1 常規的伺服放大器存在問題的分析及方案論證

    我公司新上4800t/d熟料線電動執行器均采用某廠家同一系列產品，在生產過程中我們發現主要有以下問題：

    （1）電動執行器開、關頻繁動作，中控反饋信號頻繁波動，以至造成部分執行器電機燒壞。

    （2）部分電動執行器向同一方向（開或關方向）一直動作停不下來，造成部分閥門損壞、電動執行器電機燒壞。

    伺服放大器控制板由前置級磁放大器線路板、觸發器線路板和可控硅交流開關線路板三部分組成。電動執行機構的指令信號與閥位反饋信號的比較放大靠這些電子線路板的運行來實現。其調節原理類似于一個純積分作用的調節器，只要指令信號與閥位反饋信號的偏差超過調節不靈敏區的范圍，伺服放大器就會一直發出開指令或者關指令。經檢查發現，生產故障的發生均是由于其伺服放大器部分出現問題。

    （1）電動執行器開、關頻繁動作是由于其死區靈敏區的范圍太窄。中控給定信號和閥位反饋信號相比較，只要偏差在靈敏區的范圍之外，伺服放大器就會頻繁發出開或關指令，造成執行器頻繁動作。經廠家指導，調節其電位器也達不到理想效果。

    （2）部分電動執行器向同一方向（開或關方向）一直動作停不下來是由于其內部采用的固態繼電器觸點損壞，造成其接觸器長時間吸合。此類問題的執行器大多是在高溫環境下的執行器，高溫的烘烤使固態繼電器內部的可控硅擊穿，造成其觸點損壞。從而使控制電機正反轉的接觸器長時間吸合，造成執行器向同一方向一直動作停不下來。

    為了解決上述問題，我們做了大量實驗，經過分析研究，最終決定采用PLC實現的伺服放大器功能替代其傳統的伺服放大器控制板。實際運行情況表明，此方案信號穩定可靠，達到了預期的效果。

    2 PLC實現伺服放大器功能的設計

    執行機構自身產生的反饋信號和計算機發出的給定信號進行偏差計算，差值與死區的靈敏度進行比較，PLC就會發出“開”或者“關”指令。為了保護執行機構的電動機不因為閥位輸入信號受到瞬間干擾而反復動作，加入開、關指令的干擾濾波單元。控制程序的死區和靈敏度都可以通過改變PLC軟件的參數進行調整，也可以在操作畫面調整。開、關繼電器采用固態繼電器。執行機構保護主要有兩個方面的內容：一是閥位輸入信號失真；二是執行器長時間未達到限位，閥位命令輸出狀態過一定時間后自動停止。利用PLC實現伺服放大器功能的原理圖如圖1所示，虛線框內為PLC的軟件功能模塊。

圖1 利用PLC實現伺服放大器功能的原理圖

    2.1 硬件設計

    （1）電動執行機構原接線，如圖2所示。

圖2 原執行機構接線圖

    （2）將執行器內部的固態繼電器拆除，其中限位接線不動，并將其控制回路作適當改進，如圖3所示。

圖3 改造后的執行機構接線圖

    其中KA₁為開繼電器觸點，KA₂為關繼電器觸點。

    2.2 程序設計

    程序的編制我們使用的是德國西門子公司提供的STEP7（V5.3）開發軟件，通過添加新的FC程序段，編制好后在OB1中調用一下即可。詳細程序的編制如下：

    （1）超出設置的死區范圍，且給定大于反饋，則閥開。程序如圖4所示。

圖4 閥開程序段

    （2）超出設置的死區范圍，且給定小于反饋，則閥關。程序如圖5所示。

圖5 閥關程序段

    （3）死區靈敏度設置。程序如圖6所示。其中MD808為畫面設置死區靈敏度所需變量。

圖6 死區靈敏度設置

    2.3 監控畫面的制作

    程序編制完后，我們使用德國西門子公司的WINCC（V6.0）工業自動化組態軟件，對其監控畫面進行組態。組態后的畫面如圖7所示。

圖7 閥門監控畫面

    3 應用效果

    利用PLC組成的伺服放大器和閥位保護回路在我公司礦渣微粉及水泥生產線也已經普遍應用，實際運行情況表明，利用本方法實現的電動執行機構的控制回路與常規的伺服放大器相比有很強的優勢，不僅減少了投資和設備的維護量，而且在可靠性方面有了很大程度的提高，具有廣泛的推廣應用價值。