浮法玻璃生產(chǎn)線(xiàn)退火窯溫度靠控制冷卻風(fēng)閥的氣動(dòng)或電動(dòng)執(zhí)行器來(lái)實(shí)現(xiàn)，該執(zhí)行器能否穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到退火窯的作業(yè)制度，是保證玻璃退火質(zhì)量的關(guān)鍵因素。我公司一條浮法生產(chǎn)線(xiàn)的退火窯采用的是法國(guó)Bergard公司的電動(dòng)執(zhí)行器，但因現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度過(guò)高，造成執(zhí)行器的伺服系統(tǒng)元器件老化，伺服放大器經(jīng)常出現(xiàn)不動(dòng)作、振蕩等故障，嚴(yán)重時(shí)燒壞執(zhí)行器的電動(dòng)機(jī)，雖經(jīng)多次維修，更換新的伺服模塊或整套執(zhí)行器，但都難以在高溫環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，使設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本大大增加，還給生產(chǎn)帶來(lái)較大影響，為此，決定對(duì)15臺(tái)執(zhí)行器進(jìn)行技術(shù)改造。

1、原系統(tǒng)工作原理

　　退火窯風(fēng)閥執(zhí)行器受控于DCS系統(tǒng)，我公司DCS采用的是SIEMENS公司的S7-400H冗余系統(tǒng)，各風(fēng)閥開(kāi)度值由中控室操作人員從上位機(jī)給定，4～20mA電流信號(hào)經(jīng)DCS的模擬量輸出模塊SM332輸出到控制風(fēng)閥的電動(dòng)執(zhí)行器，執(zhí)行器內(nèi)部的伺服放大器將此信號(hào)與位置反饋信號(hào)進(jìn)行比較，得到偏差信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，再經(jīng)執(zhí)行器減速器減速，帶動(dòng)輸出軸改變轉(zhuǎn)角，輸出軸轉(zhuǎn)角的變化又使新的位置信號(hào)反饋給伺服放大器比較，直至偏差信號(hào)小于死區(qū)位置，此時(shí)輸出軸就穩(wěn)定在與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角位置上，原理如圖1所示。

圖1原系統(tǒng)原理圖

　　根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)經(jīng)常出現(xiàn)故障的部位集中體現(xiàn)在電動(dòng)執(zhí)行器內(nèi)部的伺服放大器部分，伺服放大器雖然接收的是模擬信號(hào)，但最終控制執(zhí)行器伺服電機(jī)的確是開(kāi)關(guān)量信號(hào)(數(shù)字信號(hào))，我們能否去掉因不能在高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作的伺服放大器，而改由DCS系統(tǒng)直接控制伺服電機(jī)的動(dòng)作從而實(shí)現(xiàn)伺服放大器的功能呢?答案是肯定的。

2、改造措施

2.1、硬件構(gòu)成

　　在原來(lái)的S7-400H系統(tǒng)中拆除模擬量輸出模塊SM332，增加二塊8路模擬量輸入模塊SM331，增加一塊16路數(shù)字量輸出模塊SM322，出于安全考慮，我們不用數(shù)字量輸出模塊直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，而是增設(shè)歐姆龍24V繼電器用于控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，并保留原限位開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的硬件保護(hù)。模擬量輸入模塊的輸入信號(hào)種類(lèi)用安裝在模塊側(cè)面的量程卡(或稱(chēng)量程模塊)來(lái)設(shè)置，模塊每?jī)蓚�(gè)通道為一組，共用一個(gè)量程卡，將所有量程卡均設(shè)置在B位置，即量程卡上的標(biāo)記B旁邊的三角形箭頭應(yīng)對(duì)準(zhǔn)模塊上的標(biāo)記，B位置包括4種電壓輸入，量程為+/-10V。位置反饋信號(hào)接入模塊之前，要確保量程卡在正確位置，否則將損壞模擬量輸入模塊。0～10V的位置反饋信號(hào)通過(guò)屏蔽電纜接至模擬量輸入模塊SM331，屏蔽層在柜內(nèi)要可靠接地。改造后的系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 改造后的系統(tǒng)原理圖

2.2、軟件組態(tài)

　　軟件方面的首要工作就是通過(guò)西門(mén)子公司的PLC編程軟件Step7對(duì)新的硬件系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)和參數(shù)設(shè)置，以確保模塊正常工作。

