PositionMaster EDP 300智能电气阀门定位器的原理和使用 李宝华
摘要：PositionMaster EDP 300是ABB在 TZIDC系列电气阀门定位器基础上设计和开发，于2011年8月发布推出的新一代智能电气阀门定位器，具有紧凑的模块化结构、完整的安装方式考虑、喷嘴-挡板I/P转换器和气动三位三通换向阀的气动部件、很高的输出气量能力和极低的稳态耗气量、定位控制偏差0.5%、本机显示操作、HART®通信和集成诊断功能并支持FDT/DTM及EDD、环境适应性强、本安防爆认证和用于SIL 2安全回路、断电/断信号保位、可选扩展功能等特点。 关键词：PositionMaster EDP 300；智能电气阀门定位器；原理；使用
引言
ABB（Asea Brown Boveri Ltd）集团由两个百年历史的跨国企业－瑞典的阿西亚公司(ASEA)和瑞士的布朗勃法瑞公司(BBC Brown Boveri) 在1988年合并而来，是全球电力与自动化技术领域的领先供应商，能提供门类齐全的产品与服务。ABB于1998年收购了自动化仪表制造历史久远的ELSAG BAILEY（贝利）公司全部股票包括刚并入贝利的百年仪表厂商Hartman & Braun（哈特曼-布劳恩，H&B）公司，正式进入工业自动化行业，之后又连续收购一批仪表公司，从而成为工业自动化行业的巨头。
ABB集团的工业自动化产品系列中并没有完整的控制阀，但可以提供执行机构和阀门定位器产品及其解决方案。ABB阀门定位器技术和产品及电气转换技术主要来自旗下的H&B和SENSYCON，先后有气动阀门定位器AV 1/2/3/4、电气阀门定位器TZIM（已淘汰）和TZID（已淘汰）、紧凑型的智能电气阀门定位器TZIDC（HART®通信型）/TZIDC 110（Profibus现场总线型，2013.9将停产）/ TZIDC 120（FF现场总线型，2013.9将停产）、防爆的智能电气阀门定位器TZIDC 200（HART®通信型）/TZIDC 210（Profibus 现场总线型）/ TZIDC 220（Ff现场总线型）。在2011年8月，ABB发布推出的新一代智能电气阀门定位器，是在TZIDC系列智能电气阀门定位器基础上设计和开发的PositionMaster EDP 300，具有紧凑的模块化结构、完整的安装方式适用于气动直行程（反馈轴角度25-60º）和角行程（反馈轴角度25-270º）执行机构、喷嘴-挡板I/P转换器和气动三位三通换向阀的气动部件且设计有四种规格可选（单作用、双作用、故障-安全、故障-保位）、很高的输出气量能力（气源1MPa时最大达40Nm3/h）和极低的稳态耗气量（0.024Nm3/h）、二线制4-20mADC或4-20mADC +HART®大于3.8mA启动、定位控制偏差0.5%、本机显示操作、HART®通信和集成诊断功能并支持FDT/DTM及EDD、环境适应性强、本安防爆认证（包括NEPSI认证Ex ia II C T6）和用于SIL 2安全回路、断电/断信号保位、可选扩展功能（如选择3个压力传感器的诊断模块）等特点。
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图1 PositionMaster EDP 300智能电气阀门定位器
结构组成
PositionMaster EDP 300为紧凑型的模块化结构，铝制涂漆壳体或可选不锈钢壳体，防护等级IP65，壳内由阀位传感器（标准版为非接触式，可选电位器式或分体式）、在板微处理器和LCD显示及操作按键的电子组件、喷嘴-挡板I/P转换器和气动三位三通换向阀的气动组件构筑基本组成，由反馈轴/杆传递控制阀行程角位移，有带/不带机械式阀位指示器的两种盖子。另有多种功能部件可选升级，结构 组成方块图参见图2。
