江苏泰科流体控制阀门有限公司之前介绍高压减压阀的开关量控制0

电动调节阀执行器的通断控制

江苏泰科流体控制阀有限公司

之前介绍过高压减压阀，现在介绍电动调节阀执行器的切换控制。利用DCS实现气阀电动执行器的切换控制

0 电动调节阀执行器数字控制简介

浮法玻璃生产线中退火窑的温度由控制冷却风阀的气动或电动执行机构来实现。致动器能否稳定运行直接关系到退火窑的操作系统，是保证玻璃退火质量的关键因素。我公司某浮法生产线的退火窑采用法国公司的电动执行器，但由于现场环境温度高，执行器伺服系统的元件老化，伺服放大器经常出现故障如作为非动作和振荡。烧坏执行器的电机经过多次维修更换新的伺服模块或整套执行器，但在高温环境下难以稳定运行，大大增加了设备的运维成本，对生产影响较大。，为此，决定对15台执行器进行技术改造。在仪表控制调节系统中，电动执行器的异常动作会给生产过程的调节带来严重的后果。本文介绍了一种可以在线采集执行器控制的开关信号和执行器位置反馈信号，然后进行比较和逻辑处理，从而判断执行器故障，并进行在线故障检测的方法。和保护执行器的阀位维护。电路。当执行器发生故障时，能及时警告操作者，并自动控制执行器的阀位功能，

1 原系统的工作原理

退火窑的气阀执行机构由DCS系统控制。我公司DCS采用本公司S7-400H冗余系统。各气阀的开度值由中控室的操作人员从上位机给定。DCS 的模拟量输出模块 SM332 输出到控制空气阀的电动执行器。执行器内部的伺服放大器将此信号与位置反馈信号进行比较，以获得偏差信号。该信号被放大以驱动伺服电机的正反转。然后由执行器减速器减速，驱动输出轴改变旋转角度，并且输出轴转角的变化使新的位置信号反馈给伺服放大器进行比较，直到偏差信号小于死区位置，此时输出轴与输入信号同相稳定. 在相应的拐角位置，原理如图1所示。

图1 原系统示意图

根据以往的经验，经常出现故障的部分主要体现在电动执行器内部的伺服放大器部分。虽然伺服放大器接收的是模拟信号，但最终控制执行器伺服电机确实是一个开关信号（数字信号）。我们能不能去掉在高温环境下不能稳定工作的伺服放大器，用DCS系统直接控制伺服电机的动作来实现伺服放大器的功能[2]？答案是肯定的。结构说明

1、电机：户外型采用YDF型，防爆型采用YBDF型阀三相异步电动机。

2、减速机构：由一对正齿轮和一对蜗轮副组成，采用二级传动。电机的动力通过减速机构传递到输出轴。

3、扭矩控制机构：当输出轴受到一定扭矩时，蜗杆除转动外还会产生轴向位移，带动曲柄，曲柄直接（或通过撞针）带动支架产生角位移。当输出轴上的扭矩增加到设定扭矩时，支架产生的位移使微动开关动作，从而切断电机电源，停止电机。这样就实现了对电动装置输出扭矩的控制，达到保护电动阀的目的。

4、行程控制机构：

采用十进制计数器原理，又称计数器，控制精度高。结构如图7所示。工作原理如下：中间传动小齿轮由减速箱内的一对大小锥齿轮带动，再带动行程控制机构工作。如果行程控制器已经根据阀门的开闭位置进行了调整，当控制器随输出轴旋转到预先调整好的位置（圈数）时，凸轮将旋转90°，迫使微动开关动作，切断电机电源，电机停止，从而实现对电动装置行程（圈数）的控制。

注1：为了控制阀门的大转数，可将凸轮调整为180°或270°旋转，然后按下微动开关动作。

5、开启指示机构：结构见图8。输入齿轮由计数器单元齿轮驱动。减速后，指示盘随着阀门的启闭过程同时转动，指示阀门的开关量。电位器轴与指示盘同步旋转，用于遥控开度指示。通过移动转数调整齿轮可以改变转数。开度指示机构中有一个微动开关和一个凸轮。当电动装置运行时，旋转凸轮周期性地使微动开关动作。.

