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電動(dòng)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器的開(kāi)關(guān)量控制
點(diǎn)擊次數(shù):6136 更新時(shí)間:2016-07-24 返回

                            電動(dòng)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器的開(kāi)關(guān)量控制

                              上海申弘閥門(mén)有限公司

之前介紹高壓減壓閥,現(xiàn)在介紹電動(dòng)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器的開(kāi)關(guān)量控制利用DCS實(shí)現(xiàn)風(fēng)閥電動(dòng)執(zhí)行器的開(kāi)關(guān)量控制
    0 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器的開(kāi)關(guān)量控制前言

    浮法玻璃生產(chǎn)線退火窯溫度靠控制冷卻風(fēng)閥的氣動(dòng)或電動(dòng)執(zhí)行器來(lái)實(shí)現(xiàn),該執(zhí)行器能否穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到退火窯的作業(yè)制度,是保證玻璃退火質(zhì)量的關(guān)鍵因素。我公司一條浮法生產(chǎn)線的退火窯采用的是法國(guó)Bergard公司的電動(dòng)執(zhí)行器,但因現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度過(guò)高,造成執(zhí)行器的伺服系統(tǒng)元器件老化,伺服放大器經(jīng)常出現(xiàn)不動(dòng)作、振蕩等故障,嚴(yán)重時(shí)燒壞執(zhí)行器的電動(dòng)機(jī),雖經(jīng)多次維修,更換新的伺服模塊或整套執(zhí)行器,但都難以在高溫環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行,使設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本大大增加,還給生產(chǎn)帶來(lái)較大影響,為此,決定對(duì)15臺(tái)執(zhí)行器進(jìn)行技術(shù)改造。儀表控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)中,電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的異動(dòng)將給生產(chǎn)工藝調(diào)節(jié)帶來(lái)嚴(yán)重的后果。介紹了一種能夠在線采集執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制的開(kāi)關(guān)量信號(hào)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置反饋信號(hào),再進(jìn)行比較和邏輯處理,進(jìn)而判斷出執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障,并對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行閥位保持的在線故障檢測(cè)和保護(hù)的電路。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障發(fā)生時(shí)能及時(shí)警告運(yùn)行人員,并自動(dòng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥位功能,利用故障指示燈迅速判別執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障點(diǎn)以提供參考依據(jù),充分保障了生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

    1 原系統(tǒng)工作原理

    退火窯風(fēng)閥執(zhí)行器受控于DCS系統(tǒng),我公司DCS采用的是SIEMENS公司的S7-400H冗余系統(tǒng),各風(fēng)閥開(kāi)度值由中控室操作人員從上位機(jī)給定,4~20mA電流信號(hào)經(jīng)DCS的模擬量輸出模塊SM332輸出到控制風(fēng)閥的電動(dòng)執(zhí)行器,執(zhí)行器內(nèi)部的伺服放大器將此信號(hào)與位置反饋信號(hào)進(jìn)行比較,得到偏差信號(hào),此信號(hào)經(jīng)過(guò)放大,驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn),再經(jīng)執(zhí)行器減速器減速,帶動(dòng)輸出軸改變轉(zhuǎn)角,輸出軸轉(zhuǎn)角的變化又使新的位置信號(hào)反饋給伺服放大器比較,直至偏差信號(hào)小于死區(qū)位置,此時(shí)輸出軸就穩(wěn)定在與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角位置上,原理如圖1所示。

圖1原系統(tǒng)原理圖

    根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)經(jīng)常出現(xiàn)故障的部位集中體現(xiàn)在電動(dòng)執(zhí)行器內(nèi)部的伺服放大器部分,伺服放大器雖然接收的是模擬信號(hào),但zui終控制執(zhí)行器伺服電機(jī)的確是開(kāi)關(guān)量信號(hào)(數(shù)字信號(hào)),我們能否去掉因不能在高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作的伺服放大器,而改由DCS系統(tǒng)直接控制伺服電機(jī)的動(dòng)作從而實(shí)現(xiàn)伺服放大器的功能呢[2]?答案是肯定的。結(jié)構(gòu)說(shuō)明


