移偏差、位移高/低限超過(guò)預(yù)先設(shè)定的累積位移和周期指標(biāo)時(shí)，動(dòng)態(tài)誤差范圍測(cè)試，以核對(duì)zui終控制設(shè)備的滯環(huán)和死區(qū)加回轉(zhuǎn)特性；驅(qū)動(dòng)信號(hào)和輸出信號(hào)測(cè)試，以可控的速率改變傳感器設(shè)定點(diǎn)并繪制zui終控制設(shè)備的運(yùn)行曲線來(lái)確定動(dòng)態(tài)特性；預(yù)先規(guī)定的zui終控制設(shè)備維護(hù)和特征圖形的測(cè)試。1.2數(shù)字智能定位器（DVC）結(jié)構(gòu) 艾默生過(guò)程管理（EMERSON ProcessManagement）的FisherDVC5000f系列數(shù)字智能定位器是采用基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（FF）并具有互操作性、全數(shù)字通信、基于微處理技術(shù)的用于過(guò)程控制的數(shù)字化儀表。除了具有將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成氣動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基本功能外，更由于采用了FF總線協(xié)議，容易提供操作和控制過(guò)程中調(diào)節(jié)閥和定位器的大量設(shè)備信息，并將這些信息傳送之上位機(jī)，使操作人員、維修人員和工程師能及時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。DVC5000f系列定位器可以安裝在直通調(diào)節(jié)閥和旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，根據(jù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求靈活選擇。依據(jù)主要包括控制功能和診斷功能。標(biāo)準(zhǔn)控制功能（SC）用于常規(guī)的控制場(chǎng)合；現(xiàn)場(chǎng)總線邏輯控制功能（FL）用于實(shí)現(xiàn)邏輯控制的場(chǎng)合。現(xiàn)場(chǎng)總線診斷功能（FD）可以被任何采用FF協(xié)議的主機(jī)系統(tǒng)接受；診斷和運(yùn)行診斷功能則用于相關(guān)的設(shè)備管理系統(tǒng)軟件（例如Fisher的AMSValveLink軟件）以提供可視化提示和報(bào)警信息。DVC5000f系列數(shù)字智能定位器采用FF總線模塊化結(jié)構(gòu)，內(nèi)裝模塊包括資源塊（resourceblock）、傳輸塊（transducerblock）和功能塊（function block），其結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。

資源塊包括硬件規(guī)格及參數(shù)，不包括輸入和輸出參數(shù)，運(yùn)算功能可驅(qū)動(dòng)和控制定位器中其他模塊的基本操作。傳輸塊用于模擬輸出（AO）與電/氣轉(zhuǎn)換器（I/P）、氣動(dòng)組件、行程傳感器等定位器內(nèi)部硬件的連接。功能塊提供實(shí)現(xiàn)常規(guī)控制和邏輯控制的功能。常規(guī)控制功能塊包括AO（模擬輸出）、PID和ISEL（輸入選擇）功能塊。AO可以接收來(lái)自其他功能塊（例如PID）的輸出信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為執(zhí)行器控制信號(hào)傳送給傳輸塊。PID用于實(shí)現(xiàn)控制回路的PID控制功能。ISEL提供4路輸入選擇功能，并將符合條件的信號(hào)作為PID功能塊的輸入信號(hào)。邏輯控制功能塊包括DI（離散輸入）和DO（離散輸出）功能塊。DI接收來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)儀表的DI信號(hào)，將該信號(hào)傳送給其他功能模塊。用作限位開(kāi)關(guān)和閥位檢測(cè)。DO將開(kāi)關(guān)量設(shè)定值輸出到的I/O通道并生成輸出信號(hào)，提供常規(guī)開(kāi)/關(guān)控制和5%增量定位的功能。1.3工作原理DVC5000f系列數(shù)字智能定位器采用模塊式組件，主模件包括主控板、電/氣轉(zhuǎn)換器和氣動(dòng)組件等3個(gè)子模件。主模件在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中無(wú)需拆/接電纜及氣動(dòng)管路即可替換其工作原理圖如圖3所示。

