电动执行机构的无伺服控制
水泥 2007-06-27
水泥行业中，执行机构应用场合很广。但原有的控制模式故障率偏高，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。
1 问题的提出
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，引起执行器振荡，导致伺服电动机抱闸失灵，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 原控制原理
原控制原理框图如图1。手操器给定前置磁放大器4～20mA信号，前置磁放大器的线路是直流输出内反馈推挽线路，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磁放大器串联，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。
图1 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，是电动执行机构能否产生振荡的关键，也是故障易发点；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
在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。
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，利用模拟量输入模块完成工艺阀门位置反馈量采集。
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伺服电动机的无伺服正转或反转。
图3 电动执行器控制原理
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。
改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。
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