      1、電動(dòng)機(jī):戶外型采用YDF型,隔爆型采用YBDF型閥門(mén)三相異步電動(dòng)機(jī)。
      2、減速機(jī)構(gòu):由一對(duì)直齒輪和蝸輪副兩級(jí)傳動(dòng)組成。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)減速機(jī)構(gòu)傳遞給輸出軸。
3、力矩控制機(jī)構(gòu):當(dāng)輸出軸上受到一定轉(zhuǎn)矩后,蝸桿除旋轉(zhuǎn)外還產(chǎn)生軸向位移,帶動(dòng)曲拐,曲拐直接(或通過(guò)撞塊)帶動(dòng)支架產(chǎn)生角位移。當(dāng)輸出軸上的轉(zhuǎn)矩增大到整定轉(zhuǎn)矩時(shí),則支架產(chǎn)生的位移量使微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作,從而切斷電機(jī)電源,電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。以此實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)裝置輸出轉(zhuǎn)矩的控制,達(dá)到保護(hù)電動(dòng)閥門(mén)的目的。
4、行程控制機(jī)構(gòu):
采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器原理,又稱(chēng)為計(jì)數(shù)器,控制精度高,結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7。其工作原理為:由減速箱內(nèi)的一對(duì)大小傘齒輪帶動(dòng)中傳小齒輪,再帶動(dòng)行程控制機(jī)構(gòu)工作。如果行程控制器按閥門(mén)開(kāi)、關(guān)的位置已調(diào)整好,當(dāng)控制器隨輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)到預(yù)先調(diào)整好的位置(圈數(shù))時(shí),則凸輪將轉(zhuǎn)動(dòng)90°,迫使微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作,切斷電動(dòng)機(jī)電源,電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)裝置行程(轉(zhuǎn)圈數(shù))的控制。
注1:為了控制較多轉(zhuǎn)圈數(shù)的閥門(mén),可調(diào)整凸輪轉(zhuǎn)180°或270°再壓迫微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
5、開(kāi)度指示機(jī)構(gòu):結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖8。輸入齒輪由計(jì)數(shù)器個(gè)位齒輪帶動(dòng),經(jīng)減速后,指示盤(pán)隨閥門(mén)的開(kāi)關(guān)過(guò)程同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng),以指示閥門(mén)的開(kāi)關(guān)量,電位器軸和指示盤(pán)同步轉(zhuǎn)動(dòng),供遠(yuǎn)傳開(kāi)度指示用。移動(dòng)轉(zhuǎn)圈數(shù)調(diào)整齒輪可以改變轉(zhuǎn)圈數(shù)。開(kāi)度指示機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)一微動(dòng)開(kāi)關(guān)和凸輪,當(dāng)電動(dòng)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),旋轉(zhuǎn)凸輪周期性地使微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作,其頻率為輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈動(dòng)作一次或二次,可供閃光信號(hào)等使用。
6、手—電動(dòng)切換機(jī)構(gòu):為半自動(dòng)切換,手動(dòng)時(shí)需扳動(dòng)手柄切換,手動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)時(shí)則自動(dòng)運(yùn)行。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖9。它由手柄、切換件、直立桿、離合器、壓簧等組成。需手輪操作時(shí),將手柄向手動(dòng)方向推動(dòng),切換件使離合器抬高,并壓迫壓簧。當(dāng)手柄推到一定位置時(shí),離合器即脫離蝸輪而與手輪嚙合,同時(shí)直立桿在扭簧作用下直立于蝸輪端面,支撐住離合器不致下落,切換完成即可放開(kāi)手柄,使用手輪進(jìn)行操作。而需電動(dòng)操作時(shí),電動(dòng)機(jī)將帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng),支承于蝸輪端面的直立桿即倒下,在壓簧作用下離合器迅速向蝸輪方向移動(dòng),并與蝸輪嚙合,同時(shí)與手輪脫開(kāi),自動(dòng)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到電動(dòng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。


注意:1.電動(dòng)運(yùn)行時(shí)切勿扳動(dòng)切換手柄!
      2.切換時(shí)按箭頭方向推(或拉)動(dòng)手柄,若推不到位時(shí)應(yīng)邊轉(zhuǎn)動(dòng)手輪邊推動(dòng)手柄!


