一、概述
LSDF2型電動執(zhí)行控制器是一采用直流無刷電動機作為動力的電動執(zhí)行器控制部件。
直流無刷電機(BLDCM)具有直流電機與交流電機的全部優(yōu)點,又克服了各自的缺點。在調(diào)速性能方面與交流變頻相比,具有電路簡單,電磁輻射小,對電網(wǎng)干擾小,調(diào)速范圍大等諸多優(yōu)點。因此在航空、航天,自動控制、機器人等領(lǐng)域,直流無刷電機作為一種速度可控的動力源,被廣泛采用。通過控制電路的作用,直流無刷電機能地實現(xiàn)無摩察剎車。這一特點,對于電動執(zhí)行器來說尤為重要。
采用直流無刷調(diào)速電機,并根據(jù)無刷直流電機特點設(shè)計的驅(qū)動與定位控制電路,LSDF2型電動執(zhí)行器具有以下特點:
1、的無摩擦制動技術(shù),使執(zhí)行器定位更精確,穩(wěn)定性更好。
2、執(zhí)行器的工作速度(開閥/關(guān)閥速度)可由用戶設(shè)定。
3、當控制系統(tǒng)的給定值與當前的位置反饋差異較大時,電動機以較高的速度工作,使被調(diào)量的偏差能迅速減小。隨著給定值與閥門開度差異的減小,電機速度隨之降低,直到差異消除電機停轉(zhuǎn)。這樣的工作方式,既能迅速消除控制系統(tǒng)誤差,又能避免振蕩,使得調(diào)節(jié)品質(zhì)更高。
4、通過對電機驅(qū)動電路的參數(shù)檢測,能較地計算出電機、執(zhí)行器的實際輸出力矩(推力)。用戶可通過操作按鍵設(shè)置開/關(guān)閥力矩。過力矩時,控制電路首先使執(zhí)行器回退,再以電機轉(zhuǎn)速,緩慢的推動閥門,能解決大部分由于“別勁”導致的閥門卡澀。如果低速推動仍過力矩,關(guān)斷電機,保護閥門不受損壞。為了確定閥門的實際開、關(guān)所需力矩,可在就地手動操作時,選顯力矩顯示,顯示器可實時顯示開關(guān)閥的力矩。根據(jù)顯示值增加10%~20%作為過力矩設(shè)置值。可避免盲目設(shè)置力矩問題。
5、對執(zhí)行器(包括位置發(fā)送器)的所有設(shè)置、無需打開執(zhí)行器外殼,在液晶顯示的中文菜單提示下,全部通過操作面板上的按鍵(或紅外手持操作器)完成。設(shè)置十分方便快捷。
6、實現(xiàn)了“柔性開啟”與“柔性關(guān)閉”。即電機啟動時以轉(zhuǎn)速啟動,再平穩(wěn)升速到設(shè)定轉(zhuǎn)速。執(zhí)行器運行到終點前自動減速,總是以轉(zhuǎn)速到達終點。因此最大限度地減少了對閥門的機械沖擊和對被調(diào)量的擾動,同時也提高了定位精度。
下圖說明LSDF2電動執(zhí)行器的工作速度變化。
圖a 給定電流與位置反饋電流變化關(guān)系圖。
圖b 執(zhí)行器輸出(閥門開/關(guān))速度變化圖。
t1:給定信號和位反信號出現(xiàn)偏差,執(zhí)行器以速度啟動并升速。
t2:執(zhí)行器速度逐步升高到最大值。
t3:偏差減小,執(zhí)行器開始減速。
t4:偏差消除,執(zhí)行器動作停止。
7、采用帶有中文液晶顯示的操作面板實現(xiàn)就地操作與設(shè)置。也可選用紅外手持操作器設(shè)置與操作。實現(xiàn)了“非侵入式操作”。按鍵也可采用磁性(霍爾)按鈕。
二、主要功能
1)給定信號失效保護。用戶可選擇失效后的閥門位置:保持;指定位置。
2)位置信號失效保護。切斷電機電源,報警。閥門保持原位。
3)過力矩保護。可回退、低速推進三次,任一次故障消除即恢復正常運行;三次未回復切斷電源。
4)電機過電流/過熱保護。
5)強干擾死機自恢復。
6)行程限位(電子限位)。
7)電子力矩檢測。可實時顯示開、關(guān)閥的力矩值。
8)瞬間防反轉(zhuǎn)。
9)行程方向自適應。
10)電機旋轉(zhuǎn)方向自調(diào)整。
11)就地手動操作;遠方手動(按鍵)/自動(0/4~20mA)操作。
