气动阀门定位器是按力平衡原理设计工作的，其工作原理方框见上图所示， 它是按力平衡原理设计和工作的。 如图所示当通进波纹管的信号压力增加时， 使杠杆 2 绕支点转动， 档板靠近喷嘴，喷嘴背压经放大器放大后，送进薄膜执行机构气室，使阀杆向下移动，并带动反馈 杆(摆杆)绕支点转动，连接在同一轴上的反馈凸轮(偏心凸轮)也随着作逆时针方向转动，通过滚轮 使杠杆 1 绕支点转动，并将反馈弹簧拉伸、弹簧对杠杆 2 的拉力与信号压力作用在波纹管上的力达 到力矩平衡时仪表达到平衡状态。此时，一定的信号压力就与一定的阀门位置相对应。以上作用方 式为正作用，若要改变作用方式，只要将凸轮翻转，A 向变成 B 向等，即可。所谓正作用定位器， 就是信号压力增加，输出压力亦增加;所谓反作用定位器，就是信号压力增加，输出压力则减少。一 台正作用执行机构只要装上反作用定位器， 就能实现反作用执行机构的动作;相反， 一台反作用执行 机构只要装上反作用定位器，就能实现正作用执行机构的动作。

　　气动阀门执行器工作原理 利用压缩空气推动执行器内多组组合气动活塞运动，传力给横梁和内曲线轨道的特性，带动空芯主轴作旋 转运动，压缩空气气盘输至各缸，改变进出气位置以改变主轴旋转方向，根据负载(阀门)所需旋转扭矩的要求， 可调整气缸组合数目，带动负载(阀门)工作。 两位五通电磁阀通常与双作用气动执行机构配套使用，两位是两个位置可控：开-关，五通是有五个通道通气， 其中 1 个与气源连接，两个与双作用气缸的外部气室的进出气口连接，两个与内部气室的进出气口接连，具体的 工作原理可参照双作用气动执行机构工作原理。 由于现在的控制方式和手段越来越多，在实际工业生常和工业控制中，用来控制气动执行机构的方法也很多，常 用的有以下几种。 (一)基于单片机开发的智能显示仪控制 智能显示仪是用来监测阀门工作状态， 并控制阀门执行期工作的仪器， 它通过两路位置传感器监视阀门的工作 状态，判断阀门是处于开阀还是关阀状态，通过编程记录阀门开关的数字，并且有两路与阀门开度对应的 4～ 20mA 输出及两足常开常闭输出触点。通过这些输出信号，控制阀门的开关动作。根据系统的要求，可将智能阀 门显示仪从硬件上分为 3 部分来设计：模拟部分、数字部分、按键/显示部分。 1、模拟电路部分主要包括电源、模拟量输入电路、模拟量输出电路三部分。 电源部分供给整个电路能量，包括模拟电路、数字电路和显示的能源供应。

　　为了实现阀门开读的远程控制，需 要将阀门的开度信息传送给其他的控制仪表，同时控制仪表能从远方制定阀门为某一开度，系统需要 1 路 4～ 20mA 的模拟量输入信号和 1～2 路 4～20mA 的模拟量输出信号。 模拟量输入信号通过 A/D 转换变成与阀门开度 相对应的数字信号后送给数字部分的单片机， 在单片机中对它进行滤波处理后就可以输出了。 阀门的开度信息通 过 D/A 转换后变成模拟信号输出，用来接显示仪显示阀门开度或连接其他的控制设备。在本设计系统中，所有 的数字量数据均采用串行的输入输出方式，为了节省芯片资源和空间，输入的 4～20mA 的模拟量在转化为数字 量时，采用已有的 4 路 DA 芯片与单片机的系统资源相结合作 8 位的 AD 使用。 2、数字电路部分主要包括：单片机、掉电保护、两路监测脉冲输入信号、两路常开常闭转换触点输出。 在设计方案中选用目前普遍使用的 51 系列单片机 AT89C4051。AT89C4051 是一款低电压、高性能的 CMOS8 位微控制器，它具有 4K 字节的可擦除、可重复编程的只读闪存。

　　通过在单芯片内复合一个多功能的 8 位 CPU 闪存，在性能、指令设定和引脚上与 80C51 和 80C52 完全兼容。 考虑到在系统掉电或重新启动时， 需要保持先前在仪表中设置的一些阀门参数， 而单片机中的数据存储器不具 备掉电存储功能，所以在片外扩展了一个具有掉电保存功能的芯片 X5045。X5045 是一种集看门狗、电源监控和 串行 EEPROM3 种功能于一身的可编程电路， 这种组合设计可以减少电路对电路板空间的需求， X5045 中的看门 狗为系统提供了保护，当系统发送故障而超过设定时间时，电路中的看门狗将通过 RESET 信号向 CPU 作反应。 X5045 提供了三个时间值供用户选择使用。它所具有的电压监控功能还可以保护系统免受低电压的影响，当电源 电压降到允许范围以下时，系统将复位，直到电源电压返回到稳定值为止。X5045 的存储器与 CPU 可通过串行 通信方式接口。共 4069 位，可以按 512×8 个字节来放置数据。 X5045 的管脚排列如图 1 所示，它共有 8 个引脚，各个引脚的功能如下： 气动阀门执行器工作原理(2) CS：电路选择端，低电平有效; SO：串行数据输出端; SI：串行数据输入端; SCK：串行时钟输出端; WP：写保护输入端，低电平有效; RESET：复位输出端; Vcc：电源端; Vss：接地端。 INA 为输入信号，是由光电传感器采集到的阀门脉冲信号(10mA)。该信号经旁路电容滤波 后送入光耦，转换成了输出的 OUT 电压信号送入单片机。输出的电压可直接进入单片机的 I/O 口。

