SIPOS 5 Flash PROFITRON型变频智能型执行机构应用技术

　　摘要：本文论述SIPOS 5 Flash PROFITRON变频智能型执行机的结构原理，包括一体化变频智能控制单元，信号发生装置，操作面板，信号线和电源线的端子连接，控制模式，参数设置，主菜单切换，安装后的初次调试步骤。

　　关键词：执行机构，SIPOS 5 Flash PROFITRON，变频智能

　　中图分类号：TP 文献标识码：B

　　0 概述

　　西博思电动执行机构有限公司（原西门子公司电动执行机构部门）将先进成熟的电机变频调速技术应用于执行机构中，因内部集成了一体化变频智能控制单元，省去了其它执行机构必须的复杂电机转向控制箱，采用简单的模块化结构，通过增加少量必要的模块，使其适用于各种控制模式，可对阀门挡板进行可靠的开关控制和变频调节。

　　SIPOS 5 Flash PROFITRON变频智能型执行机除具有其它执行机构的功能外，还具有一些特殊功能，即使阀门挡板被卡住，输出力矩也不会超过事先设定的上限，因为启动电流不会超过额定电流，可采用较细的电缆，自动校正供电电源相序，全面的电机保护功能，确保电机永远不会被烧毁，输出轴转速可自行设定，现在已经应用到送引风、一次风压、给水泵勺管等控制系统改造项目上。

　　送风机偶合器勺管控制

　　二次总风门控制

　　采用超大规模集成电路器件替代机械零部件，电子器件没有磨损，无须维护，智能化程度高，且可以编程，其电子式限位保护功能和电子式过力矩保护功能取代了机械式限位开关和机械式力矩开关，这样省去了调试过程中费时的限位开关和力矩开关调整工作。

　　SIPOS 5 Flash PROFITRON变频智能型执行机既可接受控制系统来的开、关、停和紧急4个开关量信号，也可以接受控制系统来的4～位置给定信号，也可以输出1路4～位置反馈信号和8个开关量的状态反馈信号，通过液晶显示屏，可以人机对话的方式进行参数设置，监控执行机构状态，进行故障自诊断。

　　1 变频器（VSD）

　　内置一体化变频智能控制单元，远远优于电机加减速齿轮的设计方案，简化了机械结构，满足了执行机构控制阀门以精确的速度运行的过程要求，在不改变其内部机械结构的情况下，输出轴转速可在1：8的范围内自行设定。

　　1.1 整流限流和滤波

　　经过整流后的电压首先经过直流母线上的大电容器CZK进行滤波，串联在回路中的限流电阻RV确保主回路电压在接通瞬间的跳跃变化不会立即传递给滤波电容器，在主回路电压接通并进入正常工作状态后，限流电阻由一继电器短路。

　　图1 整流限流和滤波

　　1.2脉冲宽度调制

　　直流母线上的直流电压被变换成频率和电压都可调的三相交流电压，用来驱动三相交流电机，这一过程是通过位于电机接线端子处的高速电子开关来实现的，即绝缘栅双极晶闸管IGBT。

　　图2 脉冲宽度调制

　　1.3正弦波电压

　　高速电子开关不断地将电机的每相绕组接至直流母线的正极和负极，通过精确控制持续接通时间和电压的极性，产生所需要的用于驱动电机的正弦波电压。

　　图3 正弦波电压

　　1.4开关频率

　　为了连续精确控制给三相电机绕组供电的极性切换和持续时间，6个IGBT中每一个的开关频率都达16000次/秒，因而必须采用高速微处理器和专用集成电路，电机供电电流是通过传统方式测量的，在直流母线的负极中串入分流器。

