伺服卡使用手册

版本号：B东方汽轮机厂电液伺服阀控制器说明书编号：M902-007000BSM第全册2003年12月编号：M902-007000BSM编制:校对:审核:会签:审定:批准:修改记录表更改标记处数文件代号签字日期更改标记处数文件代号签字日期电液伺服阀控制器使用说明书M902-007000BSM目录序号章一节名称页数备注11前言122硬件简介133功能简介244使用说明955故障指示266性能和参数177使用注意说明1电液伺服阀控制器使用说明书M902-007000BSM编制：校对：审核：标审：录入员：1－11前言DEA伺服卡是为全电调控制系统DEH配套而专门设计的。该卡采用了16位单片机80C196芯片和高性能的可编程逻辑阵列CPLD构成控制核心，同时采用了16位A/D和D/A芯片提高转换精度。电源部分采用了先进的DC-DC隔离转换器，确保卡件的工作电源和供电电源的充分隔离，使卡件的电源回路工作有效可靠。在实现带电插拔的技术上采用了飞利浦的I2C串行总线技术，在校验过程中将LVDT的全关值和全开值存入E2PROM中，从而实现带电插拔。伺服卡的工作原理是通过采集LVDT的测量值与控制系统发出的给定值构成比较环节，然后通过PI运算，最终输出调节电流控制调节阀门的运动，使阀门的开度到达给定期望到达的位置。电液伺服阀控制器使用说明书M902-007000BSM编制：校对：审核：标审：录入员：2－12硬件简介伺服卡控制器的硬件主要包括伺服卡件和机箱组件：2.1伺服卡件伺服卡采用的是四层印制板布线工艺，具有极高的EMC抗干扰能力。板上主要元器件均采用进口优质元件。2.1.1CPU采用INTEL先进的16位单片机80C196，运算处理速度极快。该单片机内置WATCH_DOG功能，自恢复能力强。2.1.2采用Xilinx公司的可编程逻辑阵列XC95108作为单片机的接口部件。该芯片可以将众多的硬逻辑功能用软件实现，访问速度极快。同时该芯片有许多的I/O，可以方便的实现外部接口。这样可以使伺服卡增加许多功能而外围电路极为简单，卡件的集成度大幅度增加而可靠性也大为提高。2.1.3采用了16位的A/D、D/A芯片作为模拟量信号的采集和输出转换，转换精度高。其中一片A/D通过前置的通道选择器件采集各种模拟信号，两片D/A中一片作为阀位输出信号，另外一片作为PI运算后输出电流用。伺服卡的所有模拟量信号通道均采用了隔离放大器与外部接口实现隔离。2.1.4采用飞利浦的I2C串行总线技术，在校验过程中将校验所得的LVDT的全关值和全开值存入到E2PROM中，从而使卡件在失电后不影响其使用。2.1.5采用DC-DC直流电源转换器，确保卡件的工作电源与供电电源实现隔离，使卡件的电源回路和模拟信号通道在使用中更为安全可靠。伺服卡的所有开关量信号全部用光电隔离器件与外部信号进行了隔离，确保卡件的工作尽量不受外部信号的干扰2.1.6采用了双路LVDT采集通道，在其中一路LVDT工作不正常时可以实现切换。内置振荡电路，可以作为LVDT的激励信号用，激励信号的频率和幅值可以通过卡件上的跳线来设置。2.1.7面板上设有多个指示灯以指示各种状态，并有颤动量调节孔和测试端。2.1.8伺服卡由主卡和插接在其上的数模卡构成。主卡上包括CPU、可编程逻辑阵列、电源、输入和输出回路等；数模卡主要包含D/A、A/D等构成模拟量回路。2.2机箱组件2.2.1机箱采用19”的电磁屏蔽机箱及组件。机箱后面的接线端子统一焊接到电源母板上，接线方便。2.2.2卡件插入机箱时使用推拉式结构，拔插也十分方便。电液伺服阀控制器使用说明书M902-007000BSM编制：校对：审核：标审：录入员：3－13功能简介3.1工作原理伺服卡是通过采集LVDT的反馈值，然后与控制系统发出的给定指令（4-20mA信号）构成比较环节，经过程序中的PI运算后输出调节电流（-40mA-40mA）驱动伺服阀动作，从而控制阀门的行程到给定的开度。