6、手电切换机构：为半自动切换。手动时，需要移动手柄进行切换。当手动状态变为电动时，它会自动运行。其结构如图9所示。它由手柄、开关件、立杆、离合器、压缩弹簧等组成。需要手轮时，将手柄推至手动方向，开关元件将离合器抬起并压缩压缩弹簧。当把手推到一定位置时，离合器脱离蜗轮，与手轮啮合。同时，立杆在扭簧的作用下，直立在蜗轮端面上，支撑离合器不落下。切换完成后，可松开手柄，使用手轮进行操作。. 当需要电动操作时中外合资阀门厂家，电机带动蜗轮转动，支撑在蜗轮端面上的立杆落下。离合器在压缩弹簧的作用下，迅速向蜗轮方向运动，与蜗轮啮合，同时与手轮脱离，自​​动实现手动操作。过渡到电状态。

注意事项： 1、电动操作时请勿拉动开关手柄！

2、切换时，按箭头方向推（或拉）手柄。如果推动不到位，转动手轮，推动手柄！

4. 一体式电动执行器订购须知

1、请根据型号表示方式指定型号。如有特殊要求，订货时须注明。如未注明，将按公司规定提供。

2、有爆炸性气体的环境必须明确，并且必须符合本手册中防爆标志的规定。

3、请注明连接尺寸标准、阀杆直径和延伸长度。如连接尺寸与本说明书不一致，可与我司协商解决。

4、顺时针转动手轮关闭阀门，如果相反，必须说明。

5、推力式阀杆螺母螺纹一般由用户加工电动调节阀控制，我公司只加工一个预制孔。如需我公司加工，请提供螺纹尺寸。

6、本公司还可根据用户要求提供其他速度的电动装置。

2 改造措施

2.1 硬件组成

在原S7-400H系统中，去掉模拟量输出模块SM332，增加两个8通道模拟量输入模块SM331泰科流体控制阀门，增加一个16通道数字量输出模块SM322。出于安全原因阀门厂家，我们不使用数字输出模块直接驱动电机。，但增加了一个欧姆龙24V继电器来控制电机的正反转，并保留原有的限位开关，实现电机和传动机构的硬件保护。模拟量输入模块的输入信号类型由安装在模块侧面的量程卡（或量程模块）设置。模块的每两个通道组合在一起，共享一个范围卡。所有范围卡都设置在 B 位置，即范围卡上标记 B 旁边的三角形箭头应与模块上的标记对齐。B 位置包括 4 个电压输入，范围为 +/-10V。位置反馈信号接入模块前，请确保量程卡位置正确，否则会损坏模拟量输入模块。0~10V位置反馈信号通过屏蔽电缆连接到模拟量输入模块SM331，屏蔽层必须在柜内可靠接地。修改后的系统原理如图2所示。

图2 改造后系统示意图

2.2 软件配置

江苏泰科流体控制阀有限公司的主要阀门有：截止阀、电动截止阀、波纹管截止阀软件，主要工作是通过西门子PLC编程软件Step7对新的硬件系统进行配置和参数化，从而使确保模块正常工作。

（1）模拟量输入模块SM331要在参数设置中设置允许模拟量值超过限制值的诊断中断和硬件中断，并设置每个产生的超限中断的上下限值通道为 10V 和 0.1V 。

(2) SM331各通道的测量类型选择为“E”，表示测量类型为电压，量程选项选择为+/-10V。确保范围卡的位置与步骤7中的设置一致，否则模块将无法正常工作。

(3)接下来，我们将编写一个plc程序来实现原伺服放大器的功能。0~10V的“位置反馈信号”通过模拟量输入模块SM332接到dcs，SM332内部AD转换器转换的数字量对应0～27648，dcs比较这个值，就是过程变量“”在程序中tycovalve，带有设置的上限和下限阈值。如果超过限制，电机将停止，阀门位置将被锁定。此时电机转动的控制信号只能反向输出。，从而实现电机和传动机构的软件保护。上下阈值根据实际情况选择为60～27586，对应的实际阀位为0.2～89.8°；“DB4。

：

AN # //正转保护不动作

//如果保护动作跳转结束本段程序

大号“DB4”。MAN1 //阀位手动给定值

L # //位置反馈值

-R //求差

T# //获取位置反馈与手册给出的差值 ?

