工业锅炉用 智能气动阀门定位控制器的研究

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1、2010年1月机床与液压Jan．2010第38卷第2期MACHINETO0L&HYDRAULICSVo1．38No．2DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2010．02．030工业锅炉用智能气动阀门定位控制器的研究王素凤，高欣(河北科技大学唐山分院机电系，河北唐山063020)摘要：根据工业锅炉的实际情况，选择开关阀作为阀门定位器的控制元件，并选择基于PID的PWM作为系统的控制策略。介绍了阀门空位系统的构成，通过对控制器软硬件的设计，开发了智能气动阀门定位器专用控制器，通过实验验证了该系统的定位精度、鲁棒性以及稳定性，结果表明该控制器完全达到设计

2、要求。关键词：开关阀；PWM；定位精度；单片机中图分类号：TP241．1文献标识码：A文章编号：1001—3881(2010)2—080—3ResearchontheIntelligentPneumaticValvePositionControlSystemforIndustrialBoilerWANGSufeng，GA0Xin(HebeiUniversityofScienceandTechnologyTangshanBranch，TangshanHebei063020，China)Abstract：Basedontheactualsituationofindustri

3、alboilers．s~tchvalvewasselectedascontrolcomponentsofvalvepositioncontroller，andPWMbasedonPIDcontrolwasselectedtocontrolthesystemofindustrialboilers．Themodelofswitchvalvewasse—lected．Anintelligentpneumaticvalvepositioncontrollerwasdeveloped，itshardwareandsoftwarewasdesigned．Theexperimenta

4、lresultsshowthatthissystemhashighpositioningaccuracy，goodrobustnessandstability．Itfullymeetsthedesignrequirements．Keywords：Switchvalve；PWM；Positionprecision；MCU0引言向系统输入位置指令；外部数字指令接受外部非程序工业锅炉是我国重要的热能动力设备，年耗煤量性指令，主要起保护系统的作用；控制器主要实现控占全国原煤产量的1／3。但大多数工业锅炉仍处于能制策略；4～20mA阀位信号通信接口用于将阀口的耗高、浪费大、环境污

5、染严重等生产状态，需要进行位置信号上传至远程控制中心。技术改造。作者所研究的智能气动阀门定位器为锅炉改造及相似应用提供了支持。主要研究内容为：使用开关阀控制气缸，采取适当的控制策略，以较低的成本，构造了具有一定控制精度、能够适应较为恶劣的外部环境并具有很好鲁棒性的阀门定位器，为工业锅炉的节能改造及类似应用提供硬件支持。1系统构成及特点1．1系统构成系统构成如图1所示。气缸用于驱动阀门插板，4个高速开关阀控制气缸。控制器根据安装在气缸上的位移传感器控制气缸活塞杆的位移，从而达到控制阀门开度的目的。图1阀门定位系统的构成在图1中，位移传感器用于测量气缸的位移；气1．2开关阀

6、式气动位置系统特点缸控制阀门开度；开关阀驱动电路用于控制开关阀；(1)开关阀动作速度快、结构简单，所以开关变送器用于将传感器采集到的微弱的信号放大，以便阀式气动伺服系统具有频响较高、抗干扰能力强、结转送或启动控制元件，或将传感器输入的非电量转换构简单、成本低廉和对环境要求不高等优点。成电信号同时放大以便供远方测量和控制的信号源，(2)由于阀处于全开或全关状态，过流面积大，根据需要还可将模拟量变换为数字量；位置指令用于收稿日期：2009—01—04作者简介：王素凤，硕士研究生，从事自动化和机电方面的教学和科学研究。电话：15133992298，E—mail：spaceba

7、r．2008@163．com。第2期王素风等：工业锅炉用智能气动阀门定位控制器的研究·81·减少了污染物堵塞的可能性，可靠性高，消除多种非线性因素如干摩擦等的影响。(3)阀的加工精度低，成本低。(4)由于开关阀始终工作在开或者关的状态，存在着一定的开关死区，所以容易在平衡点附近产生极限环振荡。从上面的叙述可以看出，开关阀具有结构简单、价格便宜、抗污染能力强、容易维护等优点，虽然阀的开关动作产生流量脉动会影响系统的精度、阀的开关切换特性会形成零位死区，但其本身所具有的特点再加上控制策略的弥补，应用仍较广泛。2系统控制器的设计2．1控制器的硬