伺服卡.docx

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伺服卡

东方汽轮机有限公司

DONGFANGTURBINECo.,Ltd.

伺服模件使用说明书

编号

KM902-002000ASM

版本号

E

2008年4月

编号KM902-002000ASM

编制

校对

审核

会签

审定

批准

序号章一节名称页数备注

10-1前言1

20-2硬件简介1

30-3功能简介2

40-4使用说明9

50-5故障指示2

60-6性能和参数1

70-7使用注意说明1

换版记录

版本号

日期

换版说明

C

2003年12月

首次发布

D

2008年2月

辽阳50-t项目4-20mA反馈信号伺服模件专用设计

E

2008年4月

CPU更换为INFINEONXC164CS-F20F，贴片化

0—1前言

DEA伺服卡是为全电调控制系统DEH配套而专门设计的。

该卡采用了高性能RISC构架16位单片机InfineonXC164CS-F20F芯片和高性能的可编程逻辑阵列CPLD（ALTERAEPM7128STC100-10）构成控制核心，同时采用了16位并行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SPI串行总线技术，在校验过程中将LVDT的全关值和全开值存入FRAM中，从而实现带电插拔。

伺服卡的工作原理是通过采集4-20毫安的反馈信号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。

0—2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

伺服卡采用的是六层印制板布线工艺，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采用先进的Infineon16位RISC构架单片机XC164CS-F20F，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ALTERA公司的可编程逻辑阵列EPM7128STC100-10作为单片机的接口部件。

该芯片可将硬逻辑门电路用软件实现，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SPI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FRAM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伺服卡由只采用了一块六层板的主卡。

其中，大部分元器件采用了贴片元件，集成度较高。

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。

0—3功能简介

3.1工作原理

伺服卡是通过采集LVDT的位移反馈值，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校验

该卡保留了校验功能，可以自动输出关门信号和开门信号使阀门运动，但是不再将校验所得的值记录到存储器中。

3.2.2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。

3.2.3手动

该卡提供了手动功能，手动功能与全开位和全关位的值无关。

在手动情况下，可以对阀门进行手动增、减操作使阀门运动到阀门的全开位和全关位，以便于电流变送器校正。

3.3双路LVDT切换

伺服卡双路LVDT的切换原则是当给定值和电流通道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接入时，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。

3.4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：

其中,积分限制输出限幅为:

调节输出限幅为:

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）<4mATHEN

VSET=VSET-0.5mA

ELSE

VSET=VSET

IF（VSET+0.5mA）<20mATHEN

VSET=VSET+0.5mA

ELSE

VSET=VSET

END

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。