在进行自身调节的同时，伺服卡还可以送出一个阀位开度信号（4-20mA的电流信号或1-5V的电压信号）给控制系统，作为行程指示。PI运算中的比例因子和积分因子可以通过拨码开关来调节。通过面板上的指示灯，可以实时了解卡件的工作状态。3.2操作功能简介3.2.1初始化通过对拨码开关进行特定的拨码，可以对存储在E2PROM中的数据进行初始化预置。3.2.2校验该卡提供了校验功能，可以自动输出关门信号和开门信号使阀门运动，从而纪录下校验所得LVDT全关值和全开值，并将其存储到串行存储芯片E2PROM中，永久保存。3.2.3偏置该卡提供了偏置功能，可以在偏置输入的情况下输出电流或电压信号强行关门。3.2.4手动该卡提供了手动功能，在手动情况下，可以对阀门进行手动增、减操作。3.3双路LVDT切换伺服卡双路LVDT的切换原则是当给定值和LVDT反馈值的偏差大于整个开度的10%时切换。3.3.1当只有一路LVDT时，不产生任何切换。3.3.2当伺服卡交流LVDT的双路次级线圈反馈回路断掉任何一路时，LVDT反馈值的变化会大于整个开度的10%，这种情况下会马上切换。3.3.3当伺服卡交流LVDT的激励线圈断线时，这时LVDT的反馈值为0。在LVDT的整个行程中，必然存在这样一个点，即LVDT的两路次级线圈产生的反馈信号相等的情况下，LVDT采集的反馈值也为0，我们就称这个点为零点。当LVDT初级断线时，如果LVDT的行程位置偏离零点10%，则会马上切换；如果LVDT的行程位置偏里零点小于全开度的10%，这时初级断线，LVDT将检测不到变化，这时可以通过DEH中给定值的修正超过10%后产生切换。3.3.4为了避免来回切换产生的振荡，当产生一次切换后，程序在20秒内不允许再次切换，以便有足够的调节时间来使调节稳定。电液伺服阀控制器使用说明书M902-007000BSM3－23.4伺服卡的PID算法比例因子：KP=SW2(1-4)*2积分因子：KI=SW2(5-7)位置偏差:POS_ERR=VSET-LVDT(VSET为给定值，LVDT为当前LVDT开度值)比例变换常数：SCALER=8积分变换常数：I_SCALER=500调节输出：SCALERSCALERIERRPOSKIERRPOSKPOUTPID_/)_*()_(*_其中,积分限制输出限幅为:SCALERIVERRPOSKISCALERIV_*)5(_*_*)5(调节输出限幅为:mAOUTPIDmA40_40上述公式表达了伺服卡的PID算法。在实际使用过程中，由于给定误差和LVDT产生的偏移，使得伺服卡在全关位置和全开位置不能关死或开完。为了解决这个问题，本卡采用了过关和过开的算法，其具体算法如下：IF(VSET-0.5mA)4mATHENVSET=VSET-0.5mAELSEVSET=VSETIF(VSET+0.5mA)20mATHENVSET=VSET+0.5mAELSEVSET=VSETEND从上流程可以看出，在给定4毫安或20毫安时会出现过关保证门关死或开完。工程使用人员在编制DEH控制程序时应该注意误差带为0.5毫安。电液伺服阀控制器使用说明书M902-007000BSM编制：校对：审核：标审：录入员：4－14使用说明在使用伺服卡之前，必须先根据使用的情况进行跳线设置。同时要完成机箱的正确接线后，方可上电。4.1跳线器的设置伺服主卡和数模卡上的跳线详细说明如下：4.1.1伺服主卡上的跳线器设置4.1.1.1J1、J23为CPU工作条件选择。其中J1是CPU工作时钟跳接器，J23为程序存储器工作方式的选择。J1出厂设定为短接（CPU工作），J23跳接方式为(2,3)短接。用户不得自行更改4.1.1.2J3、J8为LVDT1反馈类型选择（交、直流选择）。其中J3（1，2）短接，J8断开为选择LVDT1交流反馈方式；如果J3〔2，3〕短接，J8短接为选择LVDT1直流反馈方式。4.1.1.3J4、J9为LVDT2反馈类型选择（交、直流选择）。