定位器

摘要

本发明的定位器即便操作器的动作时间基于供给气压或摩擦力而变动，也能够选择、设定最佳的控制参数。使用第一修正值表TC和第二修正值表TD，来修正测定的操作器的动作时间S1，根据该修正的动作时间S1决定操作器的尺寸，该第一修正值表TC将与对应操作器的尺寸而确定的动作时间区域和划分调节阀的阀轴的滑动阻力(摩擦力)可取的范围而确定的滑动阻力区域相对应的修正值作为第一修正值α1，该第二修正值表TD将与对应操作器的尺寸而确定的动作时间区域和划分供给气压Ps可取的范围而确定的供给气压区域相对应的修正值作为第二修正值α2。

权利要求

1.一种定位器，包括：控制部，其将与从上位装置送来的阀开度设定值与从调节阀反馈来的实际开度值的偏差相应的电信号作为控制输出而输出；以及电空转换部，其将来自该控制部的控制输出转换成气压并输出至所述调节阀的操作器，该定位器的特征在于，包括：

控制参数存储部，其针对所述调节阀中使用的操作器的各种尺寸，存储所述调节阀的阀轴的滑动阻力的水平与控制所述调节阀的阀开度时所使用的控制参数的对应；

操作器尺寸-动作时间存储部，其针对所述调节阀中使用的操作器的各种尺寸存储该操作器的尺寸与对应的动作时间；

第一修正值存储部，其将与动作时间区域和滑动阻力区域相对应地确定的修正值作为第一修正值进行存储，所述动作时间区域是对应所述调节阀中使用的操作器的尺寸而确定的，所述滑动阻力区域是划分所述调节阀的阀轴的滑动阻力可取的范围而确定的；

第二修正值存储部，其将与动作时间区域和供给气压区域相对应地确定的修正值作为第二修正值进行存储，所述动作时间区域是对应所述调节阀中使用的操作器的尺寸而确定的，所述供给气压区域是划分向所述电空转换部供给的气动量仪压缩空气的压力的可取的范围而确定的；

动作时间测量部，其实际驱动所述调节阀，测量所述调节阀中使用的操作器的动作时间；

滑动阻力测量部，其实际驱动所述调节阀，测量所述调节阀的阀轴的滑动阻力；

供给气压测量部，其将被供给至所述电空转换部的气动量仪压缩空气的压力作为供给气压来进行测量；

第一修正值获取部，其从所述第一修正值存储部获得与通过所述动作时间测量部测量到的动作时间和通过所述滑动阻力测量部测量到的滑动阻力对应的第一修正值；

第二修正值获取部，其从所述第二修正值存储部获得与通过所述动作时间测量部测量到的动作时间和通过所述供给气压测量部测量到的供给气压对应的第二修正值；

动作时间修正部，其根据通过所述第一修正值获取部获得的第一修正值和通过所述第二修正值获取部获得的第二修正值，修正通过所述动作时间测量部测量到的动作时间；

操作器尺寸获取部，其从所述操作器尺寸-动作时间存储部获取与通过所述动作时间修正部修正后的动作时间对应的操作器的尺寸；以及控制参数选择部，其从所述控制参数存储部选择与通过所述操作器尺寸获取部获得的操作器的尺寸和通过所述滑动阻力测量部测量到的滑动阻力相对应的控制参数，所述控制部使用通过所述控制参数选择部选择的控制参数，控制所述调节阀的阀开度。

说明书

定位器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种控制调节阀的开度的定位器。

背景技术

[0002] 一直以来，对设置在供流体流动的管路上的调节阀安装定位器，通过该定位器来控制调节阀的开度。

[0003] 该定位器包括：控制部，其求出从上位装置送来的阀开度设定值与从调节阀反馈来的实际开度值的偏差，并将对该偏差实施指定运算而获得的电信号作为控制输出而输出；电空转换器，其将来自该控制部的控制输出转换成气压信号；以及气动放大器，其将该电空转换器所转换出的气压信号放大并输出至调节阀的操作器(例如，参考专利文献1)。

