数字化阀门电动执行机构

　　0　引言

　　阀门电动执行机构广泛应用于电力、化工、冶金和石油等领域。由于现有的国产阀门电动执行机构存在着控制方式落后,可靠性不高,缺乏完善的保护和故障报警措施以及必要的通信手段等问题,使得现有的阀门电动执行机构不便于调试和维护,也不能根据生产的实际需要进行参数的现场调整,不能组成网络进行远程控制。随着电子技术以及大规模集成电路的开发应用,各种高性能的电子器件和微处理器为数字化阀门电动执行机构的开发研究奠定了基础。

　　所开发的数字化阀门电动执行机构具有以下特点:

　　①控制器采用单片DSP芯片(TMS320F240)作为控制系统的核心,处理系统内所有的控制信号,包括对系统设定、采样、显示、报警、故障等信号的处理。同时对智能功率模块(IPM)提供控制信号(PWM控制波),控制IPM的导通与关断,以实现对感应电机的控制。

　　②主电路采用智能功率模块(IPM)。IPM不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起,而且还内藏有过电压、欠电压、过电流和过热等故障监测电路,并可将监测信号送往DSP进行处理,是一种高性能的功率开关器件。

　　③远程红外设定执行机构运行参数。为适应恶劣工况环境,采用了电动执行机构参数的红外设定。避免直接接触执行机构,方便了系统的设定。

　　④远程通信。为与上位机通信,预留了通信端口,可以组成控制群组,方便接入现场总线,形成控制网络。

　　⑤状态显示。采用LCD显示电动执行机构的工作状态,并在掉电的情况下正常地显示执行机构掉电前的工作状态。

　　1　系统控制策略

　　由于电动执行机构在运行中,要求有快速开启和制动响应,阀门的定位精度要求高,并且在控制过程中,需要保持良好的转矩控制,因此控制策略的选择关系到系统的整体控制性能。在现有的交流感应电动机的控制算法中,主要包括矢量控制和直接转矩控制两种控制算法。矢量控制技术以转子磁场定向,用矢量旋转变换的方法,实现了对交流电动机的转速和磁链控制的完全解耦。然而在实际中由于转子磁链难于准确观测,系统特性受电动机参数(尤其是转子电阻)的影响较大,以及所用的矢量旋转变换的复杂性,使得实际的控制效果难以达到理论分析的结果。直接转矩控制技术,是近10年来继矢量控制技术发展起来的一种新型的具有高性能的交流变频调速技术,它在很大程度上解决了矢量控制中计算控制复杂、特性易受电动机参数变化的影响、实际性能难以达到理论分析结果等一些重大问题。直接转矩控制的算法和实现的途径,已有许多的文献进行了详尽的阐述,在此仅给出直接转矩控制的主要特点: