電動執行機構的無伺服控制

　　摘要:

　　水泥行業中，執行機構應用場合很廣。但原有的控制模式故障率偏高，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。

　　1問題的提出

　　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，引起執行器振蕩，導致伺服電動機抱閘失靈，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，前置磁放大器的線路是直流輸出內反饋推挽線路，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磁放大器串聯，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。

　　圖1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，是電動執行機構能否產生振蕩的關鍵，也是故障易發點；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

　　在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。

　　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，用開關量輸出模塊實現了電動執行器的驅動控制，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伺服電動機的無伺服正轉或反轉。

　　圖3電動執行器控制原理

　　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。“100”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。

　　改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。