　　图4 IGBT

　　2 控制单元

　　微处理器（CPU）完成所有的控制功能，包括监控变频器和电机温度，通过塑导电位器检测执行机构的位置，调整力矩，接收控制系统来的控制信号，向控制系统连续反馈自身状态；开关电源给内部控制单元提供24V DC电源，并向外输出24V DC，给开关量输入信号提供开、关、停电源，内部控制单元可选外供24V DC电源，此时，即使切断单相或三相交流电源，控制单元仍可与控制系统保持通讯。

　　图5 一体化变频智能型控制单元

　　执行机构的数据存储于EEPROM永久性存储器中，射频干扰过滤器将变频器可能造成的对电源的干扰以及可能会出现的电源对变频器的干扰进行双向隔离，数据的保存无需另配电池。

　　通过开、关和停3个按钮就地操作执行机构，结合液晶显示屏，以人机对话的菜单方式进行参数设置和调试，液晶显示屏显示执行机构的工作状态和故障信息，并进行故障自诊断。

　　3 控制模式

　　执行机构自动以最低的速度启动、离开或达到2个极限位置，确保在以最大力矩启动或关紧阀门的同时，避免因惯性对阀门造成的冲撞，输出力矩不会超过设定的关断力矩。

　　图6 输出轴转速自调整

　　在离开或接近极限位置时，通过内置的变频器自动调整电机供电的频率和电压，从而降低电机转速，以最低转速离开或到达极限位置，如图6所示，转速可调范围5～40rpm，开速度设定为14rpm，关速度设定为28rpm，在给定的速度范围内，有7档不同的速度可供选择。

　　死区随控制信号质量和位发信号质量自适应调整，如图7所示，确保以最小的启停频率实现最高的控制精度，从而实现控制过程最优化，并因启停次数的减少而减少阀门的磨损。

　　图7 死区自适应调整

　　位置控制器连续检测并比较控制信号与位发信号，偏差大于死区，微处理器控制执行机构向缩小偏差的方向动作。

　　4 主菜单切换

　　主菜单包括语言设定（Language setting）、调试子菜单（Commissioning）、观察子菜单（Observing）和诊断子菜单（DIAGNOSIS），其中，调试子菜单（Commissioning）中的参数只有在locPar模式下，并且输入4个PIN代码后才能改变，按键↑和↓用来在菜单和参数间进行切换，按ENTER键后进入该菜单，按动local/remote键退出，用ENTER键修改的参数被保存，具体步骤如下：

　　按local/remote键，显示“locPar ready”，按↓键显示“Sprache/langhttps://www.iianews.com/ca/idioma/lingua↑↓E”，再按ENTER键进入语言设定；再按↓键显示“commissioning↑↓E”，按ENTER键进入调试环境；再按↓键显示“observing↑↓E”，按ENTER键进入观察环境；再按↓键显示“diagnosis↑↓E”，按ENTER键进入诊断环境；再按↓键显示“←return to menu↑↓E”，按ENTER键退出主菜单。