可选功能部件有：模拟阀位输出，二线制4-20mADC；数字阀位输出，2路信号电路符合DIN 19234 / NAMUR，信号“0”为电流小于1.2mA、信号“1”为电流大于2.1mA；通用输入模块接受外部4-20mADC 信号（阻抗400欧姆），用于控制阀高级诊断，如连接超声传感器监测阀门阀座的信号、连接声压级传感器监测空化气蚀的信号、或其它用途的信号；紧急停车模块隔离连接外部电压信号并独立运行，24VDC时正常，小于5VDC时动作，对控制阀进行紧急停车处理至安全阀位；3个压力传感器用于基于输出和气源压力的控制阀诊断，如初生值测试、摩擦力监测等；阀位开关可提供2点阀位限值报警信号，或选用机械式微动开关的干接点、或选用接近开关（SJ2-SN的NC或SJ2-S1N的NO）；集成在阀门定位器盖子上的机械式阀位指示器与反馈杆轴直接连接，直观指示阀位。
此外，需在订购时选择输入控制信号4-20mADC（代码A）或4-20mADC +HART®（代码H），以及气动部件的单作用、双作用、故障-安全、故障-保位的确认。
其它还有阀门定位器附件：安装适配套件、带压力表（最多3只）的气动连接块、空气过滤减压阀，等。
图2 结构组成方块图衰变池
气动部件
PositionMaster EDP 300的气动部件是源自SENSYCON多年验证的电气转换技术的喷嘴-挡板I/P转换器和气动三位三通换向阀，高气量、低耗气，原理图参见图3。
CPU 根据阀门定位器输入控制信号和阀位传感器测出的实时阀位信号进行比较运算，发出定位控制信号加在I/P 转换器的电磁线圈上，产生的电磁力作用于一端带磁钢的挡板上，使其绕支点偏转，靠近或远离喷嘴。仪表气源经恒节流孔（固定气阻）从喷嘴-挡板（可变气阻）间的气隙流出，当挡板靠近喷嘴时，使喷嘴背压升高，反之亦然。与定位控制信号相对应的喷嘴背压加到三位三通换向阀上，有三个气动输出状态：信号65%-100%时换向阀气路接通气源向控制阀气动执行机构充气加压、信号0%-35%时断开气源充气同时气动执行机构经换向阀气路排气、信号35%-65%时换向阀在中间位置封住气路既不充气也不排气。由于换向阀气路通径较大，所以输出气量很大，气源压力140kPa 时输出气量5.5Nm 3/h 、气源压力1MPa 时输出气量最大达40Nm 3/h 。当阀位达到设定值时，换向阀封住气路，故有很低的稳态耗气量（0.024Nm 3/h ）。
根据用户需求，气动部件可选单作用、双作用、故障-安全、故障-保位四种，对于单作用和双作用的气动执行机构都可有故障-安全和故障-保位的选择。
安装连接
PositionMaster EDP 300可以方便地安装到符合IEC 60534-6-1（GB/T 17213-6）的气动直行程执行机构上（铸造支架NAMUR 凸缘或杆式支架柱形的安装，见图4左侧），安装到符合IEC 60534-6-2（GB/T 17213-13）和VDI/VDE 3845标准的气动角行程执行机构上（见图4右侧），也能安装在有集成安装支架的气动直行程执行机构。安装件与TZIDC 系列的安装件通用。对于特殊安装需求，可提供特定安装配件。
根据安装需要和不同行程范围，提供各种安装套件，适配全球主流控制阀厂商不同型号直行程产品的
安装套件已有19种。用于气动直行程执行机构的反馈轴转角参见图5：阀位传感器转角范围是±30º，工作转角范围约在±15º及最小为25º（±12.5º）。用于气动直行程执行机构的反馈轴转角为25-270º。对于气动角行程执行机构，要使用标准的安装托架，同时阀门定位器反馈轴要配一个专用的连接适配器。
图3
气动部件原理图图4 安装连接图
阀门定位器壳体设计有2个电缆接口（M20 x 1.5或½-14NPT 的电缆密封接头），电气连接参见图6。若是选用分体式型号，阀位传感器及可选的阀位开关直接安装在执行机构上，阀门定位器可安装在附近墙壁或管柱上，使用最长10米电缆相连接。
阀门定位器壳体右侧为气动连接，终端接口为G¼或¼-18NPT 内螺纹，从上到下，依次为气动输出2
