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摘要：随着计算机技术的快速发展，已被广泛用于工业领域中，按照工业锅炉的具体情况，开关阀可以用作阀门定位器的控制元件。本文主要论述了工业锅炉用智能启动阀门定位控制器的研究，深入研究气阀控制系统的运行规律，通过科学合理的设计使得生产过程控制更加的精准、高效。
关键词：工业锅炉；智能气动阀门；定位控制器
引言：工业锅炉是一种热能动力设备，运行过程中会消耗大量的煤炭，大部分的工业锅炉具有能耗高、污染严重等问题，需要进行技术改造，使用智能气动阀门定位器能够为改造工作创造有利条件，借助有效的控制策略，设计出可以适应恶劣环境的阀门定位器。
一、智能启动阀门定位控制器系统构成与特点
气缸可以驱动阀门插板，利用高速开关阀能够控制气缸，借助位移传感器控制活塞杆的移动，实现控制阀门开度的效果。变送器可以把传感器收集到的微弱信号进行放大，用于启动控制元件，还能够将非电量转变为电信号，有利于进行测量与控制信号源，同时，能够把模拟量转变成数字量。外部数字指令可以对系统起到保护的作用，控制器能够实现控制策略，通过通信接口可以将阀口的位置信号传输至远程控制中心[1]。
开关阀的结构并不复杂，动作速度快，开关阀气动伺服系统拥有较强的抗干扰能力，并且造价低廉、对环境要求偏低。当阀处在全关或全开的状态时，过流面积大，可避免污染物堵塞，可靠性高，可防止多种非线性因素造成影响。但在开关阀工作过程中，具有开关死区，因此，在平衡点周围易出现极限环振荡。开关阀在开关时发生的流量脉动会降低系统精度，控制策略能够进行有效的弥补，因此被广泛应用。
二、系统控制器的设计
（一）控制器硬件设计
1.微处理器模块
为达到相关的设计要求，可选择使用MSP430系列16位单片机，这种机型多被用在工业控制、智能仪表等领域，同时能耗较低，工作电压为低电压，拥有5种低功模式与1种活动模式，当处理器处在低功耗模式时，唤醒用时较短，其中还包括丰富的外设资源。
在对系统时钟进行选择时，需用到高频时钟才能完成对外部事件的及时处理，低频时钟可以减少系统功耗，所以需要安装频率高低不同的时钟，在振荡器上接入两个电容，在系统工作过程中，按照不同的需要挑选对应的时钟信号，为系统提供准确的时钟。使用边界扫描技术，让单片机中的全部存储资源都能够被访问，TDI、TDO可作为数据串行通道。
2. 电源模块
电源稳定性与整个系统稳定性息息相关，整体系统包括数字电路与模拟电路两个部分，要分别供电，因为系统使用二线制，意味着整体系统中的电源都要在4至20毫安直流信号中获得。
电流输入信号在经过处理之后，可以获得稳压电路的输入信号，5V电压可通过稳压芯片变为3V电压，滤波后被用作数字电路的电源，LDO拥有很好的电源稳定度，最大输出电流是150毫安，具有过流保护与过热保护功能，工作环境温度保持在-35度至80度之间，可以保证电源系统的稳定。同时，参考电压会被电阻分压。
3. 复位模块
复位模块在单片机系统中非常重要，能够保障系统的可靠运行，所以，要对复位电路进行合理设计，RESET在低电平时有效，通电后，要进行冷复位，当电源稳定后，再进行撤销，在系统运行阶段，要把RET引脚拉低，并进行手动复位，由RC电路构成复位电路。需要准确控制复位时间，电压监控器的功耗较低，具备上电复位、掉电复位与手动复位三种功能，复位脉冲时间高于135毫秒。
4. 信号调理模块
信号调理的过程是把模拟输入信号进行一系列的处理，变为适合输入A/D转换器的信号，模拟信号可分为控制设定信号与阀位反馈信号两类，要先经过信号处理才能输入至单片机中。
使用高性能精密旋转电位器用作阀位检测反馈装置，其旋转角度可以体现出阀杆的行程，电位器输出电压值能够根据旋转角度的变化出现线性变化，测量反馈电位器的电压便能够获知阀杆所处的位置[2]。
（二）控制器软件设计
1. 校调整定程序设计
智能定位控制器在首次使用时，要先进行校调整定，在调解过程中，记录好被控对象的特点，可通过按键中断的方法达到这一功能。
让按键和输入电流相结合，能够改变系统的运行状态。在按键按下后，先判断键值，等待一段时间后，按照电流情况调整运行模式。需要注意的是，按键即校调整定按键，分为上键与下键。
2. 掉电保护程序设计
在系统巡行时期，应对一些重要参数进行妥善储存，并保证安全性，特别在系统掉电时仍不受影响。FLASH存储器具有很好的性能，具有容量大、存储速度快等优点，其中包括几段主存储器与两段信息存储器。信息存储空间通常用来存储系统的初始化默认参数与状态信息参数等。可把各种系统参数分成两种，分别放置在两个信息段上，达到保护重要参数的目的。
3. 数据采集程序设计
向微处理器中输入模拟信号后，要对数据处理后才能进行后续的运算。利用A/D转换模块中的两个通道采集设定值与反馈值。为保证采样的准确性，在软件上对采样数据实行数字滤波，常用的方法有中位值滤波法、算数平均滤波法等。
4. 控制算法研究
工业过程控制的被控对象一般比较复杂，难以获得准确的动态模型，在这个过程中会存在时变、大惯性、大时延等情况，因为普通PID控制不具有很好的适应性，无法按照实际情况的变化对参数进行及时修正，致使控制效果达不到预期，影响控制精度。加强控制算法的自适应性是优化控制性能的有效手段。要尽可能使用先进控制算法，在此基础上加以改进。
神经网络控制算法有着很好的自适应、自学习能力，但不能适用于所有情况，但神经元属于基础构成单元，缺乏良好的自适应性，优点在于结构简单、便于计算，若把单神经元放置在PID控制器上，能够弥补无法及时修正控制参数的缺点。
5. HART通讯协议分析
HART协议属于主/从协议，通常有两个主站，并且地址不同，拥有“突发式”与“问答式”两种通讯模式，“问答式”是从站接受主站的指令，若在一定时间内没有应答，则需重新发送，若仍没有反应，则放弃发送；“突发式”是从站每隔一段时间向主站发送消息。
结论：设计智能气动阀门定位控制器过程中，要对系统进行检验，测定系统在每个位置的定位精度、抗干扰性能、整体稳定性等内容，探究其内部构造，建立调试平台，对各项数据进行反复测算，在确定满足规定要求后，再投入到实际生产之中。
参考文献：
[1]王慧.船舶动力定位系统的数学建模和定位控制器仿真研究[J].舰船科学技术,2021,43(02):28-30.
[2]徐红波,叶宝玉.基于Markov多模型的船舶动力定位控制策略研究[J].科技经济导刊,2020,28(28):35-36.