CN109595377A - 一种远距离分体电动执行机构调节控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种远距离分体电动执行机构调节控制方法，本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种远距离分体电动执行机构调节控制方法。提供了一种方便快捷、准确可靠、精度高的远距离分体动执行机构调节控制方法。本发明通过电位器采集4‑20mA电流信号，通过PLC将电流信号转换为数字反馈信号，通过比较采集的反馈信号和给定信号，确定电动执行机构的开关运行方向，通过设定死区范围初始值x(0)和死区范围因子m，确定死区的范围，从而达到最优调节控制的目的，该算法保证了电动执行机构的调节精度，同时最大可能减少开关振荡的次数，利于核级阀门设备的控制和维护，增加了阀门运行的时间。

Description

一种远距离分体电动执行机构调节控制方法
技术领域
本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种远距离分体电动执行机构调节控制方法。
背景技术
在一些环境严苛的工业控制领域，比如：高辐照、高温等场合，设备内部零部件忌用塑料件、电子元器件等部件，而设备的自动运行必须依靠精确的控制，分体控制是解决严苛环境下设备控制的手段之一。简单的开关分体控制实现比较简单，但是远距离调节控制由于需要考虑4-20mA线损、干扰等问题，实现精确控制比较困难。另外，如果调节控制的死区范围区间没有合理的选择，可能导致电动执行机构频繁振荡而损坏阀门等设备。
发明内容
本发明针对以上问题，提供了一种方便快捷、准确可靠、精度高的远距离分体动执行机构调节控制方法。
本发明的技术方案是：包括以下步骤：
步骤1)、获取电动执行机构阀位反馈数据：
将电位器安装在电动执行机构的行程部件上，通过控制柜供24V直流电给电位器，电动执行机构运行时，由行程部件带动电位器，同时，结合开度调节模块的阻值，标定得到0％～100％的阀门位置对应4-20mA电流信号，将电流采集到模拟量输入模块中，模拟量输入模块将4-20mA电流信号转换为0-27648的数字量信号PIW0并存储在中央控制器中；
PIW0为电动执行机构实际阀位反馈值；
步骤2)、判断阀位反馈数据和给定数据：
假定给定数据为PQW0，控制柜需要调节控制时，需要将阀位反馈数据PIW0与给定数据PQW0对比；当PQW0＞PIW0+x(t)时，控制电动执行机构开向运行；当PQW0＜PIW0-x(t)时，控制电动执行机构关向运行；当PIW0-x(t)＜PQW0＜PIW0+x(t)时，电动执行机构停止运行，保持原位；
x(t)为电动执行机构调节控制死区；PQW0为控制器给定的阀位；
步骤3)、死区范围x(t)的确定：
首先设定一个死区范围的初始值x(0)，电动执行机构每次开关运行振荡时，电动执行机构的死区范围x(t)更新为x(t+1)，每次振荡死区增加的范围因子为m，电动执行机构开关振荡的总次数y，最终x(t)＝x(0)+m×y；
步骤4)死区范围拟合：
通过改变死区范围的初始值x(0)和死区范围因子m，可以得到多个x(t)点的值，由y和x(t)可以组成多个直线方程：
x＝x0+m0×y1
x＝x1+m1×y2
……
x＝xn+mn×yn
直线的交点(x,y)中x的值即为死区范围，拟合多条直线的交点，即可得到最优的死区范围值；
交点拟合采用中位值平均滤波法，连续采集n个数据，去掉最大值和最小值，然后计算n-2个数据的算术平均值,假设x1为最大值，xn为最小值，
步骤5)、完毕。
