东汽伺服卡使用手册

版本号：B

东方汽轮机厂

电液伺服阀控制器说明书

编号：M902-007000BSM

第全册

2003年12 月

编号：M902-007000BSM 编制:

校对:

审核:

会签:

审定:

批准:

修改记录表

目录

序号章一节名称页数备注

1 1 前言 1

2 2 硬件简介 1

3 3 功能简介 2

4 4 使用说明9

5 5 故障指示 2

6 6 性能和参数 1

7 7 使用注意说明 1

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16位单片机80C196芯片和高性能的可编程逻辑阵列CPLD构成控制核心，同时采用了16位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飞利浦的I2C串行总线技术，在校验过程中将LVDT的全关值和全开值存入E2PROM中，从而实现带电插拔。

伺服卡的工作原理是通过采集LVDT的测量值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。

编制：校对：审核：标审：录入员：

1－1

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

伺服卡采用的是四层印制板布线工艺，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。

2.1.1 CPU采用INTEL先进的16位单片机80C196，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Xilinx公司的可编程逻辑阵列XC95108作为单片机的接口部件。该

芯片可以将众多的硬逻辑功能用软件实现，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 采用飞利浦的I2C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E2PROM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 伺服卡由主卡和插接在其上的数模卡构成。主卡上包括CPU、可编程逻辑

阵列、电源、输入和输出回路等；数模卡主要包含D/A、A/D等构成模拟

量回路。

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。

3 功能简介

3.1 工作原理

伺服卡是通过采集LVDT的反馈值，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 初始化

通过对拨码开关进行特定的拨码，可以对存储在E2PROM中的数据进行初始化预置。

3.2.2 校验

该卡提供了校验功能，可以自动输出关门信号和开门信号使阀门运动，从而纪录下校验所得LVDT全关值和全开值，并将其存储到串行存储芯片E2PROM中，永久保存。

3.2.3 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。

3.2.4 手动

该卡提供了手动功能，在手动情况下，可以对阀门进行手动增、减操作。

3.3 双路LVDT切换

伺服卡双路LVDT的切换原则是当给定值和LVDT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：SCALER

SCALER

I ERR POS KI ERR POS KP OUT PID _/)_*()_(*_∑+=

其中,积分限制输出限幅为:

∑+<<-SCALER I V ERR POS KI SCALER I V _*)5(_*_*)5(

调节输出限幅为:

mA OUT PID mA 40_40+<<-

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)<4mA THEN

VSET=VSET-0.5mA ELSE

VSET=VSET

IF (VSET+0.5mA)<20mA THEN

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。