電動閥門伺服控制器動作原理

                             電動閥門伺服控制器動作原理

                                 上海申弘閥門有限公司

1、之前介紹平板閘閥的工作原理，現在介紹電動閥門伺服控制器動作原理單相閥門控制器
電動閥門伺服控制器動作原理單相閥門控制器是用來控制回轉型閥門電動裝置的儀器，可以通過外接電源的切換實現開、關和中間位置的控制，如下圖所示，該產品廣泛應用于化工、民用建筑的空調系統(tǒng)、消防系統(tǒng)及給排水系統(tǒng)中。電動閥門控制器是與閥門電動裝置配套使用的產品，用以控制電動閥門的開啟和關閉。閥門電動執(zhí)行器研發(fā)背景

1. 品名、型號規(guī)格、數量、價格.      

序號	品  名	型 號 及 規(guī) 格	單位	數量	單　價 （元）	金 額 （元）	閥體材質及其它
3	蝶閥	手動熱風蝶閥D41-1C DN250 含配法蘭	臺	4			碳鋼WCB

    閥門在各個領域上都有相當廣的應用。油氣工業(yè)現在是且將來也會繼續(xù)是大的買主， 其次是煉油廠、電力和化工業(yè)。城市污水處理廠排第五位， 其后是紙漿和造紙業(yè)、和城市供水。一直以來在其它幾個行業(yè)也應用甚廣。它們是食品業(yè)、鋼鐵業(yè)以及制藥業(yè)。剩下的一些行業(yè)有：金屬、采礦和半導體業(yè)。在閥門的各種類型中， 自動調節(jié)控制閥所占比例大， 將占市場總份額的20% 以上。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，傳統(tǒng)的手工機械調節(jié)的方式在許多場合已不再適用，要實現管網系統(tǒng)的工業(yè)自動化管理， 離不開自動閥門這個管網系統(tǒng)中的執(zhí)行機構。
    閥門的應用相當廣泛，當然由于社會的發(fā)展需要，就必需要求有自動控制閥門的機構，也就是電動執(zhí)行器。 
    由于閥門的應用非常廣，手工機械調節(jié)的方式在許多場合已不再適用，本設計能夠在較安全的情況下工作，而且效率提高了幾倍，故設計閥門電動執(zhí)行器具有實際的意義。電動執(zhí)行器是工業(yè)過程控制系統(tǒng)中一個十分重要的現場驅動裝置 ，其能源取用方便、安裝調試簡單 ，在電力、冶金、石油、化工等工業(yè)部門得到越來越廣泛的應用。


2 閥門電動執(zhí)行器的原理
    閥門電動執(zhí)行器由電動機驅動，通過蝸輪蝸桿減速，帶動空心輸出軸轉動。在該減速箱中，具有手動/自動機構（手動機構可獨立進行操作）。當切換手柄處于手動位置時，操作手輪，帶動空心輸出軸轉動。當電動操作執(zhí)行機構時，手動機構處于斷開狀態(tài)，由電動機驅動空心輸出軸。
    多轉式智能型電動執(zhí)行機構的智能控制器，通過時光科技有限公司的控制語言QMCL（快速運動控制語言）進行編程，從而控制電動執(zhí)行器中的交流異步電機運轉，從而達到所需要的機械運動。多轉式智能型電動執(zhí)行機構采用非侵入式設計，通過手持式遙控器即可對執(zhí)行機構的參數、功能進行修正或組態(tài)設置。


3 自動控制部分
    3.1 控制概述
    IMS系列伺服控制器是由時光科技有限公司(原北京科技大學機器人研究所)研制開發(fā)的交流異步電機(IM)伺服控制器，可以對交流異步電機的位置，轉速，加速度和輸出轉矩，通過編程的方式方便地進行控制，因此也稱之為"可編程IM伺服控制器".