　　5 参数设置

　　一般参数设置包括显示语言选择，共有5种语言可供选择，一般选择英语，电子式抗冷凝电机腔加热器，设置为有效，20为数码，用于标识执行机构ID，通常不用。

　　与阀门有关的参数如表1，与控制系统有关的参数如表2。

　　表1

　　序号 显示 意义

　　1 Closing speed 开方向速度、关方向速度和紧急状况下的速度，可分别设定。

　　2 Cut-off mode cl 开方向和关方向的关断模式，可选择过力矩关断或超限位关断。

　　3 开方向和关方向的关断力矩

　　4 全开和全关两个极限位置的调整过程

　　5 graph 记录阀门力矩曲线的过程

　　6 cl 全开和全关两个极限位置的范围调整

　　7 Close tightly 关紧，指在极限位置范围内，即使控制信号已经事先终止，执行机构仍然继续动作，直到极限位置的最终点。

　　8 Maintenance per 用于设定维护间隔，现场未用。

　　表2

　　序号 显示 意义

　　1 Setpoint input 4～位发信号，调整内置控制器的上升或下降频率。

　　2 Binary inputs 设定开、关和停控制信号的有效模式，低电平有效或高电平有效。

　　3 Remote control 选择遥控状态下的控制模式

　　4 Open . 控制信号断路时执行机构的反应模式，到达紧急位置或保持断信号前的位置。

　　5 Emergency pos. 紧急位置可设定为全行程中的任意位置

　　6 Travel 编程设定全行程中的任意两个位置，到达这两个位置时，执行机构向控制系统给出两个开关量反馈信号。

　　7 Readback output 4～位发信号，上升或下降。

　　8 Binary output 1 8个开关量输出信号通过编程赋值，低电平有效或高电平有效。

　　9 PROFIBUS address PROFIBUS总线地址设置

　　10 Enable PosCntr 4位密码

　　11 Speed local 速度随行程自适应调整功能

　　6 初次调试步骤

　　西门子执行机构安装就位后，其接线为1）指令接在X3.2 14（+），15（-），18端子为接地线，2）反馈接在X3.1 1（+），2（-）端子，3）电源接在X1 L1、 L2、 L3端子上，为380VAC。

　　6.1 调试准备

　　将执行机构切就地运行，行程调整之前，阀门挡板处于中间位置，摘掉信号齿轮单元外罩，手动调整中心轮在适当位置。

　　6.2 确定旋转方向

　　确定执行机构运行时的旋转方向，同时确定中心轮的旋转方向和末端位置时中心轮所处的位置，先调整好末端位置，再调信号齿轮单元的设定比率。

　　6.3 末端调整

　　由主菜单进入commissioning→PIN密码→→ENTER。

　　1）start with pos，选择首先要设定的末端位置，move to ，按↑↓键，运行到需要的位置，按stop停止，按ENTER确认该末端位置。

　　2）adjust of poti，调整电位器，抓住中心轮上部不动，手动旋转中心轮，慢慢朝显示值减小的方向转动，直至显示的数值为0，按ENTER确认。

　　3）move to ，按↑↓键，运行到另一个需要的位置，按ENTER确认。

　　4） ratio ＆ adjustment OK，比率设定合适，位置设定正确，按ENTER→“↓”→“local/remote”键退出调试。

　　结束语

　　西门子执行器安装调试需注意的几个参数包括1）挡板关闭时执行器的旋转方向CLOSE DIRECTION，2）末端位置的关断模式CUT-OFF MODE，3）信号齿轮单元的比率，4）模拟量给定值输入信号的类型SETPOINT INPUT，5）远端控制类型REMOTE CONTROL，6）开路特性OPEN CIRC BEH。

　　参考文献

　　［1］SIPOS 5 Flash电动执行机构［M］.德国.西门子公司.2000.

　　［2］SIPOS 5 Flash PROFITRON 专业型电动执行机构［Z］. 北京：德国西博思电动执行机构有限公司北京代表处，2005.

　　［3］新一代SIPOS 5 Flash PROFITRON 系列变频智能型电动执行机构［Z］.北京：德国西博思电动执行机构有限公司北京代表处，2004.

　　作者简介：侯典来(1963-)，男，山东梁山人，汉族，1985年毕业于山东工业大学，工学学士学位，高级工程师，中国仪器仪表学会、山东电机工程学会会员，长期从事火电厂基建安装调试和生产检修工作。E-mail:hdlacc@.

　　SIPOS 5 Flash PROFITRON frequency conversion intelligence actuator application

　　HOU Dian-lai

　　Department of I＆C, China Guodian Corporation Heze Power Plant, Shandong 274032, China

　　Abstract: This article introduces SIPOS 5 Flash PROFITRON frequency conversion intelligence actuator structure principle, Including the integrated frequency conversion intelligence control unit, the signal generating device, local operator board, signal holding wire and the power line termination, the control mode, the parameter set, the main menu switch, after the installment primary debugging step.

　　Key words: actuator, SIPOS 5 Flash PROFITRON, frequency conversion intelligence