基于SY532C 伺服卡的指令步長(zhǎng)設(shè)計(jì)

袁吉?jiǎng)?，王娜娜，段緒偉

（上海船舶設(shè)備研究所，上海 200031）

0 引言

該輔機(jī)調(diào)速系統(tǒng)包含NT6000 V5自主可控全國(guó)產(chǎn)智能分散控制系統(tǒng)、SC8000自主可控中大型可編程邏輯控制器、EHA-SY自主可控緊湊型數(shù)智電液執(zhí)行器。為了實(shí)現(xiàn)三位一體的聯(lián)合控制信號(hào)交換方式，達(dá)到轉(zhuǎn)速調(diào)整的要求為精準(zhǔn)、快速、便捷高效目的，設(shè)計(jì)了閥位閉環(huán)控制伺服裝置SY532C單通道伺服卡見(jiàn)圖1。SY532C單通道伺服卡具備固定步長(zhǎng)增減閥位指令輸出功能，從而滿足了便捷快速通過(guò)機(jī)旁控制箱調(diào)整轉(zhuǎn)速的要求。

圖1 SY532C 單通道伺服卡外形圖

本文將從如下幾點(diǎn)探討基于SY532C單通道伺服卡在輔機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的指令步長(zhǎng)設(shè)計(jì)方案：

1）伺服卡工作原理以及應(yīng)用需求。

2）增減指令步長(zhǎng)設(shè)計(jì)方案制定。

3）配機(jī)試驗(yàn)。

1 伺服卡工作原理以及應(yīng)用需求

1.1 伺服卡工作原理

當(dāng)機(jī)組具備開(kāi)機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，汽機(jī)調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)啟后調(diào)速汽門主要是在伺服卡接受到DEH指令后，通過(guò)伺服卡直接控制汽輪機(jī)調(diào)速汽門的油動(dòng)機(jī)，油動(dòng)機(jī)動(dòng)作后帶動(dòng)調(diào)速汽門同步同向動(dòng)作。調(diào)速汽門運(yùn)行 后通過(guò)安裝在油動(dòng)機(jī)上的位移傳感器反饋到伺服卡輸入端，直至位移傳感器反饋與DEH指令偏差為零時(shí)，汽機(jī)調(diào)速汽門的油動(dòng)機(jī)才穩(wěn)定下來(lái)。DEH指令通過(guò)伺服卡控制汽機(jī)調(diào)速汽門的工作原理示意圖，見(jiàn)圖2[1]。

圖2 汽機(jī)調(diào)速汽門的工作原理示意圖

1.2 應(yīng)用需求

傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)雖然具有功率重量比大的優(yōu)點(diǎn)，但大多數(shù)液壓系統(tǒng)在工作中使用節(jié)流調(diào)速，易造成能量損失大、效率低的缺點(diǎn), 因而極大地限制了傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的應(yīng)用和普及。伺服直驅(qū)式電液執(zhí)行器是一種新型的液壓傳動(dòng)裝置，其直接用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)定量液壓泵，通過(guò)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速, 而達(dá)到改變定量液壓泵的輸出流量, 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓缸的速度或位置的控制。這種新型的電液執(zhí)行器本質(zhì)上屬容積調(diào)速，克服了節(jié)流型傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)的缺陷，具有節(jié)能、抗污染能力強(qiáng)、緊湊和安裝連接簡(jiǎn)便等顯著特點(diǎn)[2]。此輔機(jī)調(diào)速系統(tǒng)需要通過(guò)伺服卡搭配電液執(zhí)行器進(jìn)行應(yīng)用，從而滿足了便捷快速通過(guò)機(jī)旁控制箱調(diào)整轉(zhuǎn)速的要求。

2 增減指令步長(zhǎng)設(shè)計(jì)方案制定

2.1 前期方案

借鑒同類型輔機(jī)控制系統(tǒng)，控制方式基于機(jī)旁箱控制衍生出機(jī)旁手動(dòng)和自動(dòng)等模式，通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)旁控制箱上面的增、減旋鈕調(diào)節(jié)閥位，達(dá)到調(diào)整轉(zhuǎn)速的目的，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組所需要的快速增減轉(zhuǎn)速的調(diào)整方式，所以將SY532C的出廠增減閥位設(shè)置在0.5%，且為了保證調(diào)試和運(yùn)行時(shí)的安全，設(shè)為默認(rèn)值且不可更改

