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(xiàn)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(zhuǎn)型閥門電動裝置的儀器，可以通過外接電源的切換實現(xiàn)開、關(guān)和中間位置的控制，如下圖所示，該產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于化工、民用建筑的空調(diào)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(chǎn)品，用以控制電動閥門的開啟和關(guān)閉。閥門電動執(zhí)行器研發(fā)背景

1. 品名、型號規(guī)格、數(shù)量、價格.      

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

    閥門在各個領(lǐng)域上都有相當(dāng)廣的應(yīng)用。油氣工業(yè)現(xiàn)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(yīng)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(dǎo)體業(yè)。在閥門的各種類型中， 自動調(diào)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(diào)節(jié)的方式在許多場合已不再適用，要實現(xiàn)管網(wǎng)系統(tǒng)的工業(yè)自動化管理， 離不開自動閥門這個管網(wǎng)系統(tǒng)中的執(zhí)行機構(gòu)。
    閥門的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，當(dāng)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(gòu)，也就是電動執(zhí)行器。 
    由于閥門的應(yīng)用非常廣，手工機械調(diào)節(jié)的方式在許多場合已不再適用，本設(shè)計能夠在較安全的情況下工作，而且效率提高了幾倍，故設(shè)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(xiàn)場驅(qū)動裝置 ，其能源取用方便、安裝調(diào)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(yīng)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(qū)動，通過蝸輪蝸桿減速，帶動空心輸出軸轉(zhuǎn)動。在該減速箱中，具有手動/自動機構(gòu)（手動機構(gòu)可獨立進(jìn)行操作）。當(dāng)切換手柄處于手動位置時，操作手輪，帶動空心輸出軸轉(zhuǎn)動。當(dāng)電動操作執(zhí)行機構(gòu)時，手動機構(gòu)處于斷開狀態(tài)，由電動機驅(qū)動空心輸出軸。
    多轉(zhuǎn)式智能型電動執(zhí)行機構(gòu)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(jìn)行編程，從而控制電動執(zhí)行器中的交流異步電機運轉(zhuǎn)，從而達(dá)到所需要的機械運動。多轉(zhuǎn)式智能型電動執(zhí)行機構(gòu)采用非侵入式設(shè)計，通過手持式遙控器即可對執(zhí)行機構(gòu)的參數(shù)、功能進(jìn)行修正或組態(tài)設(shè)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(xué)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(zhuǎn)速，加速度和輸出轉(zhuǎn)矩，通過編程的方式方便地進(jìn)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(jìn)行全數(shù)字化控制；內(nèi)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(zhuǎn)速(1rpm甚至1/8rpm)運行，定位極其；定位控制 程控功能是標(biāo)準(zhǔn)配置；不必像其它伺服控制器那樣需要另外準(zhǔn)備；具有通信功能，可由個人計算機進(jìn)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?qū)崿F(xiàn)對電機的控制。


    3.2 控制部分的構(gòu)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(xiàn)，也可以通過計算機向控制器發(fā)出指令，進(jìn)而控制電機的運轉(zhuǎn).。伺服控制器對電機進(jìn)行控制，僅僅靠其硬件本身是無法實現(xiàn)的，而是必須通過QMCL語言編寫程序?qū)﹄姍C實現(xiàn)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(jìn)去，非常地費時，費力，因為控制器的體積本身就比較小，相應(yīng)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(xiàn)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(jìn)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(xiàn)其它的功能.比如，可以讀取各個參數(shù)的數(shù)值，也可以改變各參數(shù)的數(shù)值設(shè)定.總之，利用計算機與控制器的通信功能，完夠?qū)崿F(xiàn)對電機運行狀況的準(zhǔn)確掌握，并可實現(xiàn)對其進(jìn)行靈活控制。
    IMS系列伺服控制器通過編程方式，靈活、準(zhǔn)確地對電機的位置、轉(zhuǎn)速、加速度和輸出轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)了高精度控制，具有寬的調(diào)速范圍；轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)向可控；線性的機械特性和調(diào)節(jié)特性；快速響應(yīng)；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(diào)速范圍達(dá)0.01Hz-250Hz；
    （2）位置控制精度±1P；
    （3）優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩控制功能，控制范圍0—300%電機額定轉(zhuǎn)矩，精度±5；
    （4）電機額定轉(zhuǎn)速以下恒轉(zhuǎn)矩輸出，額定轉(zhuǎn)速以上恒功率輸出；
    （5）低速大轉(zhuǎn)矩輸出、零轉(zhuǎn)速力矩保持功能；
    （6）過載能力強，大轉(zhuǎn)矩可達(dá)電機額定轉(zhuǎn)矩的三倍；同步控制功能，對多臺控制器、電機系統(tǒng)進(jìn)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(nèi)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(dá)400條；
    （10）的「QMCL」語言，電機控制程序的編程簡單易學(xué)，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(chǎn)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(qū)動裝置優(yōu)異好幾倍：
a、可實現(xiàn)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(xiàn)3倍電機額定轉(zhuǎn)矩輸出，包括電機0Hz鎖定時的3倍電機額定轉(zhuǎn)矩輸出；
c、內(nèi)置PLC功能（32bit），通過QMCL軟件編程的方式對所有I/O進(jìn)行自定義設(shè)計。使用I/O方式接收相應(yīng)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(shè)定零點，而且由軟件根據(jù)實際情況設(shè)計的間隙補償量與機械結(jié)合更加緊密，可根據(jù)實際情況及長時間使用造成的間隙改變做出相應(yīng)調(diào)整。極大方便了系統(tǒng)調(diào)試和維修。