12)給定信號、位置反饋信號電壓/電流可選,并可適配多種信號規(guī)格。
13)緊急狀態(tài)處理功能。
14)行程/力矩關(guān)閥可選。
15)繼電器組態(tài)功能。
16)運行數(shù)據(jù)記錄、瀏覽功能。
17)行程聯(lián)動功能。
18)執(zhí)行器開、關(guān)速度設(shè)置功能。
19)“柔性開啟”與“柔性關(guān)閉”功能。
20)無機械摩擦自動剎車功能。
21)輸入/輸出信號間具有電磁隔離。
22)位置檢測傳感器安裝指導功能。
23)可選配現(xiàn)場總線通信卡(HART、PROFIBUS等)。
三、主要技術(shù)指標
1、給定信號:電流信號:0/4~20mA,輸入電阻120Ω;電壓信號:0/1~5V,輸入阻抗不小于1MΩ。
2、位反信號:電流:0/4~20mA,輸出負載電阻≤750Ω;電壓信號:0/1~5V,輸出阻抗不大于1K。
3、位置傳感器:電位器0~500Ω;0~1K;0~5K;0~10K。
4、死區(qū)設(shè)置: 0~10%可調(diào)。步距0.1%。
5、定位誤差(基本誤差。含非線性誤差和回差):不大于±0.3%。
6、速度調(diào)節(jié)范圍:1:8。分8檔可調(diào)。
7、力矩設(shè)置范圍:額定力矩的30%~100%可選,設(shè)定步距:10%。
8、阻尼特性:無振蕩。
9、遲滯:不大于0.2S。
10、工作電源: 單相 AC220V±15%; 三相 AC380V±15%。
11、電氣限位/聯(lián)動設(shè)定范圍:關(guān)限位/聯(lián)動:0~100%;開限位/聯(lián)動0~100%
12、工作環(huán)境溫度:-25~70℃。
13、環(huán)境濕度:≤95%RH
14、顯示精度: 0.2級。
15、繼電器:6只繼電器。其中一只輸出就地/遠方工作狀態(tài),一只為綜合報警。其它4只為可組態(tài)輸出。輸出接點容量:AC250V,2A;DC60V,2A。
四、設(shè)置
設(shè)置全部通過就地操作面板的按鍵或紅外遙控器完成。
上電后系統(tǒng)自動進入遠方運行模式。設(shè)置是在就地操作模式下進行。在遠方模式下按下“R/L”鍵不放,再按下“E”鍵,保持約5秒鐘,就地指示燈亮后,同時松開按鍵,即進入了就地操作模式。
1、進入設(shè)置
按下“E”鍵不放保持約5秒鐘,當顯示器顯示出現(xiàn)“設(shè)置狀態(tài)”時,松開“E”鍵,顯示器顯示“全關(guān)標定”,表示已進入步設(shè)置。
2、設(shè)置過程
1)全關(guān)標定
進入全關(guān)標定,顯示器顯示如下:
液晶顯示器的上一行右側(cè)顯示位置檢測電位器的當前開度。如果是廠方安裝或用戶更換位置檢測電位器,需要根據(jù)閥門開度確定電位器的相應開度。此時可按以下操作進行:讓電位器與帶動齒輪脫開(執(zhí)行器工作時電位器不動),用操作面板的手動開/關(guān)鍵將執(zhí)行器的開度調(diào)到約50%(此時的開、關(guān)鍵對應的動作方向不確定,應觀察動作方向,確定操作那一按鍵);手動調(diào)整電位器位置使顯示的電位器開度為50%±2%。緊固電位器與驅(qū)動齒輪的安裝螺絲,電位器位置確定完成。下面進行全關(guān)標定。
按動操作面板上的“開”、“關(guān)”鍵,將執(zhí)行器調(diào)至全關(guān)位置(此時的開、關(guān)鍵對應的動作方向仍不確定,應觀察動作方向,確定操作那一按鍵)。到達全關(guān)位置,顯示的電位器的開度應在5~15%,或在80~95%。調(diào)至到全關(guān)位置后按下“E”鍵保持3秒鐘以上,等顯示器出現(xiàn)“OK”時松開按鍵,全關(guān)標定完畢。進入下一步全開標定。
進入全關(guān)標定,如果顯示的電位器開度有錯誤(含有英文字母或大于105%),應檢查電位器接線或電位器本身有故障。
2)全開標定
