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2019/3/14
電動執行機構的無伺服控制方法
這是一個工廠改造原本使用伺放大器電動執行機構控制為無伺服控制的實例,伺服放大器的作用是實現PID調節,其改造的實質是把PID調節功能移入DCS系統,用DCS來實現PID調節,根據藍普電子多年開發電動執行器(電動執行機構)的經驗,改造的前提作者沒有提及。下面文章中粉紅色文字部分為我加入的評語。 
摘要: 
水泥行業中,電動執行機構應用場合很廣。但原有的控制模式故障率偏高(這是作者原文,非常偏頗,作者改造后的控制電路并不見得比現在許多電動執行器產品控制電路穩定),對生產均衡穩定地進行以及工藝參數的調整極為不利,控制作用不能很好地發揮。本文介紹利用“無伺服”控制概念對電動執行機構進行控制(其實是將伺服控制器的PID調節功能移入DCS控制系統而已)。 
1、改造原因 
我公司濕法生產線有幾十臺電動執行機構,大多數通過手操器、伺服放大器來實現對工藝閥門的控制。由于工況條件差、電子元器件易老化,伺服放大器容易發生故障,影響了整個執行機構的性能。如伺服放大器振蕩(也許是死區等沒有調好或者元件老化),引起執行器振蕩(不一定就是伺服放大器引起,也許是電機剎車片老化、機械間隔增大引起的死區增大等原因),導致伺服電動機抱閘失靈(主要會引起振蕩,可以增大死區來解決,但控制精度降低),增加了執行器伺服電動機的故障率,造成工藝參數的波動,影響了生產。 
2電動執行機構(電動執行器)外配伺服放大器控制原理 
其實可以看看藍普電子寫的《電動執行器的結構和工作原理》一文,對這一原理詳述得更清楚。 
原控制原理框圖如圖1。手操器給定前置伺服放大器4~20mA信號,給定信號經過和電動執行器位置發送器反饋的4~20mA信號比較后,由電子開關與觸發器(一般電子開關和觸發器均內置于伺服放大器中)控制電動執行器伺服電動機正轉或反轉;同時,電動執行器位置發送器反饋的4~20mA信號,也隨之發生變化,并把反饋信號送回前置磁放大器進行比較,直到給定與反饋信號平衡為止。由于反饋信號與手操器的顯示和伺服前置伺服放大器串聯,因此反饋與給定信號比較的同時,也在手操器上顯示反饋信號的變化過程。 
電動執行機構(電動執行器)伺服放大控制原理 
圖1電動執行機構(電動執行器)伺服放大控制原理 
伺服前置磁放大器中“調零”電位器和“穩定”電位器(智能型產品中也許沒有電位器,用參數進行設定),是電動執行機構能否產生振蕩的關鍵,也是故障易發點(沒調好容易產生振蕩才是損壞的關鍵,其實質是容易損壞功率???;伺服電子開關與觸發器回路中可控硅、二極管、限流電感、單結晶管,也是故障易發點。 
3利用“無伺服”技術控制執行機構(實質是將伺服部分功能移入DCS系統中了) 
1999年11月開始的3號窯技改中,建立了3號窯系統的DCS系統。同時,根據我們長期使用執行器和無伺服改造的經驗,在3號煤磨對袋除塵排風機入口閥、冷風閥等5臺執行器進行了帶RC滅弧和RV壓敏電阻的無伺服控制改造(目前大多數電動執行機構都加有類似?;さ緶?。 
利用梯形圖程序(圖2),對220V和380V電動執行器,模擬實現了伺服放大器的比較、放大功能,用開關量輸出??槭迪至說綞蔥釁韉那刂?相應的開關量控制信號要和電動執行器要求的開關量輸入信號類型相符,而調節型電動執行器已經內置伺服放大器,只能接授模擬量輸入,所以無法改造),利用模擬量輸入??橥瓿曬ひ輾盼恢梅蠢×坎杉?不明白怎么用??榱渴淙肽?橥瓿煞盼恢瞇藕挪杉?,這里我認為只有那種帶閥位反饋的執行器才適合改造)。 
電動執行器(電動執行機構)無伺服控制梯形圖程序 
圖2無伺服控制梯形圖程序 
梯形圖程序中400101的值由操作員給定,經除法與乘法運算取整后賦值給400135;同理300019為反饋值,經除法與乘法運算取整后賦值給400140。400135與400140比較后分別驅動相應的000033線圈,使硬線路(見圖3)中的中間繼電器K1吸合,交流接觸器KM1動作,電動機正轉;反之驅動000034線圈,使硬線路中的中間繼電器K2吸合,交流接觸器KM2動作,電動機反轉,從而實現了現場電動執行器(電動執行機構)伺服電動機的無伺服正轉或反轉。 
電動執行器(電動執行機構)控制原理 
圖3電動執行器(電動執行機構)控制原理 
DCS:控制系統;ESR:執行器位置發送器;Q:電源低壓斷路器;Q1、Q2:維護、維修開關;RC:滅弧裝置;RV:壓敏電阻 
梯形圖程序中“#100”是取整運算值?!?00”實際是控制閥門開度的精度,即死區控制范圍。在精度要求高的控制中可取“#50”或更小,它相當于伺服前置磁放大器中“穩定”電位器的作用。000581為程序中的復位線圈?!?40”為驅動輸出保持40s后,自動斷開輸出。 
造后硬線路可同時適用220V和380V。 
選用220V或380V執行器,由于是集中控制,每臺電動執行器(電動執行器)須增加兩只中間繼電器和1臺機旁控制箱;若能與生產廠協商,將接觸器及RC滅弧裝置和壓敏電阻安裝于電動執行器(電動執行機構)內部,則可方便安裝與操作。我公司已對生產線上的西門子執行器進行了如上改造。 
4使用效果 
改造后的5臺無伺服控制執行機構(電動執行器)已投運半年多,自控性能大大提高,完全適應水泥生產現場的惡劣工作環境,無需人為干預,運行可靠,故障率低,維護量大大減少,降低了維修成本,同時節省了手操器和伺服放大器的投入費用。RC滅弧裝置、RV壓敏電阻可以抑制驅動回路拉弧現象的產生,保證控制回路安全有效的長期運行。為工藝操作提供了穩定、準確的參數,方便了操作,完善了系統功能。 
總結,以上改造方法要求電動執行機構(電動執行器)是帶閥位反饋的開關型電動執行器(電動執行機構)。
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