　　在控制中，要求 A、B 两路脉冲都接收到的时候，才认为是由信号输入，AB 为正转，BA 为反转。只 有一路信号输入时不计数。 两路常开、常闭转换触点输出。用来连接电磁阀，通过控制电磁阀的吸合来控制气动执行 机构作相应的开阀或关阀动作。 3、显示部分主要包括：单片机、4 位 LED 显示、3 只状态指示灯(自动、正转、反转)、3 只按键(MODE/SET 键、上键、下键)。 显示部分采用 AT89C4051 单片机， 用来控制 4 位 LED 显示， 且同数字部分的单片机进行通 讯， 还要对控制仪的模式做相应的选择和控制。 显示仪上设计有 3 只状态指示灯用来显示执行机构 的状态：正转、反转、自动;3 只按键：MODE/SET 键、上键、下键，控制执行机构的工作模式和一 些参数的初始化。这 3 部分通过接口连接，构成一个完整的控制系统，可以对一些类似气动马达等 的执行机构进行控制。在实际应用中基本实现了预先要求的各种性能指标。 (二)利用 PLC 来控制的系统 PLC 在控制系统中的应用越来越广泛，由于本方案是在 OMRON 的 PLC 上面作的开发，所以 以 OMRON 的 PLC 来作介绍。 硬件组成：1 台计算机，1 套 PLC(包括 CPU，I/O 模块，ID212，OC224，AD003 模块)，2 个继电器，2 个电磁阀，1 个气动阀门执行器。

　　其组成原理为： 由 PC 机通过 RS-232 串口通讯连接 OMRON 的 PLC， 对 PLC 进行编程和监控。 PLC 的 I/O 模块分别接入输入、 输出信号， 其中输入模块连接到阀门上的两个位置传感器， 通过 PLC 的输入模块 ID211 的指示灯亮的先后顺序来显示阀门的开关状态。 输入模块接收两路阀门检测脉冲 输入，即脉冲 A 与脉冲 B。在运行状态下，脉冲 A 输入时指示灯 A 亮，脉冲 B 输入时指示灯 B 亮。 输入顺序为 AB，表示开阀。输入顺序为 BA 表示关阀。阀门检测脉冲 A 和 B 信号必须部分叠加，否 则不能正常检测阀门开度。 通过 PLC 的输出模块 OC225 控制两个继电器，继电器具有两组常开常闭输出触点，1 组为 开阀输出触点，1 组为关阀输出触点。开阀时，当阀门开度大于或等于所设阀门限位值时开阀输出 触点动作， 阀门开度小于所设阀门限位值时开阀输出触点动作， 发明开度小于所设阀门限位值时开 阀输出触点复位。关阀时，当阀门关到零位且 21s 内无脉冲输入时关阀输出触点动作;若 21s 内有 脉冲输入，则延时 21s 关阀输出触点动作。通过继电器的吸合来控制两个电磁阀的开关，电磁阀打 开后， 便可以控制气动阀门执行器使得阀门做相应的开阀或关阀动作。

　　同时接近传感器把阀门的开 关情况再传送到 PLC 中，并同要求的阀门开度作比较，直到符合要求为止。 自动归零与自动调满： 控制系统具有自动归零与自动调满功能， 当阀门开度小于归零范围 值或阀门开度距满量程小于满度调节范围值，且时间大于或等于所设值稳定时间值时，PLC 自动控 制阀门进行归零或自动调满。 气动阀门执行器工作原理(3) 在实验中，由阀门上的位置传感器计算阀门的开度。 当阀门先离开 A 传感器，后离开 B 传感器时，表示阀门在关阀。当阀门先离开 B 传感器， 后离开 A 传感器时，表示阀门在开阀。传感器接收到的是一个脉冲信号，通过位置传感器的采集信 号来记下阀门的开关状态。 在上位机中用编程软件 CX-programmer 编写梯形图， 然后把梯形图下载到 PLC 中运行， 在 上位机的组态软件中进行控制和监控， 阀门开关量的多少可由组态软件界面输入的圈数值确定。 组 态界面做好后，开阀、关阀、停止、总开关等控件的控制和动作可以直接在组态界面中很直观形象 地进行操作。