1、FIELDVUE DVC6200 系列阀门定位器的工作原理和应用 李宝华 摘要 ： FIELDVUE DVC6200 系列阀门定位器是 FISHER 新一代高性能的阀门控制器，以响应市场需求和替代 DVC6000 系列，其综合现有系列的技术特长，采用经 5 万台 DVC2000 系列验证的非接触式阀位反馈测量和 DVC6000 系列隔爆 /本安壳体以及气动架构，采用延续现有在板微处理器、应用软件和功能模块的电子部件，并且能适应所有安装连接模式，支持主流现场总线通信及使用嵌入式 AMS ValveLink 预测性维护，便于系统集成，有着高适用性和高可靠性，可为用户提供更多的利益。 关键词 ： D
2、VC6200 系列；阀门定位器；工作原理；应用。 引言 艾默生过程管理费希尔阀门部（ EMERSON-Fisher）是研发数字式智能阀门定位器的领军厂家，于 20年前的 1992 年推出第一款 FIELDVUE DVC（ Digital Valve Controllers 数字阀门控制器，简写 DVC） ，重点在定位控制及其扩展控制和诊断功能，先后有 DVC5000 系列、 DVC6000 系列、 DVC2000 系列，目前市场占有量超过 100 万台。在 2009 年， FISHER 又推出新一代高性能 FIELDVUE DVC6200 系列，用以响应市场需求和替代 DVC6000 系列，其
3、综合已有系列的技术特长，采用经 5 万台 DVC2000 系列验证的非接触式阀位反馈测量和 DVC6000 系列隔爆 /本安壳体以及气动架构，解决了 DVC6000 系列阀位反馈机械连接结构复杂且故障率高和 DVC2000 系列仅有本安型致使 GX 型控制阀无一体化隔爆型阀门定位器的问题，同时延续 DVC6000 系列现有在板微处理器、应用软件和功能模块的电子部件和 I/P 电气转换器、气动放大器的气动部件，并且能适应所有控制阀安装连接模式和直行程范围 0-6.35-606mm、角行程范围 0-45-90；支持 HART（包括使用无线技术 Wireless HART） 、 FOUNDATION
4、 现场总线（ FF） 、 Profibus-PA 现场总线通信和 FDT/DTM 及使用嵌入式 AMS ValveLink 进行预测性维护，便于系统集成，有着高适用性和高可靠性，可为用户提供更多的利益。 结构组成 DVC6200 系列为模块化结构，部件数量少并可快速更换组合，其组成见图 2：有独立隔离的接线盒、坚固的壳体（带阀位测量槽和霍尔传感器） 、塑封的电子模块（在板微处理器的印刷电路板部件） 、模块基座组件、传统的 I/P 电气转换器、单双输出的气动放大器、有 3 个压力传感器和气动放大器位置反馈，压力表（最多 3 只）和外盖。 DVC6200 系列将原 DVC6000 系列中 DVC
5、6010、 DVC6020、 DVC6030 优化合成为 GX 型控制阀专用外壳和其它通用外壳两种，与阀杆连接的阀位反馈磁铁组件（有 9 个规格可选）在测量槽内滑动，非接触式测量，最大直行程可达 606mm（ 24 英寸） 。 图 1 DVC 6200 系列阀门定位器安装在 FISHER 控制阀工作原理 DVC6200 系列支持 HART、 Ff、 Profibus-PA 主流现场总线通信。 DVC6200 型为 4-20mADC+HART 二线制回路供电并提供控制信号（等效阻抗 550 欧姆，最大端电压 11VDC） ； DVC6200f 型用于 FF 基金会现场总线和 DVC6200p 型
6、用于 Profibus-PA 现场总线，均为 9-32VDC 总线供电和受控数字信号。 DVC6205 型及 DVC6205f 型和 DVC6205p 型为分体式结构，配用独立安装的 DVC6215 型阀位传感器。 DV6200 系列壳内选装压力表，还可选集成空气过滤减压阀、集成限位开关、集成阀位变送器。另有 DVC6200SIS 专门认证用于安全仪表系统。 DVC6200 系列的定位控制指标为 0.5%的独立线性度。 参见图 3，以 DVC6200 系列 4-20mADC+HART型双作用输出的阀门定位器为例说明其工作原理。 从控制器或控制系统来的输入控制信号（ 4-20mADC+HART）
