浅析用PLC程序实现伺服放大器功能的探讨

发布时间:2011-07-18  点击数:1705

    电动执行器是电动单元组合式检测、调节仪表的执行单元,它接受调节或变送单元的信号,自动地操纵调节机构。完成调节任务,在水泥企业生产线上广泛应用,对水泥生产过程工艺参数的控制影响很大。

    浩良河水泥厂200Ot/d生产线所配国产DKJ电动执行器的伺服放大器在调试期问,故障多、调节稳定性差、易产生振荡,输出执行效果不理想。为此,l995年底笔者根据伺服放大器的原理,用PLC提供的软件功能编程实现了伺服放大器功能,经过几年的实际运行,效果良好。

一、伺服放大器的工作原理及局限性

    伺服放大器由磁放大器、触发器、可控硅交流开关线路和电源组成,通用型伺服放大器原理框图见图1。

    由图1,前置磁放大器将输入给定信号P和位置反馈信号FIN比较并予以放大,所得直流输出送后级触发器,使触发器产生脉冲而触发可控硅整流器SCR使其导通,以足够的功率输出驱动伺服电机转动。输入给定信号P和位置反馈信号FIN比较的极性改变使2套可控硅整流器SCR交替导通,实现伺服电机正、逆两方向运转。

    伺服放大器是由电子元件组成的电路板构成,应安装在环境温度为0~50℃、相对湿度10%~70%无腐蚀性气体的环境中。浩良河水泥厂地处我国黑龙江省,冬季室外温度一般在-25℃左右,撮低可达-40℃,环境温度难以满足要求。此外,电子元件的质量、水泥厂粉尘、振动等外部环境的干扰都易使伺服放大器产生故障,致使电动执行器无法实现对调节阀的调节。

二、用PLC程序实现伺服放大器功能

    1、硬件接口电路

    浩良河水泥厂中央监控系统是由美国FOXBORO公司的DCS集散控制系统I/A′S和MODICON公司的PLC系统共同组成,PLC系统经接口GATEWAY与I/A′S系统相联,进行数据传送:

    改造前中央监控系统I/A′S与伺服放大器的通讯信号有:伺服放大器的输入给定信号P(4mA~20mA)和位置反馈信号FIN(4mA~20mA),对系统来说P是模拟量输出(AO)信号,FIN是模拟量输入(AI)信号。

    改造后与中央监控系统接口地硬件电路如图2所示。

    电动执行器内位置发送器WF输出的位置反馈信号FIN(4mA~20mA),从PLC系统模拟量输入模件的通道输入,经输入模件内部模数A/D转换为数字量(0~4096对应4mA~20mA),存放到PLC内部输入寄存器3××××内;经PLC系统和I/A′S系统的内部通讯在中控室监视器上显示阀门开度电动执行器的开度给定由中控室操作员在监视器CRT上设定,开度值为:0~100%,在I/A′S系统内转换为数字量(0~4096对应0~100%),这个信号经I/A′S系统和PLC系统的内部通讯,赋值到PLC内部的保持寄存器4××××内。

    2、编程原理及控制实施

    程序设计的基本思路是:用984PLC系统提供的功能块减法SUB指令作数值比较器,以判断位置反馈和开度给定两值是否相等或不等。根据比较的结果,由PLC系统开关量输出控制电动执行器伺服电机的正、反转即控制阀门的开或关。

    图3为程序控制图。位置反馈量30014内的值加(ADD)上开阀死区值150(相当于位置反馈信号FIN变化约0.586mA)结果存入保持寄存器40059内。中控操作员的阀门开度给定值赋到40132内,40132的值减40059的值,结果存入保持寄存器40060,若40132的值大于40059内的值,则PLC系统开关量输出(DO)点00286输出驱动中间继电器K1动作,执行器伺服电机正转,阀门打开,40059内的值逐渐增大,直到40132内的值小于或等于40059内的值时00286停止驱动中间继电器K1,阀门停止动作。

    位置反馈量30014内的值减(SUB)去关阀的死区值150(相当于位置反馈信号FIN变化约0.586mA),结果存入保持寄存器40061内,如果30014的值小于150,则中间点00125断开反转驱动00287(这是因为40061内存的是两数差的绝对值)。若30014内的值大于或等于150则用40061内的值减去40132内的值;若40061内的值大于寄存器40132内的值,则00287输出驱动中间继电器K2,伺服电机反转,阀门关闭,40061内的值逐渐减小,到40061内的值小于或等于40132内的值时,00287断开驱动K2,阀门停止动作。

    00123、00124为PLC内部中间点,2个计时器用于阀门全开或全关时的计时保护。

三、应用效果

    1995年底,在浩良河水泥厂生料立磨循环风机入口阀门控制改造中,首次应用该程序实现伺服放大器功能,取消了伺服放大器,获得成功。之后,又对废气处理系统的阀门控制进行了改造,通过几年的生产实践证明,效果显著,大大提高了电动执行机构工作的可靠性,生产过程中电动执行器的故障率明显降低,减少了现场维护量,稳定了窑系统的热工制度,保证了生产的正常运行,取得了明显的经济效益。但在使用时需注意:根据执行机构的大小及实际工作情况适当调整开、关阀的死区值和正、反转计时保护时间,以获取最佳的控制效果。