進入全開標定,顯示器顯示如下:
與全關(guān)標定一樣,將閥門調(diào)至全開位置。電位器的開度顯示應在5%~95%以內(nèi)。而且在從全關(guān)到全開的運行過程中,電位器的開度變化為單方向(遞增或遞減)且連續(xù)變化。如果電位器的開度變化不符合要求,說明電位器安裝位置錯誤,必須調(diào)整到正確位置。
全開位置確定后按下“E”不放,當顯示器顯示“OK”后松開按鍵,全開標定完成,自動進入下一步死區(qū)值設(shè)置。
全開標定完成后,如果電位器接線有誤或其他原因?qū)е码娢黄髯兓坎蛔?/2,顯示器將顯示如下信息:
表示本次設(shè)置失效,按“ E ”返回全關(guān)標定。此時應檢查電位器接線是否正確;電位器本身是否有故障;帶動電位器轉(zhuǎn)動的齒輪是否脫落等。確認無誤后重新設(shè)置。
3)死區(qū)值設(shè)置
進入死區(qū)值設(shè)置,顯示器顯示如下:
按動“↑”、“↓”鍵,改變顯示器顯示的死區(qū)值為需要的值,按一下“E”鍵(不需保持)設(shè)置完成。進入下一步中途限位/聯(lián)動選擇。
4)中途限位/聯(lián)動選擇
進入中途限位/聯(lián)動選擇設(shè)置,顯示器顯示如下:
按動“↑”鍵,顯示“聯(lián)動”、“限位”交替變化。如果用戶需要中途限位,可選擇“限位”;如果需要根據(jù)閥門開度聯(lián)動其它設(shè)備,則可選“聯(lián)動”。當顯示為您需要的方式時,按一下“E”鍵完成設(shè)置。進入下一步關(guān)聯(lián)動(關(guān)限位)設(shè)置。
如果您無需此功能,可選擇“聯(lián)動”,但不指定繼電器即可。也可選擇“限位”,但應將關(guān)限位開度定在0,將開限位開度定在100%。
5)關(guān)聯(lián)動(關(guān)限位)設(shè)置
根據(jù)您在上一步選擇了“聯(lián)動”或“限位”,液晶顯示不同。
按動“↑”、“↓”鍵,改變顯示器顯示的關(guān)聯(lián)動或關(guān)限位值為需要的值(如果不需要中途限位或聯(lián)動,可將開度調(diào)為0%),按一下“E”鍵設(shè)置完成。進入下一步開聯(lián)動(開限位)設(shè)置。
6)開聯(lián)動(開限位)設(shè)置
進入本設(shè)置,液晶顯示如下:
設(shè)置方法同上。如果不需要中途限位或聯(lián)動,可將開度設(shè)為100%。完成后進入下一步開、關(guān)閥方式選擇。
7)關(guān)閥方式選擇
進入本設(shè)置,液晶顯示如下:
為了閥門關(guān)閉,LSDF2設(shè)計了力矩開關(guān)閥功能。當用戶給定開度為0時,行程檢測也到了0,如果選擇了行程關(guān)閥,這時LSDF2控制自動停機;如果您選擇了力矩關(guān)閥,LSDF2會控制電機繼續(xù)運行,直到過力矩信號后才關(guān)斷電機,了閥門的關(guān)閉。
按動“↑”鍵,顯示“力矩”、“行程”交替變化。當顯示為您需要的方式時,按一下“E”鍵完成設(shè)置。進入下一步開閥速度設(shè)置。
8)進入開閥速度設(shè)置,液晶顯示如下:
開、關(guān)閥速度共分8(1X、2X~8X)檔。1X為速度;8X為速度。按動“↑”或“↓”鍵,顯示的速度值改變。當出現(xiàn)需要的速度值時,按動“E”鍵確認。進入下一步關(guān)閥速度設(shè)置。
9)進入關(guān)閥速度設(shè)置,液晶顯示如下:
與開閥速度設(shè)置一樣,按“E”鍵確認。進入下一緊急事件處理設(shè)置。
10)緊急事件處理設(shè)置
進入本設(shè)置,液晶顯示如下:
緊急事件是指生產(chǎn)過程發(fā)生了事故,此閥門根據(jù)故障處理需要是保持(保持)現(xiàn)狀或是運行到指定(指定)位置。用戶可選擇“保持”或“指定”。如果選擇了“指定”,下一步應設(shè)定需要的開度。