大号#

L # // 死区值

>R //比较，如果差值大于死区值

=

? #FWD //输出正向信号

由上述程序可知，当位置信号#小于给定值“DB4”.MAN1，且偏差#大于死区设定值#时，执行器正向运动（#FWD=1 )，随着执行器的运动，位置反馈信号会逐渐增加（减少）。当偏差值小于死区设定值时，关闭执行器电源，利用执行器的惯性使偏差进一步减小。如果死区值设置过大，执行器输出将无法很好地跟踪输入信号，从而降低控制精度。如果死区值设置过小，在电机断电时，由于惯性滑行，反馈增大，使偏差值反向越过死区，从而使电机沿相反方向旋转。这样的重复动作会引起自激振荡故障，对系统造成很大的危害。. 我们实际调试的时候，由于电机停止后的惯性，反馈信号仍然变化0.02V左右，所以我们将信号死区值设置为0.05V，程序中对应的数字量为27648/10× 0.05=138.24，实际对应的阀位变化约为0.45°。风门角度0.45°的不敏感区对风量控制没有影响，所以程序中的死区设置为138，即=138。此外，尽量减小执行机构传动机构的机械配合间隙，也是避免振荡、提高控制精度的有效手段。这样的重复动作会引起自激振荡故障，对系统造成很大的危害。. 我们实际调试的时候合资阀门品牌，由于电机停止后的惯性，反馈信号仍然变化0.02V左右，所以我们将信号死区值设置为0.05V，程序中对应的数字量为27648/10× 0.05=138.24，实际对应的阀位变化约为0.45°。风门角度0.45°的不敏感区对风量控制没有影响，所以程序中的死区设置为138，即=138。此外，尽量减小执行机构传动机构的机械配合间隙，也是避免振荡、提高控制精度的有效手段。这样的重复动作会引起自激振荡故障，对系统造成很大的危害。. 我们实际调试的时候，由于电机停止后的惯性电动调节阀控制，反馈信号仍然变化0.02V左右，所以我们将信号死区值设置为0.05V，程序中对应的数字量为27648/10× 0.05=138.24，实际对应的阀位变化约为0.45°。风门角度0.45°的不敏感区对风量控制没有影响，所以程序中的死区设置为138，即=138。此外，尽量减小执行机构传动机构的机械配合间隙，也是避免振荡、提高控制精度的有效手段。电机停止后，由于电机的惯性，反馈信号仍有0.02V左右的变化，所以我们将信号死区值设置为0.05V，程序中对应的数字量为27648/10×0.05=138.24，则实际对应的阀位变化约为0.45°。风门角度0.45°的不敏感区对风量控制没有影响，所以程序中的死区设置为138，即=138。此外，尽量减小执行机构传动机构的机械配合间隙，也是避免振荡、提高控制精度的有效手段。电机停止后，由于电机的惯性，反馈信号仍有0.02V左右的变化，所以我们将信号死区值设置为0.05V，程序中对应的数字量为27648/10×0.05=138.24，则实际对应的阀位变化约为0.45°。风门角度0.45°的不敏感区对风量控制没有影响，所以程序中的死区设置为138，即=138。此外，尽量减小执行机构传动机构的机械配合间隙，也是避免振荡、提高控制精度的有效手段。实际对应的阀位变化约为0.45°。风门角度0.45°的不敏感区对风量控制没有影响，所以程序中的死区设置为138，即=138。此外，尽量减小执行机构传动机构的机械配合间隙，也是避免振荡、提高控制精度的有效手段。实际对应的阀位变化约为0.45°。风门角度0.45°的不敏感区对风量控制没有影响，所以程序中的死区设置为138，即=138。此外，尽量减小执行机构传动机构的机械配合间隙，也是避免振荡、提高控制精度的有效手段。

3 结论

利用dcs系统灵活强大的编程功能，通过软件实现电动执行器的通断控制，消除了伺服驱动器的高成本和高故障率，提高了控制系统的可靠性，降低了维护量，并降低维护成本。自2009年该项目技改调试成功以来，退火气阀控制系统运行稳定，为提高退火质量奠定了基础。本文相关论文：调节阀门流量Kv值

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