[0004] 图9表示现有的定位器的主要部分的构成。在该图中，1为定位器，2为调节阀，在调节阀2上设置有检测其阀开度(阀的开度)的开度传感器3。定位器1包括控制部11、电空转换器(EPM)12及气动放大器13，开度传感器3所检测的调节阀2的阀开度作为实际开度值θpv被反馈至控制部11。

[0005] 在定位器1中，控制部11求出来自上位装置(未图示)的阀开度设定值θsp与来自开度传感器3的实际开度值θpv的偏差，并将对该偏差实施PID控制运算而获得的电信号作为控制输出MV而输出。

[0006] 电空转换器12将来自控制部11的控制输出MV转换成气压信号(喷嘴背压)Pn。气动放大器13将来自电空转换器12的气压信号Pn放大，并以气压Po的形式输出至调节阀2的操作器2a。由此，气压Po的空气流入至操作器2a内的膜片室，使得调节阀2的阀2b的开度得到调整。

[0007] 再者，在该定位器1中，由电空转换器12和气动放大器13构成将来自控制部11的控制输出MV转换成去往调节阀2的气压(输出气压)Po的电空转换部14。此外，对电空转换器12及气动放大器13供给来自外部的供给气压(气动量仪压缩空气)Ps。

[0008] 此外，如图10中调节阀2的主要部分的构成所示，调节阀2设置有通过供给至操作器2a内的膜片室2c的、来自定位器1的气压Po而上下运动的阀轴(阀杆)2d，并且在阀轴2d的外周面与轴插通孔2e的内周面之间设置有压盖填料2f。压盖填料2f由沿阀轴2d的轴向紧贴设置的多个环状填料构成，防止流体从该间隙泄露至外部。

[0009] 在该定位器1中，为了执行调节阀2的恰当的开度控制，必须在控制部11中设定与调节阀2的特性相应的恰当的控制参数。因此，在现场设置(新设置或更换设置)而实际进行调节阀2的开度控制之前或者定期的维护等时，要进行控制部11中所使用的控制参数的调整。该控制参数的调整是在自动设置时等自动进行(例如，参考专利文献2)。

[0010] 在该情况下，当控制部11接收到自动调整指令时，便实际驱动调节阀2，求出调节阀2的阀开度例如从10％位置连续转变至90％位置时的响应时间作为动作时间，并根据该求出的动作时间，参考规定好操作器的尺寸与动作时间的对应的操作器尺寸-动作时间表格来确定操作器2a的尺寸(图11所示的步骤S101)。另外，该场合下的动作时间一般称为动作速度，但在本说明书中统一为动作时间这个词。

[0011] 继而，控制部11根据从调节阀2的阀开度位置的例如40％位置到60％位置的阶跃响应来求出调节阀2的阀轴2d的滑动阻力(阀杆往复运动阻力)作为摩擦力(步骤S102)，并根据该求出的摩擦力，参考滞后水平(HYS)-摩擦力表格来确定滞后水平(H/M/L)(步骤S103)。

[0012] 继而，控制部11根据步骤S101中所确定的操作器的尺寸和步骤S103中所确定的滞后水平，参考规定好操作器的尺寸与滞后水平与控制参数的对应的控制参数表格来选择对应的控制参数(步骤S104)，并将该所选择的控制参数设定为控制调节阀2的阀开度时所使用的恰当的控制参数(步骤S105)。

[0013] 现有技术文献

[0014] 专利文献

[0015] 专利文献1；日本专利实开昭62-28118号公报

[0016] 专利文献2；日本专利第3511458号公报

发明内容

[0017] 发明要解决的问题然而，在利用这样的定位器控制阀开度的调节阀中，控制器的动作时间根据供给气压(Ps)和调节阀的阀轴的滑动阻力(摩擦力)变动。操作器的动作时间具有如下的倾向：供给气压越高操作器的动作时间越短，摩擦力越大，即滞后越大操作器的动作时间越长。供给气压高(＞400kPa)，或滞后大(＞10％)的场合，对动作时间的影响变得很大。