2.2 不可更改步長(zhǎng)的影響

此次輔機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，均采用SY532C伺服控制裝置搭配S5J伺服驅(qū)動(dòng)器作為蒸汽調(diào)節(jié)閥控制，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際啟動(dòng)過(guò)程中，在額定蒸汽參數(shù)條件下，沖轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速閥門調(diào)閥開(kāi)度為(13±1)%，由于SY532C伺服控制裝置的手動(dòng)增減步長(zhǎng)為0.5%，所以額定轉(zhuǎn)速6 000 r/min的機(jī)組，手動(dòng)擰增減旋鈕轉(zhuǎn)速變動(dòng)約為30 r/min，達(dá)不到調(diào)速過(guò)程中對(duì)汽機(jī)轉(zhuǎn)速的精準(zhǔn)控制，所以就現(xiàn)場(chǎng)條件，和根據(jù)其他現(xiàn)場(chǎng)的同類型需求，決定就增減指令步長(zhǎng)對(duì)SY532C伺服控制裝置進(jìn)行改進(jìn)，滿足可以在參數(shù)設(shè)置界面直接對(duì)增減指令步長(zhǎng)進(jìn)行修改的這一要求。

3 整改后測(cè)試和實(shí)際應(yīng)用效果

在與項(xiàng)目組進(jìn)行討論后，項(xiàng)目組肯定了增減指令步長(zhǎng)可以在參數(shù)設(shè)置界面進(jìn)行在線修改的可行性，并著手對(duì)SY532C單通道伺服控制裝置進(jìn)行改造。SY532C伺服控制裝置內(nèi)部接手動(dòng)增、減指令信號(hào)后，內(nèi)部閥位目標(biāo)值隨指令信號(hào)，通過(guò)內(nèi)部計(jì)算進(jìn)行閥位閉環(huán)控制，通過(guò)PID進(jìn)行進(jìn)行閥位控制，改制過(guò)程中對(duì)步長(zhǎng)改進(jìn)之后，硬件測(cè)試后所有功能都正常且滿足要求，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)參數(shù)設(shè)置中步長(zhǎng)的改動(dòng)，可以完全實(shí)現(xiàn)步長(zhǎng)跨度滿足在線調(diào)節(jié)，而且設(shè)置范圍滿足現(xiàn)場(chǎng)用戶操作的需求，通過(guò)增減指令拉閥過(guò)程中執(zhí)行器動(dòng)作相應(yīng)時(shí)間，動(dòng)作精度達(dá)到可以客戶要求，設(shè)置方式為高級(jí)設(shè)置-步長(zhǎng)設(shè)置，見(jiàn)圖3[3]。

圖3 步長(zhǎng)操作設(shè)置示意圖

對(duì)于汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)指令步長(zhǎng)的設(shè)置范圍，綜合了目前常規(guī)機(jī)組和裝配現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求，對(duì)設(shè)置范圍的上下限做了綜合的分析[4-5]：

1）指令步長(zhǎng)下限。由于現(xiàn)有的廣泛應(yīng)用的調(diào)速控制系統(tǒng)采用的一般為油動(dòng)機(jī)或者電液執(zhí)行器，控制精度目前最高的為0.1%，且由于現(xiàn)場(chǎng)搭配工作的電液執(zhí)行器SY-DY020控制精度也為0.1%，所以將指令步長(zhǎng)下限設(shè)置為0.1%。

2）指令步長(zhǎng)上限。常規(guī)汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)閥位控制的速率上限一般根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)門實(shí)際流量曲線來(lái)，不超過(guò)10%/S，過(guò)快的閥位指令速率會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速加速度過(guò)大，不利于機(jī)組的穩(wěn)定安全運(yùn)行，對(duì)于此次輔機(jī)調(diào)速系統(tǒng)科研樣機(jī)，由于特殊工況需求，需要達(dá)到快速增減轉(zhuǎn)速的需求，在最高速率為1 500 r/s的工況要求情況下，按照最高額定轉(zhuǎn)速11 000 r/min，最慢每秒鐘觸發(fā)一次增減指令的前提下，將步長(zhǎng)范圍上限設(shè)置為5%。根據(jù)調(diào)速系統(tǒng)需要和現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，將步長(zhǎng)指令設(shè)置范圍定為0.1%～5%。

4 結(jié)論

在需求日益增加的核心技術(shù)國(guó)產(chǎn)化的道路上，由國(guó)產(chǎn)品牌制造研發(fā)的國(guó)產(chǎn)化電液執(zhí)行器和伺服控制裝置的控制要求和控制策略需要比肩甚至趕超其他國(guó)外老字號(hào)品牌，如德國(guó)法奧克、英國(guó)Rotork和美國(guó)Koso等，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、交流研討、案例分析，不斷對(duì)控制要求進(jìn)行改善，為國(guó)產(chǎn)伺服卡件步長(zhǎng)實(shí)際使用奠定了理論基礎(chǔ)。