電動閥門伺服控製器動作原理

                             電動閥門伺服控製器動作原理

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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製器動作原理單相閥門控製器
電動閥門伺服控製器動作原理單相閥門控製器是用來控製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、關和中間位置的控製，如下圖所示，該產品廣泛應用於化工、民用建築的空調係統、消防係統及給排水係統中。電動閥門控製器是與閥門電動裝置配套使用的產品，用以控製電動閥門的開啟和關閉。閥門電動執行器研發背景

1. 品名、型號規格、數量、價格.      

序號	品  名	型 號 及 規 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	台	4			碳鋼WCB

    閥門在各個領域上都有相當廣的應用。油氣工業現在是且將來也會繼續是大的買主， 其次是煉油廠、電力和化工業。城市汙水處理廠排第五位， 其後是紙漿和造紙業、和城市供水。一直以來在其它幾個行業也應用甚廣。它們是食品業、鋼鐵業以及製藥業。剩下的一些行業有：金屬、采礦和半導體業。在閥門的各種類型中， 自動調節控製閥所占比例大， 將占市場總份額的20% 以上。隨著工業自動化的發展，傳統的手工機械調節的方式在許多場合已不再適用，要實現管網係統的工業自動化管理， 離不開自動閥門這個管網係統中的執行機構。
    閥門的應用相當廣泛，當然由於社會的發展需要，就必需要求有自動控製閥門的機構，也就是電動執行器。 
    由於閥門的應用非常廣，手工機械調節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，故設計閥門電動執行器具有實際的意義。電動執行器是工業過程控製係統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、化工等工業部門得到越來越廣泛的應用。


2 閥門電動執行器的原理
    閥門電動執行器由電動機驅動，通過蝸輪蝸杆減速，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）。當切換手柄處於手動位置時，操作手輪，帶動空心輸出軸轉動。當電動操作執行機構時，手動機構處於斷開狀態，由電動機驅動空心輸出軸。
    多轉式智能型電動執行機構的智能控製器，通過時光科技有限公司的控製語言QMCL（快速運動控製語言）進行編程，從而控製電動執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行機構采用非侵入式設計，通過手持式遙控器即可對執行機構的參數、功能進行修正或組態設置。


3 自動控製部分
    3.1 控製概述
    IMS係列伺服控製器是由時光科技有限公司(原北京科技大學機器人研究所)研製開發的交流異步電機(IM)伺服控製器，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製，因此也稱之為"可編程IM伺服控製器".

    IMS係列伺服控製器特點明顯。采用32位CPU對電機進行全數字化控製；內部PLC功能，控製器可自成係統工作；采用IMS係列伺服控製器的QMCL語言，使電機控製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；定位控製 程控功能是標準配置；不必像其它伺服控製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製和運行狀態監視；豐富的輸入輸出功能.。盡管IMS係列伺服控製器有著諸多的優點，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製。


    3.2 控製部分的構成及原理
    該控製係統主要由三部分組成：個人計算機、IMS伺服控製器、交流異步伺服電動機。IMS伺服控製器對電機的控製，可以通過直接操作控製器來實現，也可以通過計算機向控製器發出指令，進而控製電機的運轉.。伺服控製器對電機進行控製，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製。一個程序的編寫往往有上百行，單純地利用控製器的麵板按鍵一個字符一個字符地輸入進去，非常地費時，費力，因為控製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 端口與控製器主板上的RS-232C端口相連，通過軟件實現計算機與控製器的通信，就可以直接在計算機上編寫程序，而後再利用兩者的通信功能把程序傳送到控製器的RAM中，這樣就比較方便，快捷了。同樣，控製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製器發出其它的命令，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，利用計算機與控製器的通信功能，完夠實現對電機運行狀況的準確掌握，並可實現對其進行靈活控製。
    IMS係列伺服控製器通過編程方式，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製，具有寬的調速範圍；轉矩、轉向可控；線性的機械特性和調節特性；快速響應；零速鎖定。


    3.3 控製功能
    控製功能全麵：
    （1）速度控製精度±0.02%，調速範圍達0.01Hz-250Hz；
    （2）位置控製精度±1P；
    （3）優良的轉矩控製功能，控製範圍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；同步控製功能，對多台控製器、電機係統進行同步或跟隨控製；
    （7）加、減速度控製功能， 可編程I/O接點豐富
    （8）內部PLC功能，控製器可自成係統工作；
    （9）CPU的E2PROM中可存儲多個程序，語句可達400條；
    （10）的「QMCL」語言，電機控製程序的編程簡單易學，用戶可自行編製控製程序 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行器，該產品采用了時光科技IMS係列伺服控製係統。時光科技有限公司IMS伺服控製係統比傳統的閥門驅動裝置優異好幾倍：
a、可實現電機平穩運行於0.01Hz～250Hz工作範圍；
b、電機運行速率低於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。極大方便了係統調試和維修。


e、係統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，可實現任意監控項的模擬量輸出；
    g、使用時光科技有限公司的IMS伺服控製器控製電動機，增強了整個係統工作的穩定性和可靠性；
    h、IMS伺服控製器*的0Hz鎖定功能可實現電機的“電氣抱閘”動作，有效保證了定位控製結束後的終定位精度。，為保證係統在失電的情況下不會帶來安全隱患；
    j、由於采用了靈活的QMCL軟件編程，因此在調試過程中每當終客戶要求發生變化或增減要求時，IMS伺服控製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 控製器的主回路連接及接線原理
    3.5.1 控製器內部主回路電路圖
圖1 控製器內部主回路電路圖