按動“↑”鍵,顯示“保持”、“指定”交替變化。當顯示為您需要的方式時,按一下“E”鍵完成設(shè)置。
11)緊急事件指定開度設(shè)置
進入本設(shè)置,顯示器顯示如下:(如果您在上一步選擇了“保持”,則這一步自動跳過)
按動“↑”、“↓”鍵(按下“↑”鍵保持,顯示開度將快速連續(xù)遞增。按動“↓”鍵,按一下遞減0.1%。),改變顯示器顯示的閥位值為需要的值時,按一下“E”鍵完成設(shè)置,進入下一界面。
12)開向力矩設(shè)置
顯示器顯示如下:
按動“↑”、“↓”鍵,顯示值在30%~100%間變化。調(diào)整到需要的值,按一下“E”鍵完成設(shè)置,進入下一步。
13)關(guān)向力矩設(shè)置
顯示器顯示如下:
按動“↑”、“↓”鍵,顯示值在30%~100%間變化。調(diào)整到需要的值,按一下“E”鍵完成設(shè)置,力矩設(shè)置完成。
14)繼電器組態(tài)選擇
進入本設(shè)置,顯示器顯示如下:
該設(shè)置用于選擇是否要對輸出繼電器重新組態(tài)或瀏覽組態(tài)信息。如果按“E”鍵,將不進入繼電器組態(tài),直接跳到信號選擇設(shè)置;按下“↓”鍵,將進入繼電器組態(tài)界面。
15)繼電器組態(tài)
進入繼電器組態(tài)界面,液晶顯示如下:
顯示“1號”,表示當前是對1號繼電器進行設(shè)置。其后的的顯示為可由該繼電器輸出的故障或狀態(tài)信息。故障和狀態(tài)信息包括:
失效A(給定失效); 失效P(位置檢測失效); 過流; 開限; 關(guān)限; 關(guān)聯(lián)動; 開聯(lián)動; 缺相;超溫;開向過力矩;關(guān)向過力矩。
按動“↑”鍵,顯示的故障和狀態(tài)信息改變。出現(xiàn)您所需要的顯示時,按“E”鍵確認,即完成對該繼電器的設(shè)置。顯示器顯示下一繼電器編號。設(shè)置方法同上。
當4號繼電器設(shè)置完成后,自動進入信號設(shè)置選擇界面。
16)輸入/輸出信號選擇
該界面用于選擇是否要修改給定和位反信號的規(guī)格。如果無需修改,可按“ E ”鍵跳過;如需要修改或瀏覽,按“↓”鍵進入。該設(shè)置界面液晶顯示如下:
17)給定信號選擇
給定信號選擇界面顯示如下:
按動“↑”鍵,顯示的信號規(guī)格在4-20與0-20之間變化。當顯示為您需要的信號規(guī)格時,按一下“E”鍵設(shè)置完成。自動進入位反信號規(guī)格選擇界面。
18)位反信號選擇
液晶顯示如下:
設(shè)置方法同上。位反信號規(guī)格選擇完成后,自動進入系統(tǒng)設(shè)置選擇界面。
19)系統(tǒng)設(shè)置選擇
系統(tǒng)設(shè)置主要是針對執(zhí)行器生產(chǎn)廠方設(shè)置所用,執(zhí)行器用戶一般無需此設(shè)置。系統(tǒng)設(shè)置包括:電機電流設(shè)置;給定信號標定;位反信號誤差校正。系統(tǒng)設(shè)置選擇界面顯示如下:
如果無需修改系統(tǒng)設(shè)置,可按“E”鍵結(jié)束設(shè)置;如需修改系統(tǒng)設(shè)置,按“↓”鍵進入輸入標定。
20)輸入標定
液晶顯示如下:
此時應在給定信號輸入端加入的20.00mA電流信號,按下“E”鍵保持不放,當顯示器顯示“ OK ”后松開按鍵,標定完成。自動進入下一步輸出校正。如果不想改變原標定值,可按“R/L”鍵直接進入下一步。
輸入標定時必須在給定輸入端加入20.00mA電流。如果此時沒有加入電流信號而按下了“E”鍵,控制電路將0mA電流誤認為是20mA,將會導致控制電路無法工作。如果輸入標定時加入的信號不是正確的20.00mA,控制電路會將加入的信號認為是20.00mA,導致定位不正確。
如果輸入標定操作錯誤,可重新進入輸入標定,信號正確后重新按“E”鍵標定即可。
21)輸出電流校正
輸出電流在出廠前已校正過,一般無需用戶操作。但如果出現(xiàn)位反輸出電流與液晶顯示的位反開度百分數(shù)不對應,則應重新校正。