[0018] 如果操作器的动作时间根据供给气压或摩擦力而变动，在图11表示的步骤S101中决定操作器尺寸时，动作时间超出常规的动作时间的划分，决定了错误的操作器尺寸，在步骤S104选择的控制参数不是最佳的控制参数，定位器的动态特性有时会产生问题(稳定时间大、超调量大、震荡)。

[0019] 此外，作为该问题的应对，可以考虑手动调整控制参数，但是，由于是设定项目多、需要调整经验的操作，服务部门和使用方的应对多会存在困难。

[0020] 本发明是为了解决这种问题而成，其目的在于提供一种如下定位器：即便操作器的动作时间基于供给气压或摩擦力而波动，也能够选择、设定最佳的控制参数。

[0021] 解决问题的技术手段

[0022] 为了达成这种目的，本发明为一种定位器，包括：控制部，其将与从上位装置送来的阀开度设定值与从调节阀反馈来的实际开度值的偏差相应的电信号作为控制输出而输出；以及电空转换部，其将来自该控制部的控制输出转换成气压并输出至所述调节阀的操作器，该定位器的特征在于，包括：控制参数存储部，其针对调节阀中使用的操作器的各种尺寸存储调节阀的阀轴的滑动阻力的水平与控制调节阀的阀开度时所使用的控制参数的对应；操作器尺寸-动作时间存储部，其针对调节阀中使用的操作器的各种尺寸存储该操作器的尺寸与动作时间的对应；第一修正值存储部，其将与动作时间区域和滑动阻力区域相对应地确定的修正值作为第一修正值进行存储，所述动作时间区域是对应调节阀中使用的操作器的尺寸而确定的，所述滑动阻力区域是划分调节阀的阀轴的滑动阻力可取的范围而确定的；第二修正值存储部，其将与动作时间区域和供给气压区域相对应地确定的修正值作为第二修正值进行存储，所述动作时间区域是对应调节阀中使用的操作器的尺寸而确定的，所述供给气压区域是划分向电空转换部供给的气动量仪压缩空气的压力的可取的范围而确定的；动作时间测量部，其实际驱动调节阀，测量调节阀中使用的操作器的动作时间；滑动阻力测量部，其实际驱动调节阀，测量调节阀的阀轴的滑动阻力；供给气压测量部，其将被供给至电空转换部的气动量仪压缩空气的压力作为供给气压来进行测量；第一修正值获取部，其从第一修正值存储部获得与通过动作时间测量部测量到的动作时间和通过滑动阻力测量部测量到的滑动阻力对应的第一修正值；第二修正值获取部，其从第二修正值存储部获得与通过动作时间测量部测量到的动作时间和通过供给气压测量部测量到的供给气压对应的第二修正值；动作时间修正部，其根据通过第一修正值获取部获得的第一修正值和通过第二修正值获取部获得的第二修正值，修正通过动作时间测量部测量到的动作时间；操作器尺寸获取部，其从操作器尺寸-动作时间存储部获取与通过动作时间修正部修正后的动作时间对应的操作器的尺寸；以及控制参数选择部，其从控制参数存储部选择与通过操作器尺寸获取部获得的操作器的尺寸和通过滑动阻力测量部测量到的滑动阻力相对应的控制参数，控制部使用通过控制参数选择部选择的控制参数，控制调节阀的阀开度。

[0023] 根据本发明，与通过动作时间测量部测量到的动作时间和通过滑动阻力测量部测量到的滑动阻力对应的第一修正值从第一修正值存储部获得，与通过动作时间测量部测量到的动作时间和通过供给气压测量部测量到的供给气压对应的第二修正值从第二修正值存储部获得，根据通过第一修正值获取部获得的第一修正值和通过第二修正值获取部获得的第二修正值修正通过动作时间测量部测量到的动作时间，与该修正后的动作时间对应的操作器的尺寸通过操作器尺寸-动作时间存储部获取。

