气动控制:还没死
气动控制可能被认为是恐龙，但它仍然在地球上非常活跃地行走。作为“心爱的”4-20 mA标准的前身，气动在许多过程工业中一直保持“活跃”，尽管它现在经常在混合模拟控制系统中分享聚光灯。尽管控制已经慢慢地进入了数字时代，但它已经适应了更新的环境。
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气动控制可能被认为是恐龙，但它仍然在地球上非常活跃地行走。作为“心爱的”4-20 mA标准的前身，气动在许多过程工业中一直保持“活跃”，尽管它现在经常在混合模拟控制系统中分享聚光灯。尽管控制已经慢慢地进入了数字时代，但它已经适应了更新的环境。丧钟尚未敲响。
“更小、更快、更便宜”的控制组件和系统的呼声推动了当今过程工业可用的大部分技术。然而，当像气动控制这样的老备用设备拒绝消亡时，肯定有一些固有的优势可以与新技术相媲美。
虽然气动元件并不以体积小而闻名(尽管有所谓的微型阀门和配件)，但气动变送器、控制器、指示器、记录仪和面板安装仪器并不像电子同类产品那样昂贵。部分由于它们陈旧、成熟的技术和相对简单的机械结构，气动仪器在许多行业中仍然根深蒂固。
便宜，什么价格?
气动控制比标准的4-20 mA单位需要更多的注意。除了常规校准功能外，还必须检查气动在机械系统中的故障，包括磨损、泄漏和航空污染物的损坏。虽然这些可能是罕见的，但适当的系统维护仍然需要定期进行这些检查。
这个维护问题的一个重要因素是必须额外注意运行所需的空气系统。需要合适的压缩空气系统。这需要维护压缩机、调节器、空气干燥器和除油设备(通常需要干燥、无油的空气)，以及空气管路和液滴。虽然许多气动最终控制元件在“标准”100psi空气下运行，但现场设备通常使用25- 50psi空气，需要额外的调节。然而，气动设备的成本仅为最便宜的电子/电动设备的25%，开销问题在地平线上显得小得多。
长期在这一领域工作有助于他们的经济。贝利控制公司(Wickliffe, O.)的营销经理、执行器和定位员Jim Smith表示，贝利在燃煤公用事业(强制或诱导风机和粉碎机控制)、化工、石油和粮食加工等行业中做了许多完整的气动控制系统。“尽管气动控制有着悠久的历史，但在贝利看来，它的鼎盛时期从20世纪50年代一直持续到60年代中期。最后，随着控制系统向模拟系统过渡，气动系统的安装减少了。”“有趣的是，这些原始装置中的大多数至今仍是气动的。Bailey Controls及其姐妹部门ABB Instrumentation, Fischer+Porter(宾夕法尼亚州沃敏斯特)仍然支持该技术，提供完整的气动或气动混合最终控制元件系列，包括阀门定位器和阻尼器驱动器。
不需要速度，只需要安全
在响应时间不是问题的过程工业中，气动仪器没有被卷入影响其4-20 mA和数字对应的“加速”过程中。在“繁荣”的行业也允许直气动仪器和最终控制元件发挥他们最强的手。从本质上讲，它们被国家电气规范评为“被动设备”，本质上是安全的。气动仪表可用于任何需要危险区域分类位置的行业，通常代表1类，1部门服务的最低安装成本选项。
ABB仪器公司(Rochester, ny)的高级应用专家Richard Wolf表示，气动控制器和图表记录仪的使用还有另一个优势。在停电的情况下，这些设备继续运行并记录工艺条件。在必要时，可以使用此信息手动安全地使进程联机。此外，它还提供美国环境保护署、食品和药物管理局以及其他监管机构所要求的持续收集的数据。
除了固有的安全性，测量的通用性也是气动仪表的一个优势。ABB的440R系列指示控制器具有大的指示刻度，易于读取荧光橙色过程和设置指针，用于快速错误识别。然而，可与控制器一起使用的完整测量元件线确保了应用的通用性。温度、压力、液位、流量和压差元件可用。该指示器还具有接收电子输入的能力。
应用范围广泛
虽然提供气动控制的控制制造商的数量已经减少，但可用的产品范围仍然令人印象深刻。压力，压差，流量，温度和液位变送器仍然可以从许多来源。各种控制器类型也可包括一模，二模和三模版本。面板安装版本可以使用各种指示器，其中许多是按比例缩放的，以便在它们必须服务的大型、肮脏、恶劣且通常光线不好的环境中可见。
也可根据工艺要求，现场安装在管架上、面板上或平面上的大型外壳仪器。用于记录、指示、控制、汇总和传输，这些熟悉的圆形图表和刻度指示器设备仍然是许多行业的主要产品。
这些设备主要用于NEMA 3结构，设计用于户外使用时，以及炼油厂，化工，废水修复和其他大型校园，工艺应用。气动控制也需要无数的附件项目来组装和维护一个正确的操作系统。像放大、减小、增强和计算继电器、中继器和无尽头的主要测量元件等项目也很容易获得。
气压装置的一个有趣的应用是压力中继器。根据The Foxboro Co. (Foxboro, Mass)的应用顾问Wolf Musow的说法，这种独立的气动压力变送器可以提供与工艺压力成正比的输出信号，可以用作电子dp压力或液位变送器的附件。中继器不是使用常规的机械远程压力密封，而是用于将过程输出压力信号传输到dp变送器的高侧或低侧。中继器的工作温度比远程压力密封高得多，可以在高达200°C的工艺温度下进行精确的压力测量。
