上海申弘閥門有限公司
電氣閥控制原理閥門的控制量為閥門開度，在應(yīng)用場合往往會根據(jù)實際需要將閥門開或關(guān)，或者開到一定程度，甚至動態(tài)的以某種規(guī)律開關(guān)。在傳統(tǒng)的模擬控制方式中用時間、電流的大小來表示閥門的開啟角度。由于影響時間、電流(電壓)等參數(shù)的因素很多，因此顯示的開啟角度與閥門的實際位置不易達(dá)到同步，經(jīng)常出現(xiàn)明顯的誤差。同時，簡單的模擬量控制提供的信息極為有限，不利于系統(tǒng)的調(diào)試和檢修。筆者設(shè)計的智能型控制系統(tǒng)采用數(shù)字化的方法來控制電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行。
采用MOTOROLA公司單片微處理器和外圍芯片組成智能化的位置控制單元，接收統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)直流信號(如4～20mA的電流信號)，經(jīng)信號處理及A/D轉(zhuǎn)換送至微處理器，微處理機(jī)將處理后的數(shù)據(jù)送至顯示單元顯示調(diào)節(jié)結(jié)果，運(yùn)算處理后產(chǎn)生的控制信號驅(qū)動交流電機(jī)。此外，系統(tǒng)帶通訊功能，可以接收上位機(jī)的指令，進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)字控制。同時也可以在智能控制器本地的人機(jī)界面上通過菜單和按鈕實現(xiàn)現(xiàn)場手動控制。
一、電動閥電氣結(jié)構(gòu)
? 閥門是流體輸送系統(tǒng)中的控制部件，具有截止、調(diào)節(jié)、導(dǎo)流、防止逆流、穩(wěn)壓、分流或溢流泄壓等功能。閥門的種類相當(dāng)多，工作原理也不太一樣，電動閥一般以電動機(jī)驅(qū)動閥桿，帶動閥芯動作，轉(zhuǎn)動閥板角度、升降閥板等方式來實現(xiàn)啟閉控制。
? 電動閥又分關(guān)斷閥（開關(guān)閥）和調(diào)節(jié)閥；關(guān)斷閥是兩位式的工作即全開和全關(guān)；調(diào)節(jié)閥是在上面安裝電動閥門定位器，通過閉環(huán)調(diào)節(jié)來使閥門動態(tài)的穩(wěn)定在一個位置上。由于電動閥的驅(qū)動一般是用電機(jī)，所以比較耐電壓沖擊；電動閥閥的開度可以控制，狀態(tài)有開、關(guān)、半開半關(guān)等動作，開或關(guān)的動作完成需要一定的時間；
? 這是電動閥中的一種：蝶閥的示意圖，通過驅(qū)動電機(jī)帶動閥板打開或者是關(guān)閉。 ?