[0024] 这种情况下，由于动作时间通过第一修正值和第二修正值修正，通过将第一修正值存储部及第二修正值存储部存储的第一修正值和第二修正值确定为恰当的值，获得了正确的操作器的尺寸。并且，从控制参数存储部选择与该获得的操作器尺寸和通过滑动阻力测量部测量到的滑动阻力对应的控制参数，使用该选择的控制参数控制调节阀的阀开度。由于在操作器尺寸获取部中获得了正确的操作器的尺寸，该控制参数设定为恰当的控制参数。

[0025] 发明的效果

[0026] 根据本发明，从第一修正值存储部获得了与通过动作时间测量部测量的动作时间和通过滑动阻力测量部测量的滑动阻力对应的第一修正值，从第二修正值存储部获得了与通过动作时间测量部测量到的动作时间和通过供给气压测量部测量到的供给气压对应的第二修正值，根据通过第一修正值获取部获得的第一修正值和通过第二修正值获取部获得的第二修正值修正了通过动作时间测量部测量到的动作时间，因此通过将第一修正值存储部及第二修正值存储部存储的第一修正值和第二修正值确定为恰当的值，获得了正确的操作器的尺寸，使得即便操作器的动作时间基于供给气压或摩擦力而变动，也能选择设定最佳的控制参数。

附图说明

[0027] 图1为表示本发明的定位器的一实施方式的主要部分的图。

[0028] 图2为该定位器中的控制部的主要部分的功能框图。

[0029] 图3为表示该定位器的控制参数存储部中存储的控制参数表的图。

[0030] 图4为表示该定位器的操作器尺寸-动作时间存储部中存储的操作器尺寸-动作时间表的图。

[0031] 图5为表示该定位器的第一修正值存储部中存储的第一修正值表的图。

[0032] 图6为表示针对操作器各尺寸求得的摩擦力和动作时间变化量的关系的图。

[0033] 图7为表示该定位器的第二修正值存储部中存储的第二修正值表的图。

[0034] 图8为表示针对操作器各尺寸求得的供给气压和动作时间变化量的关系的图。

[0035] 图9为表示现有的定位器的主要部分的构成的图。

[0036] 图10为表示调节阀的主要部分的构成的图。

[0037] 图11为用以说明现有的定位器的自动调整的流程图。

具体实施方式

[0038] 下面，根据附图，对本发明的实施方式进行详细说明。

[0039] 图1为表示本发明的定位器的一实施方式的主要部分的图。在该图中，与图9相同的符号表示与参考图9而说明的构成要素相同或同等的构成要素，其说明省略。

[0040] 在本实施方式的定位器1中，设置有供给气压测量部15，该供给气压测量部15将向定位器1的电空转换部14的气动量仪压缩空气压力(計装圧力)作为供给气压Pspv进行测量，并将该供给气压测量部15所测定的供给气压Pspv给予控制部11。

[0041] 此外，在该定位器1中，控制部11具备对操作器尺寸决定时的动作时间进行修正，并选择、设定控制调节阀2的阀开度时所使用的最佳控制参数的控制参数选择设定功能F1作为本实施方式特有的功能。

[0042] 以下，将本实施方式的定位器1设为1A，与图9所示的现有的定位器1(1B)进行区别。此外，将本实施方式的控制部11设为11A，与图9所示的现有的定位器1B中的控制部11(11B)进行区别。控制部11A通过由处理器、存储装置构成的硬件和与这些硬件协作而实现各种功能的程序来实现。

[0043] 图2表示控制部11A的主要部分的功能框图。为了实现控制参数选择功能F1，控制部11A包括：控制参数存储部16、操作器尺寸-动作时间存储部17、第一修正值存储部18、第二修正值存储部19、动作时间测量部20、滑动阻力测量部21、第一修正值获取部22、第二修正值获取部23、动作时间修正部24、操作器尺寸获取部25、控制参数选择部26和控制参数设定部27。