圖1 控製器內部主回路電路圖

    3.5.2 控製器與周邊的設備的連接
圖2 控製器與周邊的設備的連接


圖2 控製器與周邊的設備的連接

    注意事項：
    （1）控製器與電機的接線
    輸出端子U，V，W與電機的引出線U，V，W相連接
    IMS係列伺服控製器對輸出端子U，V，W與電機的連接有相序要求。IMS係列伺服控製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係列伺服控製器的定義一致，那麽連線時就一一對應連接，即控製器側U接電機側U，控製器側V接電機側V，控製器側W接電機側W。
    若電機的引出線U，V，W的方向定義和IMS係列伺服控製器的定義不一致，則連線時任選2根線對換即可。


    （2）接地電阻為10歐以下；
    （3）主回路端子台上B1，B2是連接製動電阻的端子，請切勿將製動電阻接到除此以外的端子，否則製動電阻會異常發熱而燒壞，也可能造成控製器損壞；
    （4）電線的線徑與壓線端子的選用。
    電線規格是按照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於標準額度電壓的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製器的額定電流的2.5～3倍左右。
    （2）漏電斷路器的選擇與安裝
    由於伺服控製器的輸出是高速開關脈衝，因此會發生高頻漏電流，在控製器的進線側使用漏電斷路器，可以隻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製器的漏電斷路器。
    用變頻器或交流伺服控製器的漏電斷路器時，請選用控製1台控製器的感度電流為30mA以上的。
    （3）電磁接觸器的選擇與安裝
    MC的容量請選用為控製器額定電流的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製器整流回路，而可能發生整流器件的損壞。
    這種情況請在控製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）浪湧抑製器的安裝
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    3.5.4 PG接線
圖4 PG接線


圖4 PG接線

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


圖5 控製回路端子的連線

    3.6 程序的概述
    3.6.1IMS係列伺服控製器的程序QMCL
    QMCL: 由“Quick Motion Control Language”的首字母組成。是時光科技有限公司開發的於IMS係列伺服控製器的電機快速運動控製語言。 IMS係列伺服控製器必須運行「QMCL」程序，才能控製被控電機的運轉
    QMCL（Quick Motion Control Language）是用於時光科技有限公司的IMS係列交流異步電動機伺服控製的快速運動控製語言，該語言分為：語言代碼和中間代碼。通過QMCL可以編寫在IMS係列交流異步電動機伺服控製器上運行的電機控製程序，方便地實現對電機進行控製的方案。
    使用語言代碼編寫伺服控製程序時，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，然後通過串行口將中間代碼程序傳送到控製器的RAM中，或使用寫入器（RW-A）將中間代碼程序固化到控製器的ROM中。使用中間代碼編寫的程序，可以方便地通過鍵盤，直接鍵入到控製器RAM中。


    3.6.2 技術創新點
    （1）應用IMS係列伺服驅動係統能實現的速度控製和準確的位置控製，其控製精度比目前其它係統提高一個數量級；
    （2）能實現智能控製，保證操作者的安全；
    （3）可按照電動執行器的工作原理編製多種功能的程序（如角行程 直行程），提高了電動執行器的工作性能；
    （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，全數字化控製方式使係統運行安全可靠、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製，通信性強；
    （8）可以自成控製體係，當作PLC使用。


4 結 語
    本設計閥門電動器由IMS係列伺服控製器、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製、反饋與調節，並做到無誤定位。其中重點在於閥門的反饋和執行機械設計的運行，是機電一體化綜合設計中的難題，要求機械結構安全、可靠、係列化、行業普及、適用性強，電控部份要求高振動、高磁等幹擾環境適應性強采用伺服半閉環——閉環控製、兼顧獨立運行模式。通過伺服控製器控製交流異步電機，從而達到控製閥門的目的。


二、技術參數
1、工作電壓：380V  50Hz 三相四線製。
2、控製功率：BFA-1   1.1Kw   BFA-2  1.1Kw-4 Kw。
3、環境溫度：-20℃—40℃。
4、周圍不含有強腐蝕性、易燃易爆介質。
5、相對濕度不大於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、三相閥門控製器
三相閥門控製器是用來控製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出開啟和關閉的指令，實現閥的遠距離控製，也可以在現場手動操作。該產品廣泛應用於電站、石油工、給排水、食品、輕紡、造紙、醫藥、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格按圖將其安裝固定，後麵板上的接地端子必須可靠接地。
2、控製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製器和電動裝置連接起來，如果用戶不需要現場控製，12、13、14端子可不接。電動閥門控製器用於自控係統中時，12、13、14端子用於“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，前麵板上的開閥指示燈亮；按下關閥鍵，當閥門全關到位時，前麵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，前麵板上的事故燈亮。
6、當閥門處在全開位置時， 調前麵板上的調整電位器，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；短路12號和14號端子，閥門向關向運行，為點動狀態。
8、後麵板上的保險管5×20，1A。與本產品相關論文：超高溫煙道蝶閥閥杆斷裂處理