传统开关控制阀的阀位监控器基本上是电磁阀和限位开关的简单组合，随着过程强化和功能安全的推进，要求用于安全仪表系统（SIS）的开关控制阀符合IEC 61508或IEC 61511以及配置智能阀位监控器。ESD阀门定位器和阀门安全系统尚在发展和完善之中，而SAMSON最新推出全球首创的NAMUR信号连接供电的3738型数字式阀位监控器，不改变回路接线就可方便地替换取代传统的电磁阀和限位开关组合，实现传统开关控制阀的智能化升级。

在现代工厂使用的控制阀中，按功能分类主要有用于连续控制的调节型和用于位式控制的开关型[1]，在实际工程设计和应用中确切的阀型选定则依据具体过程类型及操作条件。

根据德国《化工技术（CHEMIE TECHNIK）》31卷11期的市场分析，在整个工业阀门市场中，调节型控制阀约占10%，开关型的球阀、蝶阀或旋塞阀约占9%[2]。

球阀、蝶阀或旋塞阀都是典型的（传统）开关控制阀，所配置的气动执行机构为角行程的单作用或双作用气缸式或薄膜式。阀门动作主要由电磁阀控制，阀位回讯主要由感应式接近开关或机械触点式限位开关来实现。传统的阀位监控器基本上是电磁阀和限位开关的简单组合，终端阀位信号获取精度也低。

随着过程强化和功能安全的推进，要求用于安全仪表系统（SIS）的开关控制阀（切断阀和释放阀）符合IEC 61508或IEC 61511以及配置智能阀位监控器进行自动监控、部分行程测试（PST）、故障诊断功能和资产管理。这部分市场需求日益增多，据有关统计已占开关型控制阀市场份额的约5%~10%，并有着相当大的市场潜力。对于其余的占有更大比例的一般开关控制阀，用户也迫切希望能具有在线管理和故障诊断功能和手段。

图1  3738型数字式阀位监控器方框图[3]。

数字式阀位监控器现状

信息化技术的发展使开关控制阀的阀位监控器走向数字化、智能化。安全仪表系统（SIS）和紧急切断阀（ESD）促使ESD数字式阀门定位器以及数字式阀位监控器按需研发，常规系统的开关控制阀也开始筹划智能化应用和改造升级。

强劲的市场需求，使各主要控制阀生产商先后推出ValvGuard（VG800、VG9000）、SwitchGuard（SG9000）、ESD阀门定位器（DVC6000SIS、3730-3ESD、SVI II ESD、SRD991/960 ESD、SIPART PS2 ESD...）等。应该看到，ESD阀门定位器和阀门安全系统尚在发展和完善之中，现有产品中，或使用4~20mA+HART，或4~20mA、24VDC外加FF，或0/24VDC+HART；通常为二线或四线连接，有的要单独为现场总线通信配线；有的壳内不能集成电磁阀要外接电磁阀；有的还要配RCI转换卡或隔离卡；有的要专配线路电阻适配器；等等。结果是：或需控制系统配置提供价格较高的模拟点（SIS系统以数字I/O为主），或需现场总线网段供电，或需HART多路采集卡；或利用DO点给电磁阀的0/24VDC开关量但在“0”信号阀门动作期间将使RCI卡或监控器失电不工作。而要开展传统开关控制阀的技术改造智能化升级，现有产品解决方案基本上都要改变原有回路设计且现场接线，对用户不太方便且花费较多。

图2  安装到角行程执行机构[3] 。  图3  3738型的连接[3]。

3738型数字式阀位监控器设计思想

SAMSON公司综合类似功能产品现状及技术发展、市场需求、用户要求等因素，对3738型数字式阀位监控器的设计思想和出发点是：

针对开关控制阀市场总体需求进行设计；

符合IEC 60508标准的安全功能，单回路达到SIL 2，冗余回路达到SIL 3，取得TüV认证；

具有类似部分行程测试（PST）功能的阀门移动测试（VMT）功能，防止阀门咬卡和动作失灵；

在板微处理器为核心的主机系统，硬件、软件优化组合，模块化结构紧凑设计，功能集成化；

采用超低功耗器件，按NAMUR信号连接作为监控器电源，二线制供电和信号传输，保证在开关控制阀动作时监控器仍然工作、可视和对外联系，连续监控、显示、故障诊断和串口通信；

监控器数字化智能化，实现更高的准确性以及自诊断和自动调试，本机LCD显示，本机一键操作，连接PC机的本机串口及可实现的外部组态、监控和故障诊断；

安装连接按照VDI/VDE 3845 Level 2，及一体化方式；

便捷的替换方式，连接保持用户原有仪表习惯、不改变现有回路接线和能够继续适配原有I/O卡件，对于现有传统的配置普通型阀位监控器的开关控制阀只需简单替换即可；

满足用户防爆保护要求，内置集成电磁阀为Ex ia，外部安装的电磁阀为Ex e。

3738型数字式阀位监控器工作原理

3738型数字式阀位监控器外形和结构类似3730系列数字式阀门定位器，工作原理的方框图见图1。

按照IEC 60947-5-6：1999标准《低压开关设备和控制设备—第5-6部分：控制电路电器和开关元件 接近传感器和开关放大器的DC接口（NAMUR）》，NAMUR信号连接为U0=8V或8.2VDC，Ri=1000Ω，开关电流在1.2mA和2.1mA之间，标定的开关电流典型值为1.55mA，滞环为0.2~0.4mA。