[0044] 控制参数存储部16中存储有如下的控制参数表TA：将本发明提及的调节阀的阀轴的滑动阻力的水平作为滞后水平(HYS)，针对调节阀2中使用的操作器的各尺寸规定滞后水平(HYS)和控制参数(KP、TI、TD、GE、GKP、GTI、GTD)的对应(参考图3)。在本实施方式中，将滞后水平(HYS)分为H/M/L三个等级，确定了对应于该三个等级的滞后水平(HYS)的控制参数。

[0045] 操作器尺寸-动作时间存储部17中存储有规定调节阀2中使用的操作器的尺寸和动作时间的对应的操作器尺寸-动作时间表TB(参考图4)。在本实施方式中，对于操作器X，其动作时间可取的范围(动作时间范围)被设定为a～b，对于操作器Y，其动作时间可取的范围(动作时间范围)被设定为b～c，对于操作器Z，其动作时间可取的范围(动作时间范围)被设定为c～。

[0046] 第一修正值存储部18存储有第一修正值表TC，该第一修正值表TC将与对应调节阀2中使用的操作器尺寸而确定的动作时间区域和划分调节阀2的阀轴2d的滑动阻力可取的范围而确定的滑动阻力区域相对应的修正值确定为第一修正值α1(参考图5)。该第一修正值α1是针对操作器的各尺寸求出摩擦力和动作时间的变化量(与摩擦力为0时的动作时间的差)的关系(参照图6)，作为摩擦力的各分区的动作时间的变化量的例如平均值而确定的。

[0047] 第二修正值存储部19存储有第二修正值表TD，该第二修正值表TD将与对应调节阀2中使用的操作器尺寸而确定的动作时间区域和划分向电空转换部14供给的气动量仪压缩空气压力(供给气压)Ps可取的范围而确定的供给气压区域相对应的修正值确定为第二修正值α2(参考图7)。该第二修正值α2是针对操作器的各尺寸求出供给气压Ps和动作时间的变化量(与供给气压Ps为基准值(例如200kPa)时的动作时间的差)的关系(参照图8)，作为供给气压Ps的各分区的动作时间的变化量的例如平均值而确定的。

[0048] 下面，关于图2所示的控制部11A中的动作时间测量部20、滑动阻力测量部21、第一修正值获取部22、第二修正值获取部23、动作时间修正部24、操作器尺寸获取部25、控制参数选择部26以及控制参数设定部27的功能，将与其动作一起进行说明。

[0049] 控制部11A接受到自动调整指令后，实际驱动调节阀2，求出调节阀2的阀开度例如从10％的位置向90％的位置连续移动时的响应时间作为操作器2a的动作时间S1。完成求出该动作时间S1的任务的是动作时间测量部20。该实施方式中，动作时间测量部20测量阀开度从10％的位置向90％的位置连续移动时的往复响应时间的平均值作为动作时间S1。此外，也可以不是往复的，而是单程的响应时间。

[0050] 另外，控制部11A接受到自动调整指令后，实际驱动调节阀2，求出调节阀2的阀轴2d的滑动阻力(阀杆往复运动阻力)作为摩擦力F。完成求出该摩擦力F的任务的是滑动阻力测量部21。该实施方式中，滑动阻力测量部21根据调节阀2的阀开度位置例如从40％位置到
60％位置的阶跃响应来测量摩擦力F。

[0051] 动作时间测量部20测定的操作器2a的动作时间S1被送至第一修正值获取部22、第二修正值获取部23和动作时间修正部24，滑动阻力测量部21测定的摩擦力F被送至第一修正值获取部22和控制参数选择部26。

[0052] 第一修正值获取部22将通过动作时间测量部20测定到的动作时间S1和通过滑动阻力测量部21测定到的摩擦力F作为输入，从第一修正值存储部18中存储的第一修正值表TC中获取对应于该动作时间S1和摩擦力F的第一修正值α1。该第一修正值获取部22所获得的第一修正值α1被送至动作时间修正部24。