未来会怎样
尽管近年来全气动控制的数量有所减少，但气动元件和系统(无论是全部还是部分)一直存在。气动阀门定位器或控制阀可能是过程工业中最著名的电子/气动混合动力。由最终控制元件制造商普遍提供，这种简单的设备将电子信号(4-20 mA, HART或全数字，取决于类型)与气动定位装置连接。根据所提供的信号和车载电子设备的功率，这些混合动力车可以提供PID整定、远程校准和设定值控制以及车载诊断等功能。由于设备的执行器端保持空气动力，这些设备在爆炸性环境中操作是安全的，例如石油/化学加工，基于醚的工艺大量存在的制药制造，以及空气中粉尘是一个问题的加工操作。
灵活的解决方案
目前提供气动产品的所有主要公司都承诺支持他们进入新千年。这其中有一些非常合理的原因。
气动保持服务，并由于;
对将电引入控制方案的真实或感觉上的恐惧。
继续简化现有系统的维护和监控。
转换到新的控制技术(4-20 mA，基于hart等)的高昂成本;而且
便捷的空气供应。
Moore Process Automation Solutions (Spring House, Pa.)气动和阀门控制产品经理Mark Stiefbold表示:“Moore认识到气动选项是提供灵活控制解决方案的重要组成部分。我们希望它们仍然是我们测量和控制产品线不可分割的一部分。然而，随着成本的降低以及循环控制器和分布式控制系统的持续发展，关键应用中对气动仪器的需求将会减少。然而，在气动控制阀的应用中，体积增强继电器和其他信号调节器优化阀门性能，目前和预期的增长。”
那么，控制行业对灵活解决方案的重视又将气动置于何处呢?当然还没死。
使用气动仪器进行现代控制应用
由于气动仪表易于理解和操作，操作精确、可靠、安装寿命长、抗电气干扰，因此具有很大的应用通用性。
力平衡变送器在气动中应用广泛
因为它是控制系统最简单的手段之一
将过程变量转换为气压。
采用力平衡原理(见气动变送器图)的直接喷嘴系统是许多气动仪器的基础。施加在柔性膜片上部的过程压力的来源是不同的，可以包括:
处理脉冲线;
气体因压力变化而膨胀;
可调弹簧;而且
来自另一个气动装置的信号。
通过将源施加到不同的膜片区域，可以进一步加重过程压力。固定孔板和喷嘴形成一个分压电路，检测和纠正过程和传递压力之间的误差，而信号之间的压差作用于膜片。由此产生的隔膜位移测量喷嘴气流，增加或减少传输压力，系统达到平衡。结果是过程压力和传递压力之间的线性、高增益关系。为了提供更高的安全性，大多数设备通过增压级将传输压力与回路的其余部分分离。
间歇式反应器实例
典型的间歇式反应器温度级联方案可以使用力平衡气动仪器来实现。在浮动极限图所示的应用中，反应器壁面的高温差可能导致内部成分的局部燃烧或沉积。
为了控制这一点，反应器温度控制器(TIC-1)将设定值改为夹套温度控制器(TIC-2)。这将夹套控制器的设定值限制为反应器温度的函数，从而防止出现高温差。
反应器温度控制器的输入是一个来自温度变送器的3-15 psig信号，该变送器包括一个密封气体填充传感元件和一个力平衡变送器。变送器的挡板喷嘴设计将温度压力变化转换为3-15 psig输出信号。整个12 psig跨度可以在小于0.001英寸的情况下实现。挡板-喷嘴运动，提高精度，减少滞后。
温度信号从温度变送器(TT-1)传送到反应堆温度控制器(TIC-1)，这是一个直接作用的比例加复位气动控制器。它通过一个类似于前面描述的气动电路的错误检测器感知过程变量和控制器设定值信号之间的任何差异，通过比例和积分动作调整控制器输出，直到过程变量信号等于设定值信号。膜片面积和喷嘴直径平衡压力，并根据输入信号提供3-15 (0-100%)psig输出信号。
使用正偏置继电器和低压选择器(LPS)设置夹套温度上限。偏置继电器从温度变送器获取压力输出，并向其添加压力(偏置)。因此，从9 psig的反应器温度控制器到3 psig的偏置继电器组的中跨输出将有12 psig输出。偏差可以通过压缩作用于挡板一侧的弹簧来调整，从而增加压力。低压选择器然后通过在“偏置”温度输出信号和控制器(TIC-1)的输出之间进行选择来设置允许的温度差的偏置。
由于反应堆具有冷却能力，负偏置继电器和高压选择器(HPS)建立了夹套温度的下限。在这种情况下，“偏置”来自于挡板喷嘴一侧的弹簧，这降低了压力。结果是与从控制器(TT-2)传输的3-15 psig信号相比，直接作用比例加复位控制器(TIC-2)的3-15 psig设定值。在此，控制器在比较设定值和过程压力后，向空开(a /O)蒸汽阀和空关(a /C)冷却水阀发送3-15 psig信号。
Mark A. Stiefbold是Moore过程自动化解决方案气动和阀门控制产品的产品经理。
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