電機(jī)控制的開關(guān)閥門，多用于大口徑的管道上，閥開或者閥關(guān)通過閥門電機(jī)換向運(yùn)行實現(xiàn)。有的閥門在電機(jī)運(yùn)行到大位置后由觸點觸發(fā)斷開電機(jī)電源，有的閥門則沒有這一功能，要由電氣上或程序上進(jìn)行聯(lián)鎖。因此，在有些相對重要的系統(tǒng)環(huán)節(jié)里，閥門要配備開到位或關(guān)到位的返回信號，以便于控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測和控制。大型閥門和風(fēng)系統(tǒng)的控制中可以用電動閥做兩位開關(guān)控制。
? 調(diào)節(jié)閥門的閥門執(zhí)行器，除了電源供給之外，還具有調(diào)節(jié)器控制信號的引入，根據(jù)調(diào)節(jié)器的輸出，成比例地轉(zhuǎn)換為直線位移或角位移，帶動閥門直接調(diào)節(jié)其開度；同時可以將閥門的開度引出，以供監(jiān)控。
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二、電動閥的控制
? 1）開關(guān)型（開環(huán)控制）：
? 關(guān)型電動執(zhí)行器一般實現(xiàn)對閥門的開或關(guān)控制，閥門要么處于全開位置，要么處于全關(guān)位置。
? 2）調(diào)節(jié)型（閉環(huán)控制）
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調(diào)節(jié)型電動閥執(zhí)行器要通過控制器（或者是調(diào)節(jié)器）進(jìn)行控制。在PLC控制系統(tǒng)中，是用模擬量輸入/輸出單元作調(diào)節(jié)器。模擬量輸入單元用來采集閥門的開度信號，而輸出單元則是調(diào)節(jié)閥門的控制信號
三、電動閥控制故障處理
? 例一：開關(guān)閥門在電機(jī)換向運(yùn)行時，燒接觸器：
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當(dāng)自動控制閥門從開閥轉(zhuǎn)為關(guān)閥的瞬間，有燒接觸器（A-KA65,A-KA66）的現(xiàn)象，幾乎是成對的損壞。如果是手動方式現(xiàn)場開/關(guān)閥則沒有問題，說明線路接線沒有問題，而且電路中已經(jīng)有互鎖的電氣邏輯。再次檢查之，硬件上沒有問題。當(dāng)再次出現(xiàn)損壞接觸器時，拆下檢查，發(fā)現(xiàn)主觸點燒死，說明電流很大，連熱繼也沒來得及跳。而且只有當(dāng)自動控制方式時閥門才會出現(xiàn)這種情況。
? 分析：成對接觸器被燒，由電路上看是不可能的，只有一種可能，接觸器拉弧引起的：當(dāng)開閥的接觸器還沒釋放掉，關(guān)的接觸器吸合，自動方式下動作發(fā)出快，就會造成瞬間短路，損壞接觸器
主要功能描述：
(1)一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，直接接收4～20mA/4～12mA/12～20mA/0～5V/1～5V等控制信號，輸出隔離的4～20mA閥位反饋信號；
(2)具有仿真運(yùn)行功能，并可根據(jù)用戶設(shè)定的流量特性曲線運(yùn)行；
(3)控制信號斷路故障判斷、報警及保護(hù)功能。斷路故障時可使執(zhí)行機(jī)構(gòu)或開、或關(guān)、或保特、或在0～99%之間預(yù)置的任意值；
(4)數(shù)字顯示，顯示控制信號值、閥位值、故障類別；
(5)RS485遠(yuǎn)程通訊功能，通過通訊協(xié)議在上位機(jī)進(jìn)行編程組態(tài)，對過程量、開關(guān)量作數(shù)據(jù)或圖形處理。
(6)閥門行程自整定，輸入輸出模擬信號自校準(zhǔn)。
? 改進(jìn)方法：1.在允許的情況下，拉開開/關(guān)閥的指令發(fā)出時間間隔。 ? 2.改進(jìn)硬件電路用一個繼電器的常開/常關(guān)觸點作為閥門電機(jī)的換向控制開關(guān)。 ? 例二：閥門供電電源缺相燒電機(jī)： ? 大功率閥門380VAC電源，通過接觸器供電，加有熱繼保護(hù)，操作閥門打開時，閥門沒有動作。線路檢查連接正確，閥門仍然沒有動作，后打開閥門發(fā)現(xiàn)已經(jīng)燒毀，但熱繼沒有跳。再次仔細(xì)檢查線路，發(fā)現(xiàn)接觸器主線有一端沒有擰緊。 ? 分析：由于電源三相有一相沒接觸牢固，造成缺相。這種情況下，電機(jī)很容易損壞，而熱繼是來不及反應(yīng)的。 ? 注意：在連接三相電源的電機(jī)線路時，一定要三相均接牢固。 ? 例三：閥門安裝距離長，返回信號干擾： ? 在閥門開或關(guān)操作后，閥門到位信號不正確。檢測現(xiàn)場閥門的到位信號已經(jīng)發(fā)出，但控制系統(tǒng)收不到信號。 ? 分析：當(dāng)閥門位置離控制柜有一定距離時，會因為信號的衰減，返回錯誤的信息。 ? 改進(jìn)辦法：1.加大信號傳送線纜的線徑，并選擇屏蔽線。