e、系統(tǒng)參數(shù)任意設(shè)定電機運行時的S曲線和轉(zhuǎn)矩限幅值；
    f、具有2路可編程D/A輸出，可實現(xiàn)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(xiàn)電機的“電氣抱閘”動作，有效保證了定位控制結(jié)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(diào)試過程中每當(dāng)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(jù)客戶的要求作出相應(yīng)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(nèi)部主回路電路圖
圖1 控制器內(nèi)部主回路電路圖


圖1 控制器內(nèi)部主回路電路圖

    3.5.2 控制器與周邊的設(shè)備的連接
圖2 控制器與周邊的設(shè)備的連接


圖2 控制器與周邊的設(shè)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(zhuǎn)（正對著電機輸出軸觀察）定義為正轉(zhuǎn)，將電機順時針運轉(zhuǎn)定義為反轉(zhuǎn)。
    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(yīng)連接，即控制器側(cè)U接電機側(cè)U，控制器側(cè)V接電機側(cè)V，控制器側(cè)W接電機側(cè)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(dǎo)線確定的。確定導(dǎo)線時要考慮電壓降。選擇的導(dǎo)線線徑應(yīng)使電壓降低于標(biāo)準(zhǔn)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(cè)的電路圖
圖3 主回路輸入側(cè)的電路圖


圖3 主回路輸入側(cè)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(guān)脈沖，因此會發(fā)生高頻漏電流，在控制器的進(jìn)線側(cè)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(cè)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(cè)的功率因數(shù)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(diào)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(fù)載（電磁接觸器，電磁線圈，電磁閥，電磁斷路器等）時，請務(wù)必在感性負(fù)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(zhuǎn)
    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(xiàn)對電機進(jìn)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(shù)創(chuàng)新點
    （1）應(yīng)用IMS系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)能實現(xiàn)的速度控制和準(zhǔn)確的位置控制，其控制精度比目前其它系統(tǒng)提高一個數(shù)量級；
    （2）能實現(xiàn)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(jié)構(gòu)簡單、噪聲降低；
    （5）全部采用軟件編程，全數(shù)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(jīng)濟性較好；
    （7）采用32位CPU對電機進(jìn)行全數(shù)字化控制，通信性強；
    （8）可以自成控制體系，當(dāng)作PLC使用。


4 結(jié) 語
    本設(shè)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(gòu)、計算機等多種應(yīng)用工程技術(shù)綜合而成，實現(xiàn)對閥門開度的控制、反饋與調(diào)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(shè)計的運行，是機電一體化綜合設(shè)計中的難題，要求機械結(jié)構(gòu)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(yīng)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(dá)到控制閥門的目的。


二、技術(shù)參數(shù)
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(zhì)。
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(guān)式標(biāo)準(zhǔn)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(guān)閉的指令，實現(xiàn)閥的遠(yuǎn)距離控制，也可以在現(xiàn)場手動操作。該產(chǎn)品廣泛應(yīng)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(diào)整
1、根據(jù)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(xiàn)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(guān)”對應(yīng)信號的輸入端子。
3、按下電源鍵，電源指示燈亮，現(xiàn)場遠(yuǎn)控開關(guān)指向遠(yuǎn)控，遠(yuǎn)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(guān)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(diào)換三相電源中的任意兩相。
5、按下開閥鍵，當(dāng)閥門全開到位時，前面板上的開閥指示燈亮；按下關(guān)閥鍵，當(dāng)閥門全關(guān)到位時，前面板上的關(guān)閥指示燈亮；當(dāng)閥門在開或關(guān)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(dāng)閥門處在全開位置時， 調(diào)前面板上的調(diào)整電位器，使開度表顯示99%處。
7、現(xiàn)場遠(yuǎn)控開關(guān)指向現(xiàn)場，現(xiàn)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(guān)向運行，為點動狀態(tài)。
8、后面板上的保險管5×20，1A。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：超高溫?zé)煹赖y閥桿斷裂處理