調(diào)節(jié)閥又稱為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，它和執(zhí)行機(jī)構(gòu)一起構(gòu)成執(zhí)行器,，是過程控制系統(tǒng)中一個重要的組成部分,。它依據(jù)來自調(diào)節(jié)儀表的控制信號而改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的角位移或直線位移，并通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)改變被調(diào)介質(zhì)的流量,，保持生產(chǎn)過程滿足預(yù)定的要求,。 按照能源形式的不同，執(zhí)行器分為電動執(zhí)行器,、氣動執(zhí)行器和液動執(zhí)行器,。其中，氣動和電動執(zhí)行器應(yīng)用廣泛,，且電動執(zhí)行器的使用比例亦越來越大,。 在以電動執(zhí)行器作為最終執(zhí)行裝置的自動控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的方法是以調(diào)節(jié)儀表輸出的模擬信號去控制電動執(zhí)行器動作,。在計算機(jī)控制系統(tǒng)中,，人們也是將計算機(jī)輸出的數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D／A）轉(zhuǎn)換成模擬信號后再去控制電動執(zhí)行器動作。實際上,，不管是用普通繼電器來實現(xiàn)的有觸點(diǎn)開關(guān)信號還是用可控硅或固態(tài)繼電器來實現(xiàn)的無觸點(diǎn)開關(guān)信號,，由調(diào)節(jié)儀表輸出的模擬信號加到伺服放大器進(jìn)行比較放大后,，最終加到執(zhí)行器電機(jī)上的仍然是開關(guān)信號（數(shù)字信號），如圖1所示,。 
圖1 傳統(tǒng)方法控制框圖 能否去掉中間環(huán)節(jié)數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D／A）和伺服放大器,，而直接由計算機(jī)輸出的數(shù)字信號去控制電動執(zhí)行器動作呢？回答是肯定的,。圖2是伺服放大器的工作原理圖,。 
圖2 伺服放大器原理圖 當(dāng)輸入端有0～10mA模擬信號輸入時，該信號與執(zhí)行器位置反饋信號進(jìn)行比較,，若輸入信號比位置反饋信號大就產(chǎn)生正偏差,，信號經(jīng)IC1放大器放大后使開關(guān)電路K1導(dǎo)通，J1動作接通電源,，電動執(zhí)行器“正轉(zhuǎn)”,。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動到某一位置，使位置反饋信號與輸入信號相等時,，偏差為零,，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。反之,，如果輸入端信號小于位置反饋信號時就產(chǎn)生負(fù)偏差,，信號經(jīng)IC1放大后使開關(guān)電路K2導(dǎo)通，J2動作接通電源,，電動執(zhí)行器“反轉(zhuǎn)”,。 新方法是將位置反饋信號（一般是模擬信號如電阻或電壓）經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A／D）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸入到計算機(jī)，在計算機(jī)內(nèi)與輸出信號（數(shù)字信號）直接比較,，比較后輸出開關(guān)信號,，經(jīng)放大器（或中間繼電器）放大后推動電動執(zhí)行器動作。圖3為新方法示意框圖,。 
圖3 新方法控制框圖 二,、新方法的實現(xiàn) 筆者在國家“八五”攻關(guān)項目“木廢料能源木材聯(lián)合干燥技術(shù)”的木材干燥窯計算機(jī)控制系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）中采用了此新方法。系統(tǒng)共有ZAJ型角行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)9個（其中4個用來調(diào)節(jié)排濕口開度,，2個用來調(diào)節(jié)空氣進(jìn)氣口開度,，2個用來調(diào)節(jié)煙氣進(jìn)氣口開度，1個用來調(diào)節(jié)廢木料燃燒爐鼓風(fēng)量）,。采用新方法有3個問題必須解決：①如何輸出滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)要求的數(shù)字信號（開關(guān)量）,；②如何測量執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置信號；③如何控制合適的閥門開度（即執(zhí)行機(jī)構(gòu)行程）,。 1,、問題一的解決 系統(tǒng)選用光隔離開關(guān)量輸出板（CS20），該輸出板是為采用PC／XT／AT標(biāo)準(zhǔn)的微機(jī)配套的接口板，適用于驅(qū)動繼電器,、電磁閥等執(zhí)行器,，接口具有最大200mA的驅(qū)動電流以及安全可靠的隔離功能。系統(tǒng)按輸出板設(shè)定的口地址在實時采樣子程序中定時向數(shù)據(jù)鎖存器送數(shù)據(jù)（端口開關(guān)值）,，控制光電耦合器的“導(dǎo)通”和“截止”,，此信號經(jīng)隔離后送入現(xiàn)場，控制執(zhí)行器的“開”與“關(guān)”,。因執(zhí)行機(jī)構(gòu)可逆電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需電流大于輸出板接口驅(qū)動電流,，輸出板的輸出信號須經(jīng)中間繼電器放大后再控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而且中間繼電器的采用也起到將現(xiàn)場與微機(jī)隔離的作用,。圖4為接口板程序框圖,。 