　　(1)擬量輸入模塊SM331要在參數(shù)設(shè)置中設(shè)為允許診斷中斷和模擬值超過(guò)限制值的硬件中斷，并將各通道產(chǎn)生超限中斷的上限值和下限值設(shè)為10V和0.1V。

　　(2)SM331各通道的測(cè)量種類(lèi)均選擇為“E”表示測(cè)量種類(lèi)為電壓，量程選項(xiàng)均選+/-10V，要確保量程卡的位置與step7中的設(shè)置保持一致，否則模塊不能正常工作。

　　(3)下面我們要編制plc程序來(lái)實(shí)現(xiàn)原伺服放大器的功能，0～10V的“位置反饋信號(hào)”由模擬量輸入模塊SM332接入dcs，經(jīng)SM332內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量對(duì)應(yīng)為0～27648，dcs將此值即程序中的過(guò)程變量“position”與設(shè)定的上下限閥值比較，如超限則電機(jī)停轉(zhuǎn)，鎖定閥位，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的控制信號(hào)只能反向輸出，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的軟件保護(hù)，上下限閥值根據(jù)實(shí)際情況選為60～27586，對(duì)應(yīng)實(shí)際閥位為0.2～89.8°;如未超過(guò)上下限值，dcs將此信號(hào)與給定值(程序中的“DB4.MAN1”)比較后控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，特別需要指出的是，由于反饋信號(hào)不可避免地混有噪聲信號(hào)，所以為了避免電機(jī)頻繁動(dòng)作，在控制程序中必須加入不靈敏區(qū)即：“死區(qū)”，并合理設(shè)值。以正轉(zhuǎn)為例部分程序如下：

　　⋯

　　Network3：

　　AN #protect_R //正轉(zhuǎn)保護(hù)未動(dòng)作

　　JNB_0c2 //如保護(hù)動(dòng)作跳轉(zhuǎn)結(jié)束本段程序

　　L "DB4"。MAN1 //閥位人工給定值

　　L #position //位置反饋值

　　-R //求差

　　T#difference //得到位置反饋與人工給定的差值

　　⋯

　　L #difference

　　L #d_zone //死區(qū)值

　　>R //比較，若差值大于死區(qū)值

　　=

　　⋯ #FWD //輸出正轉(zhuǎn)信號(hào)

　　從上述程序可以看出，當(dāng)位置信號(hào)#position小于給定值"DB4".MAN1，且偏差#difference大于死區(qū)設(shè)定值#d_zone時(shí)，執(zhí)行器正傳(#FWD=1)，隨著執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)，位置反饋信號(hào)將逐步增加(減少)當(dāng)偏差值小于死區(qū)的設(shè)定值時(shí)，給執(zhí)行器斷電，利用執(zhí)行器的慣性保持偏差進(jìn)一步縮小。如果死區(qū)值設(shè)置過(guò)大，則會(huì)使執(zhí)行器輸出不能很好地跟蹤輸入信號(hào)，降低控制精度。若死區(qū)值設(shè)置過(guò)小當(dāng)電動(dòng)機(jī)斷電時(shí)，由于慣性惰走，反饋增大使偏差值反向越過(guò)死區(qū)，從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，如此反復(fù)動(dòng)作，出現(xiàn)自振蕩故障，對(duì)系統(tǒng)危害較大。我們實(shí)際調(diào)試時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)后因慣量前沖，反饋信號(hào)還有約0.02V左右的變化，因此我們將信號(hào)死區(qū)值定為0.05V，程序中對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為27648/10×0.05=138.24，實(shí)際對(duì)應(yīng)閥位變化約為0.45°。風(fēng)閥轉(zhuǎn)角有0.45°的不靈敏區(qū)對(duì)風(fēng)量控制基本沒(méi)有影響，因此將程序中的死區(qū)定值在138，即d_zone=138。另外，盡量減小執(zhí)行器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械配合間隙，也是避免振蕩、提高控制精度的有效手段。

3、結(jié)束語(yǔ)

　　利用dcs系統(tǒng)靈活、強(qiáng)大的編程功能，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)電動(dòng)執(zhí)行器的開(kāi)關(guān)量控制，去除了成本昂對(duì)、故障率高的伺服驅(qū)動(dòng)器，提高了控制系統(tǒng)的可靠性，減小了維修量，降低了維修成本。自09年該項(xiàng)目技改調(diào)試成功后，退火風(fēng)閥控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，為提高退火質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。