7、经过传输信号电缆接到接线盒，二线制回路供电并控制。控制阀阀杆或转轴上连接的阀位反馈磁铁组件在壳体测量槽中滑动由霍尔传感器检测出阀位信号。电子模块的在板微处理器读取输入控制和阀位反馈信号，经数字运算处理并转换成模拟量的控制驱动信号给 I/P 电气转换器的电磁线圈。当输入控制信号增加，出现定位量值偏差，运算后使驱动信号增加、 I/P 电气转换器的气动输出增大，并由气动放大器功率放大，提供两路气动输出，输出 A 的气压增加而图 2 DVC 6200 系列阀门定位器结构图图 3 DVC 6200 系列阀门定位器工作原理图 阀位反馈的磁铁组件 外形图 后视图 磁铁组件 输出 B 的气压减小。输出 A 为
8、正向输出，被用于双作用和单作用的正作用场合。阀门定位器的气压输出加到气动执行机构上推动控制阀动作，阀杆位置变化（例如向下移动） ，阀位反馈磁铁组件随之在壳体测量槽向下滑动，霍尔传感器检测出阀位变化，信号送给电子模块。直到阀位到达与输入控制信号相一致的正确阀位上，偏差趋零， I/P 电气转换器上驱动信号随之稳定，气动放大器输出气压随之稳定，一个定位控制过程结束。若用于正向单作用时，只使用输出 A，而输出 B 堵住。 参照图 4 进一步说明 I/P 电气转换器的工作原理。 干净无油的仪表空气经恒节流孔 （恒定气阻） 到喷嘴，衔铁连接的挡板与喷嘴间的缝隙为可变气阻。当增加驱动信号流经电磁线圈时，吸引
9、衔铁动作，衔铁带动挡板使其靠近喷嘴，引起喷嘴背压增加即送到气动放大器的气压信号增加，最终阀门定位器输出气压增加（双作用时输出 A 增加和输出 B 减小） ；反之亦然，当减少驱动信号时，通过电磁线圈使衔铁 /挡板远离喷嘴，使其背压减少，气动放大器输出减少。 DVC6200 系列的气动放大器有三种选项： A 为双作用输出， C 为单作用正向输出、 B 为单作用反向输出。气动输出能力和稳态耗气量都与气源压力有关，随其变化而变化。气动输出能力较大，气源压力 140kPa时为 10Nm3/h、 550kPa 时为 29.5Nm3/h。稳态耗气量也较大，气源 140kPa 时为 0.38Nm3/h、 55
10、0kPa 时为1.3Nm3/h，相比其它厂家的智能型阀门定位器的稳态耗气量大了许多。 DVC6200 系列内置有三个压力传感器，用于气源压力、输出 A 压力、输出 B 压力的测量，还有气动放大器的位置反馈，都用以及阀门定位器状态监测、故障诊断和预测性维护。 DVC6200 系列可自校准和现场快速校验、自定义特性、自动进行监测和诊断。通过提高正向增益（快速响应阀位变化，减少死区和延迟时间）和小回路反馈增益（以阀位响应速度反馈来调整超调量）来提高对执行机构 /控制阀的动态响应以及控制精度，参见图 5。在阀位传感器失效故障时， DVC6200 系列可启动压力反馈继续进行控制。 图 4 DVC 620
11、0 系列 I/P 电气转换器工作原理图图 5 DVC 6200 系列阀门定位器方块图4-20mADC 控制信号 或总线供电 /信号 +-+正向增益 I/P 转换器及 气动放大器 执行机构 控制阀 气动放大器 行程阀位 小回路反馈增益（气动放大器位置）阀位变化速率 反馈增益 阀位传感器 DVC6200 系列支持使用 HART、 WirelessHART（无线技术，需配置智能无线 THUM 适配器） 、FOUNDATION 现场总线（ FF）或 PROFIBUS通信协议。嵌入式 AMS ValveLink 软件可在过程控制系统中提供完整的诊断功能， ValveLink DTM 软件可用于任何 FD