所述电位器的输出信号为电阻信号，范围为0-1000Ω，供电电压为24VDC，所述开度调节模块为4个可变电阻组成的分流电路模块，所述模拟量输入模块为西门子AI 4xU/I/RTD/TC ST模块，所述中央控制器为西门子CPU1513-1PN。
所述范围因子m为每次死区范围调整的步进量，m设定为：
本发明通过电位器采集4-20mA电流信号，通过PLC将电流信号转换为数字反馈信号，通过比较采集的反馈信号和给定信号，确定电动执行机构的开关运行方向，通过设定死区范围初始值x(0)和死区范围因子m，确定死区的范围，从而达到最优调节控制的目的，该算法保证了电动执行机构的调节精度，同时最大可能减少开关振荡的次数，利于核级阀门设备的控制和维护，增加了阀门运行的时间。
附图说明
图1是本发明中调节控制算法流程图，图中PIW0为阀位反馈数据，PQW0为给定阀位数据，x(0)为初始死区范围，t为本次程序循环，x(t)为本循环死区范围，x(t+1)为下一循环死区范围，y为振荡次数，m为死区范围因子。
具体实施方式
本发明如图1所示，包括以下步骤：
步骤1)、获取电动执行机构阀位反馈数据：
将电位器安装在电动执行机构的行程部件上，通过控制柜供24V直流电给电位器，电动执行机构运行时，由行程部件带动电位器，同时，结合开度调节模块的阻值，标定得到0％～100％的阀门位置对应4-20mA电流信号，将电流采集到模拟量输入模块中，模拟量输入模块将4-20mA电流信号转换为0-27648的数字量信号PIW0并存储在中央控制器中；
PIW0为电动执行机构实际阀位反馈值；
步骤2)、判断阀位反馈数据和给定数据：
假定给定数据为PQW0，控制柜需要调节控制时，需要将阀位反馈数据PIW0与给定数据PQW0对比；当(PQW0>PIW0+x(t))时，控制电动执行机构开向动作；当(PQW0<PIW0-x(t))时，控制电动执行机构关向动作；当PIW0-x(t)＜PQW0＜PIW0+x(t)时，电动执行机构停止运行，保持原位；
所述x(t)为电动执行机构调节控制死区；所述PQW0为控制器给定的阀位；
步骤3)、死区范围x(t)的确定：
死区如果过大，电动执行机构调节精度低，如果死区定义过小，电动执行机构由于运行惯性，会发生持续振荡，损坏设备，所以，首先设定一个死区范围的初始值x(0)，电动执行机构每次开关运行振荡时，电动执行机构的死区范围x(t)更新为x(t+1)，每次振荡死区增加的范围因子为m，电动执行机构开关振荡的总次数y，最终x(t)＝x(0)+m×y。
步骤4)死区范围拟合：
通过改变死区范围的初始值x(0)和死区范围因子m，可以得到多个x(t)点的值，由y和x(t)可以组成多个直线方程：
x＝x0+m0×y
x＝x1+m1×y
……
x＝xn+mn×y
直线的交点(x,y)中x的值即为死区范围，拟合多条直线的交点，即可得到最优的死区范围值；
交点拟合采用中位值平均滤波法，连续采集n个数据，去掉最大值和最小值，然后计算n-2个数据的算术平均值,假设x1为最大值，xn为最小值，
步骤5)、完毕。
所述电位器的输出信号为电阻信号，范围为0-1000Ω，供电电压为24VDC，所述开度调节模块为4个可变电阻组成的分流电路模块，所述模拟量输入模块为西门子AI 4xU/I/RTD/TC ST模块，所述中央控制器为西门子CPU1513-1PN。
所述范围因子m为每次死区范围调整的步进量，m设定为：
如图1所示，本发明在获取阀位反馈值和阀位给定值后，首先对两个数值进行判断，根据判断的结果，控制电动执行机构的运行方向，在运行过程中，时刻采集阀位反馈值并和阀位给定值进行对比，当阀位反馈值进入该PIW0-X(t)<PQW0<PIW0+X(t)区间时，电动执行机构发出停止命令，但是电动执行机构由于惯性，完全停止的位置可能超出了该区间范围，从而执行反方向运行动作，导致了振荡的产生。振荡的产生主要是由于X(t)死区区间设置过小，但是如果X(t)死区区间设置过大，可能导致控制精度变差。因此，合理选择X(t)死区区间是本发明的关键。
