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2019/3/14
电动执行机构的无伺服控制方法
这是一个工厂改造原本使用伺放大器电动执行机构控制为无伺服控制的实例,伺服放大器的作用是实现PID调节,其改造的实质是把PID调节功能移入DCS系统,用DCS来实现PID调节,根据蓝普电子多年开发电动执行器(电动执行机构)的经验,改造的前提作者没有提及。下面文章中粉红色文字部分为我加入的评语。 
摘要: 
水泥行业中,电动执行机构应用场合很广。但原有的控制模式故障率偏高(这是作者原文,非常偏颇,作者改造后的控制电路并不见得比现在许多电动执行器产品控制电路稳定),对生产均衡稳定地进行以及工艺参数的调整极为不利,控制作用不能很好地发挥。本文介绍利用“无伺服”控制概念对电动执行机构进行控制(其实是将伺服控制器的PID调节功能移入DCS控制系统而已)。 
1、改造原因 
我公司湿法生产线有几十台电动执行机构,大多数通过手操器、伺服放大器来实现对工艺阀门的控制。由于工况条件差、电子元器件易老化,伺服放大器容易发生故障,影响了整个执行机构的性能。如伺服放大器振荡(也许是死区等没有调好或者元件老化),引起执行器振荡(不一定就是伺服放大器引起,也许是电机刹车片老化、机械间隔增大引起的死区增大等原因),导致伺服电动机抱闸失灵(主要会引起振荡,可以增大死区来解决,但控制精度降低),增加了执行器伺服电动机的故障率,造成工艺参数的波动,影响了生产。 
2电动执行机构(电动执行器)外配伺服放大器控制原理 
其实可以看看蓝普电子写的《电动执行器的结构和工作原理》一文,对这一原理详述得更清楚。 
原控制原理框图如图1。手操器给定前置伺服放大器4~20mA信号,给定信号经过和电动执行器位置发送器反馈的4~20mA信号比较后,由电子开关与触发器(一般电子开关和触发器均内置于伺服放大器中)控制电动执行器伺服电动机正转或反转;同时,电动执行器位置发送器反馈的4~20mA信号,也随之发生变化,并把反馈信号送回前置磁放大器进行比较,直到给定与反馈信号平衡为止。由于反馈信号与手操器的显示和伺服前置伺服放大器串联,因此反馈与给定信号比较的同时,也在手操器上显示反馈信号的变化过程。 
电动执行机构(电动执行器)伺服放大控制原理 
图1电动执行机构(电动执行器)伺服放大控制原理 
伺服前置磁放大器中“调零”电位器和“稳定”电位器(智能型产品中也许没有电位器,用参数进行设定),是电动执行机构能否产生振荡的关键,也是故障易发点(没调好容易产生振荡才是损坏的关键,其实质是容易损坏功率模块);伺服电子开关与触发器回路中可控硅、二极管、限流电感、单结晶管,也是故障易发点。 
3利用“无伺服”技术控制执行机构(实质是将伺服部分功能移入DCS系统中了) 
1999年11月开始的3号窑技改中,建立了3号窑系统的DCS系统。同时,根据我们长期使用执行器和无伺服改造的经验,在3号煤磨对袋除尘排风机入口阀、冷风阀等5台执行器进行了带RC灭弧和RV压敏电阻的无伺服控制改造(目前大多数电动执行机构都加有类似保护电路)。 
利用梯形图程序(图2),对220V和380V电动执行器,模拟实现了伺服放大器的比较、放大功能,用开关量输出模块实现了电动执行器的驱动控制(相应的开关量控制信号要和电动执行器要求的开关量输入信号类型相符,而调节型电动执行器已经内置伺服放大器,只能接授模拟量输入,所以无法改造),利用模拟量输入模块完成工艺阀门位置反馈量采集(不明白怎么用模块量输入模块完成阀门位置信号采集,这里我认为只有那种带阀位反馈的执行器才适合改造)。 
电动执行器(电动执行机构)无伺服控制梯形图程序 
图2无伺服控制梯形图程序 
梯形图程序中400101的值由操作员给定,经除法与乘法运算取整后赋值给400135;同理300019为反馈值,经除法与乘法运算取整后赋值给400140。400135与400140比较后分别驱动相应的000033线圈,使硬线路(见图3)中的中间继电器K1吸合,交流接触器KM1动作,电动机正转;反之驱动000034线圈,使硬线路中的中间继电器K2吸合,交流接触器KM2动作,电动机反转,从而实现了现场电动执行器(电动执行机构)伺服电动机的无伺服正转或反转。 
电动执行器(电动执行机构)控制原理 
图3电动执行器(电动执行机构)控制原理 
DCS:控制系统;ESR:执行器位置发送器;Q:电源低压断路器;Q1、Q2:维护、维修开关;RC:灭弧装置;RV:压敏电阻 
梯形图程序中“#100”是取整运算值。“100”实际是控制阀门开度的精度,即死区控制范围。在精度要求高的控制中可取“#50”或更小,它相当于伺服前置磁放大器中“稳定”电位器的作用。000581为程序中的复位线圈。“#40”为驱动输出保持40s后,自动断开输出。 
造后硬线路可同时适用220V和380V。 
选用220V或380V执行器,由于是集中控制,每台电动执行器(电动执行器)须增加两只中间继电器和1台机旁控制箱;若能与生产厂协商,将接触器及RC灭弧装置和压敏电阻安装于电动执行器(电动执行机构)内部,则可方便安装与操作。我公司已对生产线上的西门子执行器进行了如上改造。 
4使用效果 
改造后的5台无伺服控制执行机构(电动执行器)已投运半年多,自控性能大大提高,完全适应水泥生产现场的恶劣工作环境,无需人为干预,运行可靠,故障率低,维护量大大减少,降低了维修成本,同时节省了手操器和伺服放大器的投入费用。RC灭弧装置、RV压敏电阻可以抑制驱动回路拉弧现象的产生,保证控制回路安全有效的长期运行。为工艺操作提供了稳定、准确的参数,方便了操作,完善了系统功能。 
总结,以上改造方法要求电动执行机构(电动执行器)是带阀位反馈的开关型电动执行器(电动执行机构)。
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