图4  智能化升级的替换连接。

监控器电源来自NAMUR信号连接的隔离器A（14）。隔离器A是连接到符合IEC 60947-5-6:1999标准的开关放大器（隔离栅）并由其供电，对外等效为接近传感器（接近开关），高阻抗时约为1.2mA和低阻抗时为2.1mA以上。3738型利用NAMUR信号连接的U0（8V或8.2VDC）在隔离器A（14）后经电源单元提取出整机工作电源，由于采用超低功耗元器件，功耗只有5mW，监控器可在1.2mA以下工作运行。这不同于其他采用24VDC电磁阀激励电压供电或4~20mA模拟信号供电的监控器，是3738型数字式阀位监控器全球首创的供电方式。

3738型数字式阀位监控器可提供4个NAMUR信号连接：2个阀位开关状态信号、1个VMT（阀门移动测试）状态监视信号、1个故障报警信号。需要连接到符合IEC 60947-5-6：1999标准的开关放大器（隔离栅）。

微处理器（4）是监控器的核心。开关阀执行机构（1）0~90o角位移的阀位信号（允许工作范围30o~170o）由非接触式的AMR阀门传感器（2）检测，将机械量转换为电量信号，再经模/数转换器（3）送到微处理器（4）进行阀位数据处理和监控。本机监控由LCD（9）显示和旋钮按键（10）就地操作、组态。可以通过适配电缆将PC机连接到SSP串口（11），可选SAMSON的TROVIS-VIEW监控软件的操作界面进行组态、监控和故障诊断。

电磁阀激励电压仍为传统的24VDC，可有在壳内的集成电磁阀（7）和外部电磁阀（7a），均为先导式电磁阀，3/2通或5/2通（气动组件8），动作寿命可达100万次。根据防爆要求选定：内置为Ex ia，外部为Ex e。气源240~600kPa（2.4~6 bar）、气体流量系数Kv 为0.32，可满足常见的气动活塞式执行机构所需快速动作的气量流通要求。电磁阀控制电路（6）控制着内置或外部电磁阀动作，并将电磁阀信息通过隔离器（5）与微处理器联系。只有来自控制系统的电磁阀激励电压为24VDC和微处理器控制指令为“1”时才允许电磁阀动作。

3738型数字式阀位监控器安装

参见图2，3738型数字式阀位监控器安装连接有气路底板、阀位检测连接、电子组件三部分。气路底板安装连接按照VDI/VDE 3845 Level 2（在执行机构连接面上为符合标准间距的4个M4内螺纹孔，Level 2为连接到执行机构的托架上有符合标准间距的4个直径5.5mm穿孔），简单方便。阀位检测连接用1个螺钉（带磁感应片）固定到执行机构的旋转轴上，并有机械式阀位指示。再用2个螺丝将电子组件固定在气路底板。

3738型数字式阀位监控器可以一体化装配到SAMSON集团旗下的AIR TORQUE执行机构（如48页图中所示开关球阀的AT气动执行机构），无外部配管；也可方便地安装到符合VDI/VDE 3845 Level 2标准的其他品牌执行机构上，满足用户和市场需求。

可根据实际选用进行外部接线，对于内置集成电磁阀类型，参照图3a，对于外部电磁阀类型，参照图3b。智能化升级时，24VDC电磁阀可利用原有回路接线。

3738型数字式阀位监控器设计有4个软接点（NAMUR信号连接）：A和B是终端阀位（开或关），智能化升级时可替换传统限位开关并利用原有回路接线；C是阀门移动测试VMT（类似部分行程测试PST）的状态监视信号，STAT是监控器故障报警信号。

3738型数字式阀位监控器替换接线实用方案

用3738型数字式阀位监控器替换取代传统的开关控制阀阀位监控器的智能化升级，易于实现、非常方便，典型的实用解决方案见图4，原有回路接线、现场电缆都不需要改变，主要步骤是取下原有感应式接近开关型限位开关和24VDC电磁阀组合的监控器，将3738型安装在气动执行机构上（按照VDI/VDE 3845 Level 2）并按要求接好线、连好气源管路即可启用。对系统而言，回路上并没有改变，接线接管没有变化，但阀位监控器已经有了质的变化：阀位检测精度有了很大提高，就地状态可视、监控组态、自动校准、故障诊断、串口通信，以及阀门位移测试（VMT），已使现场开关控制阀性能大大提升，成为智能化设备。3738型还设有VNT测试状态监视C和故障报警STAT的软接点NAMUR信号，用户可根据实际需要增加连接电缆和系统的信号槽路。

对于传统开关控制阀选用机械触点式限位开关的类型，若原设计也是接有符合IEC 60947-5-6:1999的开关放大器（隔离栅），则替换连接同于感应式接近开关类型，同样简便快捷。只有设计将机械触点式限位开关直接连到DI输入卡的，则需在现场与控制系统之间的机柜里增加隔离栅。

结语

3738型数字式阀位监控器首创用NAMUR信号连接供电，超低功耗不间断连续运行；硬件与软件优化组合形成多样监控功能；自适应、自校准、自测试；本机状态显示、故障诊断；简单的一键操作组态；串口通信和运行在PC机的TROVIS-VIEW监控软件等等。这些数字式阀位监控器的特征诠释了自动化技术的新发展、开关控制阀智能化的新发展。易实施、低成本的替换取代解决方案符合工业用户的要求，传统的电磁阀和限位开关组合的智能化升级符合过程功能安全的要求。

参考文献

[1]（美）斯库森（Skousen，P.L.）著，孙家孔译, 阀门手册（第二版）1.2, 第1页，中国石化出版社, 2005.12

[2] CT marker analysis.  CHEMIE TECHNIK Edition 31. Issue 11

[3] Dr.Thomas Karte,...,SAMSON AG,Sonderdruck aus"atp-Aotomatisierungstechnische Praxis"5/2009. 51.Jahrgang, www.atp-online.de