四、DQW1600T 一體化電動(dòng)執(zhí)行器訂貨須知
1、 請(qǐng)按型號(hào)表示方法寫(xiě)明型號(hào),如有特殊要求,訂貨時(shí)必須說(shuō)明,若不說(shuō)明則按本公司規(guī)定提供。
2、 環(huán)境具有爆炸性氣體必須說(shuō)明,并必須符合本說(shuō)明書(shū)中防爆標(biāo)志的規(guī)定。
3、 請(qǐng)寫(xiě)明連接尺寸標(biāo)準(zhǔn),閥桿直徑及伸出長(zhǎng)度,若連接尺寸與本說(shuō)明書(shū)不符,可與本公司協(xié)商解決。
4、 手輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為關(guān)閥,如與此相反必須說(shuō)明。
5、 推力型的閥桿螺母螺紋一般由用戶加工,本公司只加工一預(yù)制孔。若需本公司加工,請(qǐng)?zhí)峁┞菁y的尺寸。
6、 本公司還可按用戶要求,提供其他轉(zhuǎn)速的電動(dòng)裝置。

    2 改造措施

    2.1 硬件構(gòu)成

    在原來(lái)的S7-400H系統(tǒng)中拆除模擬量輸出模塊SM332,增加二塊8路模擬量輸入模塊SM331,增加一塊16路數(shù)字量輸出模塊SM322,出于安全考慮,我們不用數(shù)字量輸出模塊直接驅(qū)動(dòng)電機(jī),而是增設(shè)歐姆龍24V繼電器用于控制電機(jī)正反轉(zhuǎn),并保留原限位開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的硬件保護(hù)。模擬量輸入模塊的輸入信號(hào)種類(lèi)用安裝在模塊側(cè)面的量程卡(或稱(chēng)量程模塊)來(lái)設(shè)置,模塊每?jī)蓚€(gè)通道為一組,共用一個(gè)量程卡,將所有量程卡均設(shè)置在B位置,即量程卡上的標(biāo)記B旁邊的三角形箭頭應(yīng)對(duì)準(zhǔn)模塊上的標(biāo)記,B位置包括4種電壓輸入,量程為+/-10V。位置反饋信號(hào)接入模塊之前,要確保量程卡在正確位置,否則將損壞模擬量輸入模塊。0~10V的位置反饋信號(hào)通過(guò)屏蔽電纜接至模擬量輸入模塊SM331,屏蔽層在柜內(nèi)要可靠接地。改造后的系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 改造后的系統(tǒng)原理圖

    2.2 軟件組態(tài)

    上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有:截止閥,電動(dòng)截止閥 波紋管截止閥軟件方面的首要工作就是通過(guò)西門(mén)子公司的PLC編程軟件Step7對(duì)新的硬件系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)和參數(shù)設(shè)置,以確保模塊正常工作。

    (1)擬量輸入模塊SM331要在參數(shù)設(shè)置中設(shè)為允許診斷中斷和模擬值超過(guò)限制值的硬件中斷,并將各通道產(chǎn)生超限中斷的上限值和下限值設(shè)為10V和0.1V。

    (2)SM331各通道的測(cè)量種類(lèi)均選擇為“E”表示測(cè)量種類(lèi)為電壓,量程選項(xiàng)均選+/-10V,要確保量程卡的位置與step7中的設(shè)置保持一致,否則模塊不能正常工作。