圖4 接口板程序框圖 2、問題二的解決 電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)配置有位置反饋螺旋電位器,，在與伺服放大器配合使用時,，接受0～10mA或4～20mA直流信號,，作為位置反饋信號與輸入信號相比較組成比例調(diào)節(jié)環(huán)節(jié),。而在新方法下，系統(tǒng)可采用兩種方法接受位置反饋信號,。第1種是在位置反饋電位器上加一恒定電流使之對應(yīng)位置信號0～100％產(chǎn)生0～5V電壓信號,，然后經(jīng)A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換接口板（MS－0812B）與計算機(jī)相連；第2種方法是直接將位置反饋電位器的電阻信號接至熱電阻信號調(diào)理端子板（HY813）,，該端子板將電阻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送至計算機(jī),。圖5為端子板程序框圖。筆者采用第2種方法,，因本系統(tǒng)溫度測量選用熱電阻,，溫度測量點(diǎn)共有5個，而調(diào)理板（HY－813）可有16路測量輸入,，尚余11路輸入通道,，這樣可將9個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置反饋電阻信號直接聯(lián)至調(diào)理板。需注意的一點(diǎn)是：位置反饋電位器的電阻信號大小要對應(yīng)相應(yīng)熱電阻的溫度量程范圍,，以保證調(diào)理板轉(zhuǎn)換正確,。本系統(tǒng)中位置反饋電位器的電阻值為20～280Ω，對應(yīng)調(diào)理板輸入通道量程應(yīng)調(diào)整為－190～＋
490℃,。當(dāng)然不同類型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)其位置反饋電位器的電阻值是不相同的,，在使用時要注意。某些型號的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置反饋電位器的電阻值偏大,，可采用并聯(lián)一個電阻或更換電位器的辦法來解決,。采用并聯(lián)電阻的方法解決位置反饋電位器電阻值偏大的優(yōu)點(diǎn)是方便、容易，但電阻值的變化是非線性的,，在程序設(shè)計時須加以考慮,。 
圖5 調(diào)理板程序框圖 3、問題三的解決 該問題的解決主要是程序編制,。筆者將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置測量,、開關(guān)量輸出以及閥位給定計程序均安排在定時采樣子程序中，系統(tǒng)每隔1s采樣,、輸出1次,。圖6為實時采樣子程序框圖。 
圖6 實時采樣子程序框圖 圖6中采樣方框包括閥位值,、溫度值,、濕度值等數(shù)據(jù)的采集。ε值是為防止執(zhí)行器動作頻繁甚至產(chǎn)生振蕩而設(shè),。由于電機(jī)動作的慣性以及測量滯后,，閥位給定信號與測量信號之間總存在一定的差值，當(dāng)差值信號小于ε值時,，輸出停止信號,，執(zhí)行機(jī)構(gòu)不動作。實際運(yùn)行時,，正是由于電機(jī)運(yùn)行時產(chǎn)生的慣性而使實際偏差小于ε值,。也就是說，ε值表面上看起來是偏差值,，而實際上是為克服慣性引起的偏差和振蕩而設(shè)立的一個控制提前量,。只要在實際調(diào)試中選擇合適的ε值，就不但可以克服可能產(chǎn)生的振蕩,，而且可以做到無偏差或使偏差小到允許范圍之內(nèi),。 三、結(jié)束語 1,、用計算機(jī)輸出的數(shù)字信號直接控制電動執(zhí)行器動作與傳統(tǒng)模擬信號控制相比有如下特點(diǎn)： （1）省掉笨重,、線路復(fù)雜而又極容易出故障的伺服放大器，提高了控制系統(tǒng)的可靠性,。 （2）在計算機(jī)控制系統(tǒng)中,，A／D輸入接口板輸入通道往往很多，且性能好,、價格便宜,；而D／A輸出接口板輸出通道一般很少，且功耗大,、價格貴,。在需輸出通道較多的情況下，通常要求配置擴(kuò)展箱和外接電源。而采用開關(guān)量輸出板后,，計算機(jī)所需功率小,，結(jié)構(gòu)更緊湊，故障率更小,。 （3）可以很方便地改變閥的工作特性,，以適應(yīng)對象特性的變化，提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量,，如可根據(jù)要求將閥的工作特性通過控制軟件改為直線,、等百分比、對數(shù)等各種形式,，今后可開發(fā)成新型的智能型調(diào)節(jié)閥,。 （4）可以方便、靈活地組成各種復(fù)雜控制系統(tǒng)（如分程控制）而不需增加額外的投資,。 （5）系統(tǒng)投資大大減少,，結(jié)構(gòu)更加簡單（所有接口板、調(diào)理板均可直接插入計算機(jī)的空余槽口中）,，使用戶負(fù)擔(dān)減輕,、維護(hù)更方便。 2,、系統(tǒng)安全性的考慮 （1）采用雙機(jī)備份方式工作,。一臺作為主機(jī)投入系統(tǒng)運(yùn)行，另一臺作為備份機(jī)也處于通電工作狀態(tài),，作為系統(tǒng)的熱備份機(jī)。當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)故障時,，專用程序切換裝置自動地把備份機(jī)切入系統(tǒng)運(yùn)行,，承擔(dān)起主機(jī)的任務(wù)；而故障排除后的原主機(jī),，則轉(zhuǎn)為備份機(jī),，處于待命狀態(tài)。 （2）設(shè)立常規(guī)控制系統(tǒng),，當(dāng)系統(tǒng)*失效時,，投入常規(guī)儀表自控或手動控制狀態(tài)。此時須注意的一點(diǎn)是無擾動切換問題,，可考慮設(shè)置閥位顯示儀表,。 |
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