    IMS系列伺服控制器特點明顯。采用32位CPU對電機進行全數字化控制；內部PLC功能，控制器可自成系統(tǒng)工作；采用IMS系列伺服控制器的QMCL語言，使電機控制程序的編寫變得非常簡單；能使電機以極低的轉速(1rpm甚至1/8rpm)運行，定位極其；定位控制 程控功能是標準配置；不必像其它伺服控制器那樣需要另外準備；具有通信功能，可由個人計算機進行控制和運行狀態(tài)監(jiān)視；豐富的輸入輸出功能.。盡管IMS系列伺服控制器有著諸多的優(yōu)點，但是其硬件本身是不能夠運行的，必須加有用QMCL語言組成的程序，才能夠實現對電機的控制。


    3.2 控制部分的構成及原理
    該控制系統(tǒng)主要由三部分組成：個人計算機、IMS伺服控制器、交流異步伺服電動機。IMS伺服控制器對電機的控制，可以通過直接操作控制器來實現，也可以通過計算機向控制器發(fā)出指令，進而控制電機的運轉.。伺服控制器對電機進行控制，僅僅靠其硬件本身是無法實現的，而是必須通過QMCL語言編寫程序對電機實現控制。一個程序的編寫往往有上百行，單純地利用控制器的面板按鍵一個字符一個字符地輸入進去，非常地費時，費力，因為控制器的體積本身就比較小，相應地其鍵盤也就更小，操作起來不是很方便.而將計算機的 RS-232C 端口與控制器主板上的RS-232C端口相連，通過軟件實現計算機與控制器的通信，就可以直接在計算機上編寫程序，而后再利用兩者的通信功能把程序傳送到控制器的RAM中，這樣就比較方便，快捷了。同樣，控制器中的程序代碼也可以讀回計算機中，進行修改，保存等操作。 另外計算機還可以向控制器發(fā)出其它的命令，實現其它的功能.比如，可以讀取各個參數的數值，也可以改變各參數的數值設定.總之，利用計算機與控制器的通信功能，完夠實現對電機運行狀況的準確掌握，并可實現對其進行靈活控制。
    IMS系列伺服控制器通過編程方式，靈活、準確地對電機的位置、轉速、加速度和輸出轉矩實現了高精度控制，具有寬的調速范圍；轉矩、轉向可控；線性的機械特性和調節(jié)特性；快速響應；零速鎖定。


    3.3 控制功能
    控制功能全面：
    （1）速度控制精度±0.02%，調速范圍達0.01Hz-250Hz；
    （2）位置控制精度±1P；
    （3）優(yōu)良的轉矩控制功能，控制范圍0—300%電機額定轉矩，精度±5；
    （4）電機額定轉速以下恒轉矩輸出，額定轉速以上恒功率輸出；
    （5）低速大轉矩輸出、零轉速力矩保持功能；
    （6）過載能力強，大轉矩可達電機額定轉矩的三倍；同步控制功能，對多臺控制器、電機系統(tǒng)進行同步或跟隨控制；
    （7）加、減速度控制功能， 可編程I/O接點豐富
    （8）內部PLC功能，控制器可自成系統(tǒng)工作；
    （9）CPU的E2PROM中可存儲多個程序，語句可達400條；
    （10）的「QMCL」語言，電機控制程序的編程簡單易學，用戶可自行編制控制程序 PC機、編碼器編程，程序可固化；


    3.4 項目概述
    此項目為閥門電動執(zhí)行器，該產品采用了時光科技IMS系列伺服控制系統(tǒng)。時光科技有限公司IMS伺服控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)的閥門驅動裝置優(yōu)異好幾倍：
a、可實現電機平穩(wěn)運行于0.01Hz～250Hz工作范圍；
b、電機運行速率低于50Hz時可實現3倍電機額定轉矩輸出，包括電機0Hz鎖定時的3倍電機額定轉矩輸出；
c、內置PLC功能（32bit），通過QMCL軟件編程的方式對所有I/O進行自定義設計。使用I/O方式接收相應動作信號及告知PLC是否已完成所要的過程；
d、使用QMCL語言編譯的程序，可以靈活的設定零點，而且由軟件根據實際情況設計的間隙補償量與機械結合更加緊密，可根據實際情況及長時間使用造成的間隙改變做出相應調整。極大方便了系統(tǒng)調試和維修。


e、系統(tǒng)參數任意設定電機運行時的S曲線和轉矩限幅值；
    f、具有2路可編程D/A輸出，可實現任意監(jiān)控項的模擬量輸出；
    g、使用時光科技有限公司的IMS伺服控制器控制電動機，增強了整個系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性；
    h、IMS伺服控制器*的0Hz鎖定功能可實現電機的“電氣抱閘”動作，有效保證了定位控制結束后的終定位精度。，為保證系統(tǒng)在失電的情況下不會帶來安全隱患；
    j、由于采用了靈活的QMCL軟件編程，因此在調試過程中每當終客戶要求發(fā)生變化或增減要求時，IMS伺服控制器可隨時根據客戶的要求作出相應變化以滿足其需要。