12、T/DTM 架构的系统。阀门定位器诊断软件版本有 AC（自动校验） 、 HC（ DVC6200 的 HART通信）或 FC（ DVC6200f 的 FF 现场总线通信） 、 AD（高级诊断） 、 PD（性能诊断） 、 ODV（最优化数字阀门） 。表 1 列出 DVC6200 各版本层级功能。 表 1 诊断层级 功能 AC HC AD PD ODV自校准 自定义特性 触发通信 报警 阶跃响应、驱动信号测试和动态死区 高级诊断（控制阀初生值） 性能调整 行程控制 -压力回馈 气源压力传感器 性能诊断 电磁阀测试 超前 /延迟设定点过滤器 部分行程测试（ PST） 安装 DVC6200 系列可方便地
13、集成安装在 Fisher GX 型控制阀的执行机构上、 直接安装或分体式安装到 Fisher直行程和角行程执行机构上、也可以安装到符合 IEC60534-6-1、 IEC60534-6-2、 VDI/VDE3845 标准和 NAMUR 规范的其它品牌气动执行机构上。 根据安装需要和不同行程范围， 提供两种阀门定位器壳体 （图 6）和四个式样的 9 种阀位反馈磁铁组件，以及不同的安装底板和长行程用的转换机构。 调试 在控制阀及气动执行机构正确安装、阀门定位器正确安装和电 /气连接之后，才能进行阀门定位器的调试。 DVC6200 系列的调试可使用点对点的现场通信手操器、通过 AMS ValveLi
14、nk 软件的点对点通信和系统集成方式的通信，用户界面可选择现场通信手操器 375 型 /475 型、 ValveLink Mobile 移动版、 ValveLink 标准版和 AMS ValveLink Snap-ON 以及其它系统集成。 DVC6200 系列出厂时已有缺省设置，要根据应用控制阀及气动执行机构情况在离线和解除写保护时具体进行参数设置。由于改进了阀位反馈连接， DVC6200 系列校验时不需要调整机械交叉点，调试非常简单。用回路信号进行自动行程校验时， 只要加电给 4mADC 以上电流信号即可， 选择自动行程校验一步即可完成。图 6 DVC 6200 系列阀门定位器壳体和安装 安
15、装底板 磁铁组件 例如使用 475 型手操器进行调试，若在线的 DVC6200 HART 类型（软件 HC 以上版本）与 475 已连接，在475 触屏主菜单上按 HART 图标就会自动进入 HART Application（ HART 应用）的 Online（在线）菜单，若没连接好，则回到 HART 应用菜单。在线菜单里依次选择“ Configure / Setup（校验 /设置） ” “ Calibrate（校验） ” “ Travel Calibration（行程校验） ”“ Auto Tvl Calib（自动行程校验） ” ，确认后就立即开始自动进行阀门行程校验。如果在规定时间内没有完
16、成自动校验，有可能优化设置的不太合适，按热键后选择“ Stabilize/Optimize（稳定 /优化） ” ,再选择“ Increase Response（增加响应） ”或“ Decrease Response（减少响应） ”整定参数，然后再进行自动行程校验。也可选择手动行程校验“ Man Tvl Calib” ，加相应电流信号逐点进行。 475 有中文版，界面更加友好。必要时可进行压力传感器校验。选用双作用输出类型时，要进行气动放大器的调整。 结束语 DVC6200 系列有着比 DVC6000 系列 /DVC2000 系列更好的技术性能和高可靠性， 阀位反馈非接触式测量避免了易磨损易松动易故障的硬性机械连接，适用行程加大，应用广度拓展，维护量降低，在定位控制和状态监测、故障诊断的预测性维护以及支持多种通信方面具有一定的优势。 2012.12.15 参考文献： 1. Fisher Product Bulletin D103415X012 FisherFIELDVUETMDVC6200 Digital ValveController ， 2012.6 2. Fisher Instruction Manual D103409X012 FisherFIELDVUETMDVC6200 Digital ValveController ,2012.8 图 7 现场通信手操器