每一次电动执行机构发生振荡，本发明会增大一次死区范围因子m的值，直到无振荡为止，记录下每次死区范围初始值x(0)和死区范围因子m，即可得到死区范围x以及振荡次数y，多次采集死区范围后，去掉最大值和最小值，其他值取平均，最终得到最优的死区范围值。
本发明的有益效果在于：首先，对于特殊应用场合的电动执行机构，比如核电站、高温等无法在现场安装电控组件且需要调节控制的应用场合，采用本方法可以达到精确调节控制的目的；其次，通过确定死区的范围，减少了电动执行机构振荡的次数，保护了阀门及管道设备；再次，死区范围因子的确定，提高了自动调节控制的时间，实现快速调节的目的。
本发明中的电动执行机构远程调节控制方法，主要是为了解决电动执行机构在核电站、高温等无法在现场安装电控组件且需要调节控制的应用场合分体精确控制问题。
最后，电动执行机构远程调节控制系统通过采集振荡次数，阀位反馈数据等，给出了一套死区范围的计算算法。

Claims (3)

1.一种远距离分体电动执行机构调节控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)、获取电动执行机构阀位反馈数据：
将电位器安装在电动执行机构的行程部件上，通过控制柜供24V直流电给电位器，电动执行机构运行时，由行程部件带动电位器，同时，结合开度调节模块的阻值，标定得到0％～100％的阀门位置对应4-20mA电流信号，将电流采集到模拟量输入模块中，模拟量输入模块将4-20mA电流信号转换为0-27648的数字量信号PIW0并存储在中央控制器中；
PIW0为电动执行机构实际阀位反馈值；
步骤2)、判断阀位反馈数据和给定数据：
假定给定数据为PQW0，控制柜需要调节控制时，需要将阀位反馈数据PIW0与给定数据PQW0对比；当PQW0＞PIW0+x(t)时，控制电动执行机构开向运行；当PQW0＜PIW0-x(t)时，控制电动执行机构关向运行；当PIW0-x(t)＜PQW0＜PIW0+x(t)时，电动执行机构停止运行，保持原位；
x(t)为电动执行机构调节控制死区；PQW0为控制器给定的阀位；
步骤3)、死区范围x(t)的确定：
首先设定一个死区范围的初始值x(0)，电动执行机构每次开关运行振荡时，电动执行机构的死区范围x(t)更新为x(t+1)，每次振荡死区增加的范围因子为m，电动执行机构开关振荡的总次数y，最终x(t)＝x(0)+m×y；
步骤4)死区范围拟合：
通过改变死区范围的初始值x(0)和死区范围因子m，可以得到多个x(t)点的值，由y和x(t)可以组成多个直线方程：
x＝x0+m0×y1
x＝x1+m1×y2
……
x＝xn+mn×yn
直线的交点(x,y)中x的值即为死区范围，拟合多条直线的交点，即可得到最优的死区范围值；
交点拟合采用中位值平均滤波法，连续采集n个数据，去掉最大值和最小值，然后计算n-2个数据的算术平均值,假设x1为最大值，xn为最小值，
步骤5)、完毕。
2.根据权利要求1所述的一种远距离分体电动执行机构调节控制方法，其特征在于，所述电位器的输出信号为电阻信号，范围为0-1000Ω，供电电压为24VDC，所述开度调节模块为4个可变电阻组成的分流电路模块，所述模拟量输入模块为西门子AI 4xU/I/RTD/TC ST模块，所述中央控制器为西门子CPU1513-1PN。
3.根据权利要求1所述的一种远距离分体电动执行机构调节控制方法，其特征在于，所述范围因子m为每次死区范围调整的步进量，m设定为：
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