2系統(tǒng)硬件組成
智能控制器根據(jù)智能化、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、成本低等原則，控制核心采用8位微處理器MC68HC908SR12(SR12)，電機(jī)控制的主電路采用電力電子技術(shù)實現(xiàn)。
SR12具有速度快、功能強(qiáng)和價格低等特點。其高工作頻率可達(dá)8MHz，有512字節(jié)的片內(nèi)RAM、12K字節(jié)的片內(nèi)FLASH存儲器，14路10位A/D，及SCI、I2C、SPI等通訊接口［1，4］。
系統(tǒng)應(yīng)用SR12內(nèi)部的A/D進(jìn)行閥門位置信號及輸入控制信號的采集，利用PWM輸出經(jīng)過濾波后的位置信號，利用I2C總線與外部存儲器AT24C08進(jìn)行通訊存儲設(shè)置值，利用SCI接口通過MAX485與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，充分利用了該芯片的內(nèi)部資源，節(jié)約了成本。
2.1信號輸入部分
利用SR12內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換，將輸入的模擬信號和閥門位置反饋的模擬信號進(jìn)行量化。采用REF02作為A/D的基準(zhǔn)電壓，其溫度漂移系數(shù)為3PPM/℃。
2.2信號輸出部分
SR12有3通道8位高速PWM，每個通道有獨(dú)立的計數(shù)器，可選擇PWM輸入時鐘以產(chǎn)生各種PWM頻率，并有自動相位控制。利用其中一路PWM作為模擬量輸出信號，其余兩路作為電機(jī)控制信號。同時選擇I/O口PTB6作為繼電器開關(guān)量輸出的控制信號。
2.3輸入輸出隔離
系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場使用時，涉及到各種儀表、傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，會由于各種原因引入信號干擾以及各種危險的強(qiáng)電壓信號。為了保證系統(tǒng)的安全，保證檢測的正確性和運(yùn)行的可靠性，采用光耦LOC210對輸入輸出信號進(jìn)行隔離。
2.4通訊部分
為了完成工業(yè)現(xiàn)場遠(yuǎn)程控制和組網(wǎng)的需要，系統(tǒng)支持RS485通訊方式。電平轉(zhuǎn)換芯片采用MAX485。實際工作時，可以與上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，進(jìn)行運(yùn)行方式設(shè)定并監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。應(yīng)用在牙膏化工加工系統(tǒng)中。
2.5電機(jī)驅(qū)動部分
電機(jī)的驅(qū)動采用電力電子開關(guān)雙向可控硅BTA16。雙向可控硅具有開關(guān)速度快、壽命長、無火花和拉弧現(xiàn)象等特點［2］，保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)在高溫條件下的可靠運(yùn)行，同時有助于對電機(jī)的保護(hù)。主電路與CPU之間采用光耦MOC302X驅(qū)動，如圖3所示，圖中ZL為電機(jī)負(fù)載。
在設(shè)計中，MOC3020的二極管前向電流為15mA,MOC3021和MOC3023分別為8mA和3mA，所以可以由MC68HC908SR12的I/O口采用灌電流方式直接驅(qū)動。在實際工作時RC吸收回路的實際參數(shù)需要根據(jù)電機(jī)參數(shù)(ZL)的不同確定。
需要注意的是，MOC302X的耐壓是400V，如果電機(jī)需要工作在380V下或者電機(jī)的反電勢比較大時，要選用MOC308X系列。與本文相關(guān)的論文有：那些工礦適用自力式調(diào)節(jié)閥
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