    3.5 控制器的主回路連接及接線原理
    3.5.1 控制器內部主回路電路圖
圖1 控制器內部主回路電路圖


圖1 控制器內部主回路電路圖

    3.5.2 控制器與周邊的設備的連接
圖2 控制器與周邊的設備的連接


圖2 控制器與周邊的設備的連接

    注意事項：
    （1）控制器與電機的接線
    輸出端子U，V，W與電機的引出線U，V，W相連接
    IMS系列伺服控制器對輸出端子U，V，W與電機的連接有相序要求。IMS系列伺服控制器將電機逆時針運轉（正對著電機輸出軸觀察）定義為正轉，將電機順時針運轉定義為反轉。
    若電機的引出線U，V，W的方向定義和IMS系列伺服控制器的定義一致，那么連線時就一一對應連接，即控制器側U接電機側U，控制器側V接電機側V，控制器側W接電機側W。
    若電機的引出線U，V，W的方向定義和IMS系列伺服控制器的定義不一致，則連線時任選2根線對換即可。


    （2）接地電阻為10歐以下；
    （3）主回路端子臺上B1，B2是連接制動電阻的端子，請切勿將制動電阻接到除此以外的端子，否則制動電阻會異常發(fā)熱而燒壞，也可能造成控制器損壞；
    （4）電線的線徑與壓線端子的選用。
    電線規(guī)格是按照75度額度溫度的銅導線確定的。確定導線時要考慮電壓降。選擇的導線線徑應使電壓降低于標準額度電壓的2%，電壓降有下列公式計算。

    3.5.3 主回路輸入側的電路圖
圖3 主回路輸入側的電路圖


圖3 主回路輸入側的電路圖

    （1）斷路器的選擇與安裝
    采用無熔絲斷路器。該斷路器的容量選用為控制器的額定電流的2.5～3倍左右。
    （2）漏電斷路器的選擇與安裝
    由于伺服控制器的輸出是高速開關脈沖，因此會發(fā)生高頻漏電流，在控制器的進線側使用漏電斷路器，可以只檢出對人體有危險頻帶的漏電流，而忽略高頻漏電流，請選用變頻器或交流伺服控制器的漏電斷路器。
    用變頻器或交流伺服控制器的漏電斷路器時，請選用控制1臺控制器的感度電流為30mA以上的。
    （3）電磁接觸器的選擇與安裝
    MC的容量請選用為控制器額定電流的2.5倍左右。
    （4）交流電抗器或直流電抗器的安裝
    連接大功率（600kVA以上）的電源變壓器場合，或有移相電解電容的切換場合，會有大峰值電流流入控制器整流回路，而可能發(fā)生整流器件的損壞。
    這種情況請在控制器的輸入側接入交流電抗器（可選項），或者在直流電抗器端子上安裝直流電抗器。同時電源側的功率因數也會有改善。
    （5）浪涌抑制器的安裝
   上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥 在控制器的周邊連接有感性負載（電磁接觸器，電磁線圈，電磁閥，電磁斷路器等）時，請務必在感性負載端使用浪涌抑制器。
    3.5.4 PG接線
圖4 PG接線


圖4 PG接線

    3.5.5 控制回路端子的連線及部分端子的功能介紹
圖5 控制回路端子的連線


圖5 控制回路端子的連線

    3.6 程序的概述
    3.6.1IMS系列伺服控制器的程序QMCL
    QMCL: 由“Quick Motion Control Language”的首字母組成。是時光科技有限公司開發(fā)的于IMS系列伺服控制器的電機快速運動控制語言。 IMS系列伺服控制器必須運行「QMCL」程序，才能控制被控電機的運轉
    QMCL（Quick Motion Control Language）是用于時光科技有限公司的IMS系列交流異步電動機伺服控制的快速運動控制語言，該語言分為：語言代碼和中間代碼。通過QMCL可以編寫在IMS系列交流異步電動機伺服控制器上運行的電機控制程序，方便地實現對電機進行控制的方案。
    使用語言代碼編寫伺服控制程序時，需要采用公司提供的PC版QMCL編譯程序（For Windows95/98/2000）將語言代碼編譯成中間代碼，然后通過串行口將中間代碼程序傳送到控制器的RAM中，或使用寫入器（RW-A）將中間代碼程序固化到控制器的ROM中。使用中間代碼編寫的程序，可以方便地通過鍵盤，直接鍵入到控制器RAM中。