[0053] 第二修正值获取部23将通过动作时间测量部20测定到的动作时间S1和通过供给气压测量部15测定到的供给气压Pspv作为输入，从第二修正值存储部19中存储的第二修正值表TD中获取对应于该动作时间S1和供给气压Pspv的第二修正值α2。该第二修正值获取部23所获得的第二修正值α2被送至动作时间修正部24。

[0054] 动作时间修正部24将通过动作时间测量部20测定到的动作时间S1、通过第一修正值获取部22获得的第一修正值α1和通过第二修正值获取部23获得的第二修正值α2作为输入，用通过第一修正值获取部22获得的第一修正值α1和通过第二修正值获取部23获得的第二修正值α2修正通过动作时间测量部20测定到的动作时间S1。在该情况下，由于考虑到摩擦力F越大则动作时间S1会越长，所以从动作时间S1中减去第一修正值α1。另外，由于考虑到供给气压Pspv越高则动作时间S1会越短，所以在动作时间S1上加上第二修正值α2。用动作时间修正部24修正后的动作时间S1作为S1’被送至操作器尺寸获取部25。

[0055] 操作器尺寸获取部25从操作器尺寸-动作时间存储部17中存储的操作器尺寸-动作时间表TB中获取与通过动作时间修正部24修正后的动作时间S1’对应的操作器尺寸。在该情况下，由于动作时间S1’在动作时间修正部24中通过第一修正值α1和第二修正值α2修正，所以得以获取正确的操作器尺寸。该操作器尺寸获取部25所获取的操作器尺寸被送至控制参数选择部26。

[0056] 控制参数选择部26将通过操作器尺寸获取部25获得的操作器的尺寸和通过滑动阻力测量部21测定到的摩擦力F作为输入，从控制参数存储部16中存储的控制参数表TA中选择与输入的操作器尺寸和摩擦力F所属的滞后水平(HYS)对应的控制参数。该控制参数选择部26所选择的控制参数被送至控制参数设定部27。

[0057] 控制参数设定部27在从控制参数选择部26送来控制参数后，将该控制参数设定为控制调节阀2的阀开度时使用的控制参数。由于在操作器尺寸获取部25中获得了正确的操作器的尺寸，该控制参数作为恰当的控制参数而被设定。如此，根据本实施方式，即使操作器2a的动作时间基于供给气压Ps、摩擦力F波动，也可以选择、设定最佳的控制参数。

[0058] 实施方式的扩展

[0059] 以上，参照实施方式对本发明进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式中。本发明的构成和细节，能够在本发明的技术思想的范围内进行本领域技术人员能够理解的各种变更。另外，在不矛盾的范围内，各实施方式可以任意地组合实施。

[0060] 符号说明

[0061] 1(1A)   定位器

[0062] 2   调节阀

[0063] 2a   操作器

[0064] 2b   阀

[0065] 2d   阀轴(阀杆)

[0066] 2f   压盖填料

[0067] 3   开度传感器

[0068] 11(11A)  控制部

[0069] 12   电空转换器

[0070] 13   气动放大器

[0071] 14   电空转换部

[0072] 15   供给气压测量部

[0073] 16   控制参数存储部

[0074] 17   操作器尺寸-动作时间存储部

[0075] 18   第一修正值存储部

[0076] 19   第二修正值存储部

[0077] 20   动作时间测量部

[0078] 21   滑动阻力测量部

[0079] 22   第一修正值获取部

[0080] 23   第二修正值获取部

[0081] 24   动作时间修正部

[0082] 25   操作器尺寸获取部

[0083] 26   控制参数选择部

[0084] 27   控制参数设定部

[0085] F1   控制参数选择设定功能

[0086] TA   控制参数表

[0087] TB   操作器尺寸-动作时间表

[0088] TC   第一修正值表

[0089] TD   第二修正值表。