其中J4（1，2）短接，J9断开为选择LVDT2交流反馈方式；如果J4〔2，3〕短接，J9短接为选择LVDT2直流反馈方式。4.1.1.4J10为伺服驱动1的输出方式选择器。其中J10(1,2)短接为伺服驱动1选择为电流工作方式；如果J10(1,2,3)同时短接则为伺服驱动1选择为电压工作方式。在电压工作方式时，接线方式要改变，详细情况参见后面的接线说明。4.1.1.5J11为伺服驱动2的输出方式选择器。其中J11(1,2)短接为伺服驱动2选择为电流工作方式；如果J11(1,2,3)同时短接则为伺服驱动2选择为电压工作方式。在电压工作方式时，接线方式要改变，详细情况参见后面的接线说明。4.1.1.6J12（1，2）短接为不加颤动量，J12〔2，3〕短接为伺服驱动信号叠加颤动量。颤动频率可以通过(J13,J14)的跳线来改变，出厂设定为(J13,J14)短接，频率为311HZ左右，如果（J13,J14）断开，则颤动频率为208HZ左右。4.1.1.7（J15,J16,J17）组合来选择LVDT激励频率，本卡将(J15,J16,J17)短接，频率约为1.7KHZ左右。出厂设定为J17短接，频率为1.1KHZ左右。4.1.1.8（J19,J20,J21,J22）组合来选择LVDT激励幅值。全短接，幅值最大，全断开，幅值最小。单独短接幅值递减的顺序为J19J20J21J22。出厂设定为（J19,J20,J21）短接，激励幅值为3.2V左右4.1.1.9J18的（1，2）短接为使用卡件输出激励频率；J18(2,3)短接为使用外部激励源。使用时不得全断开，因为这样将造成软件上判断LVDT激励故障。4.1.2数模卡上的跳线设置4.1.2.1J1出厂设定为断开，用户不得自行更改。4.1.2.2J3为给定调整。出厂设定为断开，用户不得自行更改。4.1.2.3J2（1，2）短接为输入给定电流信号；J2（2，3）短接为输入给定电压信号。J2（3，4）短接为输入给定电流差分信号；J2全部不短接为输入给定电压差分信号。4.1.2.4J4（1，2）短接阀位输出为1-5V的电压信号，J4（2，3）短接阀位输出为4-20mA的电流信号。电液伺服阀控制器使用说明书M902-007000BSM4－24.2接口说明4.2.1单块伺服卡上的插头端子接线名称如下图所示（插头端子号定以如下：面对伺服卡，元器件面朝上，插头在右，靠板右边边缘的一排插针为A,靠左边的一排插针为C,从上面开始为第一脚。）图4-1：伺服卡插头定义4.2.2伺服机箱伺服机箱是由电磁屏蔽机箱和背板端子以及卡轨组件组成。背板是一块印刷电路板，所有伺服卡件的插座均焊接在背板上。外部接线均通过背板上的接线端子接入。伺服阀给定-伺服阀给定+（4-20mA）OUT_COM公共端（GND(2)）故障输出（开出24V/2A）阀位减输出（开出24V/2A）阀位增输出（开出24V/2A）紧急手动输出（开出24V/2A）校验状态输出（开出24V/2A）IN_COM输入公共端（开入）校验允许输入（开入）校验开始输入（开入）快速手动开入（开入）停机偏置输入（开入）阀位减输入（开入）阀位增输入（开入）紧急手动输入（开入）GNDGND+24V+24V+24VGND(2)LVDT2次2输入BLVDT2次2输入ALVDT2次1输入BLVDT2次1输入ALVDT1次2输入BLVDT1次2输入ALVDT1次1输入BLVDT1次1输入ALVDT激励信号输出阀位输出-(1-5V或4-20mA)阀位输出+(1-5V或4-20mA)伺服2驱动-伺服2驱动+伺服1驱动-伺服1驱动+GNDGND+24V+24V+24VGNDGNDC22C21C20C19C18A22A21A20A19A18C17A17C16A16C15A15C14A14C13A13C12A12C11A11C10A10C9A9C8A8C7A7C6A6C5A5C4A4A3C3C2A2C1A1电液伺服阀控制器使用说明书M9