    (3)下面我們要編制plc程序來(lái)實(shí)現(xiàn)原伺服放大器的功能,0~10V的“位置反饋信號(hào)”由模擬量輸入模塊SM332接入dcs,經(jīng)SM332內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量對(duì)應(yīng)為0~27648,dcs將此值即程序中的過(guò)程變量“position”與設(shè)定的上下限閥值比較,如超限則電機(jī)停轉(zhuǎn),鎖定閥位,此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的控制信號(hào)只能反向輸出,從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的軟件保護(hù),上下限閥值根據(jù)實(shí)際情況選為60~27586,對(duì)應(yīng)實(shí)際閥位為0.2~89.8°;如未超過(guò)上下限值,dcs將此信號(hào)與給定值(程序中的“DB4.MAN1”)比較后控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),特別需要指出的是,由于反饋信號(hào)不可避免地混有噪聲信號(hào),所以為了避免電機(jī)頻繁動(dòng)作,在控制程序中必須加入不靈敏區(qū)即:“死區(qū)”,并合理設(shè)值。以正轉(zhuǎn)為例部分程序如下:

    ?

    Network3:

    AN         #protect_R        //正轉(zhuǎn)保護(hù)未動(dòng)作

    JNB_0c2                              //如保護(hù)動(dòng)作跳轉(zhuǎn)結(jié)束本段程序

    L           "DB4"。MAN1         //閥位人工給定值

    L           #position                 //位置反饋值

    -R                                  //求差

    T#difference                     //得到位置反饋與人工給定的差值  ?

    L           #difference

     L     #d_zone             //死區(qū)值

    >R                          //比較,若差值大于死區(qū)值

    =

    ?     #FWD                   //輸出正轉(zhuǎn)信號(hào)

     

    從上述程序可以看出,當(dāng)位置信號(hào)#position小于給定值"DB4".MAN1,且偏差#difference大于死區(qū)設(shè)定值#d_zone時(shí),執(zhí)行器正傳(#FWD=1),隨著執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng),位置反饋信號(hào)將逐步增加(減少)當(dāng)偏差值小于死區(qū)的設(shè)定值時(shí),給執(zhí)行器斷電,利用執(zhí)行器的慣性保持偏差進(jìn)一步縮小。如果死區(qū)值設(shè)置過(guò)大,則會(huì)使執(zhí)行器輸出不能很好地跟蹤輸入信號(hào),降低控制精度。若死區(qū)值設(shè)置過(guò)小當(dāng)電動(dòng)機(jī)斷電時(shí),由于慣性惰走,反饋增大使偏差值反向越過(guò)死區(qū),從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng),如此反復(fù)動(dòng)作,出現(xiàn)自振蕩故障,對(duì)系統(tǒng)危害較大。我們實(shí)際調(diào)試時(shí),電機(jī)停轉(zhuǎn)后因慣量前沖,反饋信號(hào)還有約0.02V左右的變化,因此我們將信號(hào)死區(qū)值定為0.05V,程序中對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為27648/10×0.05=138.24,實(shí)際對(duì)應(yīng)閥位變化約為0.45°。風(fēng)閥轉(zhuǎn)角有0.45°的不靈敏區(qū)對(duì)風(fēng)量控制基本沒(méi)有影響,因此將程序中的死區(qū)定值在138,即d_zone=138。另外,盡量減小執(zhí)行器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械配合間隙,也是避免振蕩、提高控制精度的有效手段。

    3  結(jié)束語(yǔ)

    利用dcs系統(tǒng)靈活、強(qiáng)大的編程功能,通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)電動(dòng)執(zhí)行器的開(kāi)關(guān)量控制,去除了成本昂對(duì)、故障率高的伺服驅(qū)動(dòng)器,提高了控制系統(tǒng)的可靠性,減小了維修量,降低了維修成本。自09年該項(xiàng)目技改調(diào)試成功后,退火風(fēng)閥控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,為提高退火質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。 與本文相關(guān)的論文:調(diào)節(jié)閥流通能力Kv值