輸出電流校正時,必須在位反輸出端接一電流表。進入本界面,從電流表上讀出的電流值不等于20.00mA時,按動“↑”、“↓”鍵可改變輸出電流。當調(diào)整電流到20.00mA時,按一下“E”鍵完成校正。進入下一步空載力矩標定。
22)空載力矩標定
進入空載力矩標定狀態(tài),顯示器顯示如下:
將執(zhí)行器處于空載狀態(tài)(不聯(lián)結(jié)閥門)。按下“開”或“關(guān)”鍵,使執(zhí)行器運轉(zhuǎn),松開按鍵,執(zhí)行器繼續(xù)工作。按下“E”鍵不放,當顯示器顯示“OK”時松開按鍵,空載標定完成。
力矩標定必須在執(zhí)行器工作時進行。為了使標定能有充分的時間,啟動運行時應根據(jù)執(zhí)行器當前的開度,選擇按“開”鍵或按“關(guān)”鍵,以在完成標定前執(zhí)行器不運行到終點位置。
如果不需要標定空載力矩,可按一下“ R/L”鍵跳過。
空載力矩標定完成,自動進入滿載力矩標定。
23)滿載力矩標定
進入滿載力矩標定狀態(tài),顯示器顯示如下:
滿在力矩標定,必須給執(zhí)行器加載額定力矩(推力)。
與空載力矩標定一樣,啟動執(zhí)行器工作,按“E”鍵完成標定。
按一下“ R/L”鍵,可放棄本次標定。
滿載力矩標定完,控制器自動退回就地操作狀態(tài)。此時應檢查一下設(shè)置結(jié)果。按下開鍵,執(zhí)行器向開方向運行,開度顯示隨之增大;按下關(guān)鍵,執(zhí)行器向關(guān)方向運行,開度顯示隨之減小。改變輸入信號,給定開度顯示做相應變化。
六、運行
上電后自動進入遠方運行模式。
1、就地/遠方運行模式切換
從遠方模式切換到就地模式:按下“R/L”鍵不放再按下“E”鍵,保持約5秒鐘,就地指示燈亮,同松開兩鍵,即進入就地模式。
從就地模式切換到遠方模式:按下“R/L”保持約2秒鐘,就地指示燈熄滅,松開按鍵,即進入遠方運行模式。
2、就地操作
1)開/關(guān)操作
按下“開”鍵,執(zhí)行器向開方向運行;按下“關(guān)”鍵,執(zhí)行器向關(guān)方向運行;按下“停”鍵,停止運行。
2)瀏覽與清除數(shù)據(jù)記錄
按下“E”鍵兩秒鐘內(nèi)按下“關(guān)”鍵,進入數(shù)據(jù)記錄處理界面,顯示如下:
按動“↑”鍵,上一行顯示“瀏覽”/“清零”交替變化。當顯示“瀏覽”時按一下“E”鍵,進入記錄瀏覽;在顯示“清零”時按下“E”鍵,原記錄數(shù)據(jù)被全部清零。
進入數(shù)據(jù)瀏覽顯示如下:
按一下“↓”鍵,顯示下一頁:
按一下↑”鍵可返回上一頁。按“E”退出數(shù)據(jù)瀏覽,返回就地手動操作。
3、遠方操作
1)手動/自動運行切換
將遠方的“手/自”動開關(guān)打向手動位置,進入遠方手動操作狀態(tài);將開關(guān)打向自動位置,即進入自動運行狀態(tài)。
2)手動運行
按下“開”鍵,執(zhí)行器向開方向運行;按下“關(guān)”鍵,執(zhí)行器向關(guān)方向運行;松開按鍵,停止運行。
3)自動運行
執(zhí)行其動作受給定輸入信號控制。閥門開度跟隨給定信號變化。
4)啟動緊急事件
生產(chǎn)過程發(fā)生故障或其它緊急事件,需要這一閥門立即按照事前設(shè)定的緊急處理方式動作,按一下“緊急”按鈕,執(zhí)行器立即啟動緊急事件處理程序。
將工作模式切換到手動狀態(tài)可解除緊急狀態(tài)。
七、設(shè)置參數(shù)的瀏覽
如果需要檢查設(shè)置參數(shù),可進入設(shè)置狀態(tài)瀏覽設(shè)置值。
進入設(shè)置狀態(tài)后,在全關(guān)、全開標定時按下“R/L”鍵可逐一跳過。其它界面下,只要不修改原值直接按“E”鍵也可跳過。在瀏覽設(shè)置參數(shù)時,不要進入系統(tǒng)設(shè)置。一旦進入,應按“R/L”跳過。