電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的無伺服控制

水泥行業(yè)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)用場(chǎng)合很廣。但原有的控制模式故障率偏高，對(duì)生產(chǎn)均衡穩(wěn)定地進(jìn)行以及工藝參數(shù)的調(diào)整極為不利，控制作用不能很好地發(fā)揮。本文介紹利用“無伺服”控制概念對(duì)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。 

1　問題的提出 
　　
我公司濕法生產(chǎn)線有幾十臺(tái)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，大多數(shù)通過手操器、伺服放大器來實(shí)現(xiàn)對(duì)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(fā)生故障，影響了整個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的性能。如伺服放大器振蕩，引起執(zhí)行器振蕩，導(dǎo)致伺服電動(dòng)機(jī)抱閘失靈，增加了執(zhí)行器伺服電動(dòng)機(jī)的故障率，造成工藝參數(shù)的波動(dòng)，影響了生產(chǎn)。  

2　原控制原理 

　　原控制原理框圖如圖1。手操器給定前置磁放大器4～20mA信號(hào)，前置磁放大器的線路是直流輸出內(nèi)反饋推挽線路，給定信號(hào)經(jīng)過和電動(dòng)執(zhí)行器位置發(fā)送器反饋的4～20mA信號(hào)比較后，由電子開關(guān)與觸發(fā)器控制電動(dòng)執(zhí)行器伺服電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；同時(shí)，電動(dòng)執(zhí)行器位置發(fā)送器反饋的4～20mA信號(hào)，也隨之發(fā)生變化，并把反饋信號(hào)送回前置磁放大器進(jìn)行比較，直到給定與反饋信號(hào)平衡為止。由于反饋信號(hào)與手操器的顯示和伺服前置磁放大器串聯(lián)，因此反饋與給定信號(hào)比較的同時(shí)，也在手操器上顯示反饋信號(hào)的變化過程。  
　　 

圖1　伺服放大控制原理 

　　伺服前置磁放大器中“調(diào)零”電位器和“穩(wěn)定”電位器，是電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)能否產(chǎn)生振蕩的關(guān)鍵，也是故障易發(fā)點(diǎn)；伺服電子開關(guān)與觸發(fā)器回路中可控硅、二極管、限流電感、單結(jié)晶管，也是故障易發(fā)點(diǎn)。 

3　利用“無伺服”技術(shù)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu) 

　　在1999年11月開始的3號(hào)窯技改中，建立了3號(hào)窯系統(tǒng)的DCS系統(tǒng)。同時(shí)，根據(jù)我們長期使用執(zhí)行器和無伺服改造的經(jīng)驗(yàn)，在3號(hào)煤磨對(duì)袋除塵排風(fēng)機(jī)入口閥、冷風(fēng)閥等5臺(tái)執(zhí)行器進(jìn)行了帶RC滅弧和RV壓敏電阻的無伺服控制改造。 
　　
利用梯形圖程序(圖2)，對(duì)220V和380V電動(dòng)執(zhí)行器，模擬實(shí)現(xiàn)了伺服放大器的比較、放大功能，用開關(guān)量輸出模塊實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)控制，利用模擬量輸入模塊完成工藝閥門位置反饋量采集。 
　　 

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(jīng)除法與乘法運(yùn)算取整后賦值給400135；同理300019為反饋值，經(jīng)除法與乘法運(yùn)算取整后賦值給400140。400135與400140比較后分別驅(qū)動(dòng)相應(yīng)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(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；反之驅(qū)動(dòng)000034線圈，使硬線路中的中間繼電器K2吸合，交流接觸器KM2動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)執(zhí)行器伺服電動(dòng)機(jī)的無伺服正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。 
　　  
    



　　圖3　電動(dòng)執(zhí)行器控制原理 
　　

DCS:控制系統(tǒng)；ESR:執(zhí)行器位置發(fā)送器；Q:電源低壓斷路器；Q1、Q2:維護(hù)、維修開關(guān)；RC:滅弧裝置；RV:壓敏電阻 

　　梯形圖程序中“#100”是取整運(yùn)算值。“100”實(shí)際是控制閥門開度的精度，即死區(qū)控制范圍。在精度要求高的控制中可取“#50”或更小，它相當(dāng)于伺服前置磁放大器中“穩(wěn)定”電位器的作用。000581為程序中的復(fù)位線圈?！?40”為驅(qū)動(dòng)輸出保持40s后，自動(dòng)斷開輸出。 
　　
改造后硬線路可同時(shí)適用220V和380V。 
　　
選用220V或380V執(zhí)行器，由于是集中控制，每臺(tái)電動(dòng)執(zhí)行器須增加兩只中間繼電器和1臺(tái)機(jī)旁控制箱；若能與生產(chǎn)廠協(xié)商，將接觸器及RC滅弧裝置和壓敏電阻安裝于電動(dòng)執(zhí)行器內(nèi)部，則可方便安裝與操作。我公司已對(duì)生產(chǎn)線上的西門子執(zhí)行器進(jìn)行了如上改造。 

4　使用效果 

　　改造后的5臺(tái)無伺服控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)已投運(yùn)半年多，自控性能大大提高，完全適應(yīng)水泥生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣工作環(huán)境，無需人為干預(yù)，運(yùn)行可靠，故障率低，維護(hù)量大大減少，降低了維修成本，同時(shí)節(jié)省了手操器和伺服放大器的投入費(fèi)用。RC滅弧裝置、RV壓敏電阻可以抑制驅(qū)動(dòng)回路拉弧現(xiàn)象的產(chǎn)生，保證控制回路安全有效的長期運(yùn)行。為工藝操作提供了穩(wěn)定、準(zhǔn)確的參數(shù)，方便了操作，完善了系統(tǒng)功能。