    3.6.2 技術創(chuàng)新點
    （1）應用IMS系列伺服驅動系統(tǒng)能實現的速度控制和準確的位置控制，其控制精度比目前其它系統(tǒng)提高一個數量級；
    （2）能實現智能控制，保證操作者的安全；
    （3）可按照電動執(zhí)行器的工作原理編制多種功能的程序（如角行程 直行程），提高了電動執(zhí)行器的工作性能；
    （4）采用單一機械傳動方式，使結構簡單、噪聲降低；
    （5）全部采用軟件編程，全數字化控制方式使系統(tǒng)運行安全可靠、功能齊全；
    （6）這樣可以省略位置傳感器，經濟性較好；
    （7）采用32位CPU對電機進行全數字化控制，通信性強；
    （8）可以自成控制體系，當作PLC使用。


4 結 語
    本設計閥門電動器由IMS系列伺服控制器、交流異步伺服電機、減速機構、計算機等多種應用工程技術綜合而成，實現對閥門開度的控制、反饋與調節(jié)，并做到無誤定位。其中重點在于閥門的反饋和執(zhí)行機械設計的運行，是機電一體化綜合設計中的難題，要求機械結構安全、可靠、系列化、行業(yè)普及、適用性強，電控部份要求高振動、高磁等干擾環(huán)境適應性強采用伺服半閉環(huán)——閉環(huán)控制、兼顧獨立運行模式。通過伺服控制器控制交流異步電機，從而達到控制閥門的目的。


二、技術參數
1、工作電壓：380V  50Hz 三相四線制。
2、控制功率：BFA-1   1.1Kw   BFA-2  1.1Kw-4 Kw。
3、環(huán)境溫度：-20℃—40℃。
4、周圍不含有強腐蝕性、易燃易爆介質。
5、相對濕度不大于80%（20℃±5℃）。
6、外形尺寸80×160×290mm，開孔尺寸152+1mm×76+1mm。
7、重量：3Kg。

      開關式標準型線路圖

                                          角度信號輸出線路圖
2、三相閥門控制器
三相閥門控制器是用來控制閥門三相電動裝置的一種儀器，它可以向三相閥門電動裝置發(fā)出開啟和關閉的指令，實現閥的遠距離控制，也可以在現場手動操作。該產品廣泛應用于電站、石油工、給排水、食品、輕紡、造紙、醫(yī)藥、水利工程、船舶、市政工程和鋼鐵、煤炭等單位。


三、安裝與調整
1、根據所選購的型號規(guī)格按圖將其安裝固定，后面板上的接地端子必須可靠接地。
2、控制器和電動裝置的電路圖號是相同的，用電纜按相同的端子號把控制器和電動裝置連接起來，如果用戶不需要現場控制，12、13、14端子可不接。電動閥門控制器用于自控系統(tǒng)中時，12、13、14端子用于“自動開”、“自動關”對應信號的輸入端子。
3、按下電源鍵，電源指示燈亮，現場遠控開關指向遠控，遠控指示燈亮。
4、用手輪將閥門開啟至50%開度處，按下開閥或關閥鍵，檢查閥門的旋向與所按的按鍵是否一致，如不一致立即按停止鍵，切斷三相電源，調換三相電源中的任意兩相。
5、按下開閥鍵，當閥門全開到位時，前面板上的開閥指示燈亮；按下關閥鍵，當閥門全關到位時，前面板上的關閥指示燈亮；當閥門在開或關的過程中需要停止時，按停止鍵，閥門停止。把4號和7號端子短接，前面板上的事故燈亮。
6、當閥門處在全開位置時， 調前面板上的調整電位器，使開度表顯示99%處。
7、現場遠控開關指向現場，現場指示燈亮，短路12號和13號端子，閥門和開向運行，為點動狀態(tài)；短路12號和14號端子，閥門向關向運行，為點動狀態(tài)。
8、后面板上的保險管5×20，1A。與本產品相關論文：超高溫煙道蝶閥閥桿斷裂處理