（Y 2/OUT 2）、气动输出1（Y 1/OUT 1）、气源（SUP/ZUL IN ）。需要供气压力0.14-1MPa （1.4-10巴），要求气源符合 ISO 8573-1标准的无油、水和灰尘，污染物和油含量3级。可选带气源和输出压力表。
显示和操作
PositionMaster EDP 300内置LCD 显示器带四个按键（见图7），显示内容丰富、界面友好，按键调用多级菜单，支持操作监控、组态调试、手动操作、显示诊断信息。 魔盒防晒霜
左键 和右键 为对应显示器下部显示出的功能的控制操作按键，左键功能有：Exit （退出菜单）、Back （返回）、Abort （放弃键入）、Next （下一个数或数值），对应显示符号 为调看信息级菜单。右键功能有：Select （选择子菜单或参数）、Edit （编辑参数）、Ok （确认存入参数）、对应显示符号 为调看操作模式菜单/调看组态菜单。
图5 反馈轴工作范围（直行程执行机构）
图6 电气连接
上键 和下键 是操作按键，用于浏览菜单或选择参数及数值。
氢氧化钙生产在操作模式菜单内可选择进入Configuration （组态级菜单），其菜单目录有9个可进入的子菜单：
Easy Setup （简单设置）子菜单，可设置执行机构类型（直行程或角行程）、无气时阀位（气开或气关）、0%和100%切断值、0%和100%调节值、自动调整模式、启动自动调整。
Device Setup （设备设置）子菜单，可设置执行机构类型（直行程或角行程）、无气时阀位（气开或气关）、给定值、范围设定、终端阀位停止、重新计算阀位。
Display （显示）子菜单，可设置工程单位、显示值（阀位、给定、偏差、温度、输出压力、气源压力等）、对比度。
Control （控制）子菜单，可设置区域、死区范围和处理及超时、控制参数DB/KP/TV 、输出偏置等。 Input/Output （输入/输出）子菜单，可设置数字输入、报警输出、模拟阀位输出、数字阀位输出（阀位开关1和2）、通用输入。
Communication （通信）子菜单，可设置HART 版本、寻设备。
模具抛光Diagnostics （诊断）子菜单，可设置部分行程测试PST 、柱形图、行程计数等。
Device Info （设备信息）子菜单，可设置硬件软件信息和版本、投用时间、通信位号、地址、气动部件类型（单作用/故障-安全、单作用/故障-保位、双作用/故障-安全、双作用/故障-保位）、行程动作时间。
paamService （维护）子菜单，可设置维护模式、出厂设置、调整阀位传感器、气动部件、分体式阀位传感器、传感器型号和校准及零转角阀位、AO 报警电流。
阀门定位器状态信息采用NAMUR NE107规范的状态分类，除正常OK 外，浓缩状态分为故障 、功能检查 、超出规格 、需要维护 四种。
结束语
PositionMaster EDP 300在TZIDC 系列电气阀门定位器基础上设计和开发，模块化的紧凑结构，有着更好的技术性能和高可靠性，大LCD 显示、界面友好、操作简便，经工程验证有特征的气动部件满足单作用、双作用气动输出及故障-安全和故障-保位需求，输出气量超大和稳态耗气量极低，安装方式符合国际标准并适配气动直行程和角行程执行机构及集成直接安装方式，在定位控制和应用方面性能卓越，是具有一定市场优势的新型智能电气阀门定位器。
2013.6.22
参考文献：
1. ABB. Data Sheet DS/EDP300-EN Rev. B 《PositionMaster EDP300 Electro-Pneumatic Positioner 》，201
2.10
2. ABB. Operating Instruction OI/EDP300-EN Rev. A 《PositionMaster EDP300 Electro-Pneumatic Positioner 》
,2011.10 图7 LCD 显示及操作按键 图8
操作举例
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