圖3DVC5000f系列數(shù)字智能定位器工作原理圖輸入信號(hào)通過(guò)雙絞線傳輸給主控板上的微處理器，經(jīng)運(yùn)算后由I/P將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成氣動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使調(diào)節(jié)閥行程達(dá)到給定的位置。當(dāng)輸入信號(hào)增加時(shí)，I/P轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)增加，通過(guò)氣動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)閥桿向下運(yùn)動(dòng)。同時(shí)連在閥桿上的行程檢測(cè)傳感器將閥桿的位置信號(hào)反饋給主控板上的微處理器并與給定信號(hào)進(jìn)行比較，直到閥桿處于要求的位置達(dá)到平衡。但輸入信號(hào)減小時(shí)，I/P轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)減小，通過(guò)氣動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)閥桿向上運(yùn)動(dòng)。同時(shí)連在閥桿上的行程檢測(cè)傳感器將閥桿的位置信號(hào)反饋給主控板上的微處理器，與給定信號(hào)進(jìn)行比較，直到閥桿處于新的平衡位置。壓力傳感器用于檢測(cè)氣動(dòng)信號(hào)管路是否有泄漏，如有泄漏發(fā)生，則由壓力傳感器將檢測(cè)到的信息經(jīng)微處理器產(chǎn)生警示或報(bào)警信號(hào)并通過(guò)數(shù)字通信通知操作人員或檢修人員及時(shí)處理。
由于DVC5000系列數(shù)字智能定位器采用了微處理器技術(shù)和新型的傳感器技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，使其不僅僅只是一只閥門定位器，而是智能數(shù)字控制器和閥門定位器集成的新型智能數(shù)字控制器。它大大提高了作為控制回路終端執(zhí)行元件—調(diào)節(jié)閥的精度，使其達(dá)到0.5%，極大地改善了控制回路的調(diào)節(jié)品質(zhì)。同時(shí)它使控制功能下移至現(xiàn)場(chǎng)儀表，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)*分散。2DVC應(yīng)用DVC技術(shù)取得重大應(yīng)用進(jìn)步的示例是用于緊急關(guān)閉（ESD）閥的部分行程測(cè)試。一些公司通過(guò)延長(zhǎng)連續(xù)過(guò)程的運(yùn)行時(shí)間來(lái)增加利潤(rùn)。延長(zhǎng)包括安全儀表系統(tǒng)（SIS）的過(guò)程運(yùn)行時(shí)間常要求改變安全系統(tǒng)測(cè)試頻率，使用緊急關(guān)閉（ESD）閥的部分行程測(cè)試。部分行程測(cè)試可幫助運(yùn)行人員保證在安全系統(tǒng)范圍內(nèi)的ESD閥能按要求操作。將具有在板診斷程序和可獲得通信性能數(shù)據(jù)的主系統(tǒng)DVC用作ESD閥，使其成為部分行程測(cè)試解決方案的一部分，以滿足常規(guī)要求。部分行程動(dòng)作測(cè)試可以確認(rèn)閥門工作正常與否，不會(huì)干擾工藝過(guò)程。由于試驗(yàn)期間不需要切斷工藝過(guò)程，測(cè)試可以更加頻繁地進(jìn)行。又由于整個(gè)測(cè)試過(guò)程可以用程序編入數(shù)字智能定位器中，所以部分行程動(dòng)作測(cè)試能夠自動(dòng)進(jìn)行而不需要操作員的關(guān)注。通過(guò)提供閥門性能惡化分析，數(shù)字智能定位器對(duì)于預(yù)見(jiàn)性維護(hù)是一個(gè)很大的幫助，這一點(diǎn)對(duì)于安全系統(tǒng)里的關(guān)鍵閥門是很重要的。在進(jìn)行部分行程動(dòng)作測(cè)試時(shí)，如果由于某種原因閥門卡住了，有些數(shù)字智能定位器并不*釋放執(zhí)行機(jī)構(gòu)壓力。可以確保閥門解卡后不會(huì)突然關(guān)閉。而數(shù)字智能定位器會(huì)放棄測(cè)試并發(fā)出報(bào)警，告訴操作員閥門卡住了。總之，考慮到這些*的好處，使用數(shù)字智能定位器進(jìn)行部分行程動(dòng)作測(cè)試是確保緊急停車安全系統(tǒng)可靠性的一種明智而經(jīng)濟(jì)可行的解決方案。3結(jié)束語(yǔ)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)、新型傳感器技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展以及數(shù)字智能定位器應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的數(shù)字智能定位器在工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)?huì)得到更大的發(fā)展。參考文獻(xiàn)1陽(yáng)憲惠.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及應(yīng)用.北京清華大學(xué)出版社，1999.5修改稿收到日期：2005-01-15。*作者趙劍明，男，1969年生，1992年畢業(yè)于西安交通大學(xué)化工自動(dòng)化與儀表專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，工程師；現(xiàn)從事化工自動(dòng)化工程管理及應(yīng)用。