關鍵詞：電動執(zhí)行器；數(shù)字信號；計算機控制
一、引言
調節(jié)閥又稱為調節(jié)機構，它和執(zhí)行機構一起構成執(zhí)行器，是過程控制系統(tǒng)中一個重要的組成部分。它依據(jù)來自調節(jié)儀表的控制信號而改變執(zhí)行機構輸出的角位移或直線位移，并通過調節(jié)機構改變被調介質的流量，保持生產過程滿足預定的要求。
按照能源形式的不同，執(zhí)行器分為電動執(zhí)行器、氣動執(zhí)行器和液動執(zhí)行器。其中，氣動和電動執(zhí)行器應用廣泛，且電動執(zhí)行器的使用比例亦越來越大。
在以電動執(zhí)行器作為最終執(zhí)行裝置的自動控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的方法是以調節(jié)儀表輸出的模擬信號去控制電動執(zhí)行器動作。在計算機控制系統(tǒng)中，人們也是將計算機輸出的數(shù)字信號經過數(shù)模轉換器（D／A）轉換成模擬信號后再去控制電動執(zhí)行器動作。實際上，不管是用普通繼電器來實現(xiàn)的有觸點開關信號還是用可控硅或固態(tài)繼電器來實現(xiàn)的無觸點開關信號，由調節(jié)儀表輸出的模擬信號加到伺服放大器進行比較放大后，最終加到執(zhí)行器電機上的仍然是開關信號（數(shù)字信號）。
能否去掉中間環(huán)節(jié)數(shù)模轉換器（D／A）和伺服放大器，而直接由計算機輸出的數(shù)字信號去控制電動執(zhí)行器動作呢？回答是肯定的。圖1是伺服放大器的工作原理圖。
當輸入端有0～10mA模擬信號輸入時，該信號與執(zhí)行器位置反饋信號進行比較，若輸入信號比位置反饋信號大就產生正偏差，信號經IC1放大器放大后使開關電路K1導通，J1動作接通電源，電動執(zhí)行器“正轉”。當電機驅動到某一位置，使位置反饋信號與輸入信號相等時，偏差為零，電機停止轉動。反之，如果輸入端信號小于位置反饋信號時就產生負偏差，信號經IC1放大后使開關電路K2導通，J2動作接通電源，電動執(zhí)行器“反轉”。
新方法是將位置反饋信號（一般是模擬信號如電阻或電壓）經由模數(shù)轉換器（A／D）轉換成數(shù)字信號后輸入到計算機，在計算機內與輸出信號（數(shù)字信號）直接比較，比較后輸出開關信號，經放大器（或中間繼電器
放大后推動電動執(zhí)行器動作。圖2為新方法示意框圖。
二、新方法的實現(xiàn)
筆者在國家“八五”攻關項目“木廢料能源木材聯(lián)合干燥技術”的木材干燥窯計算機控制系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）中采用了此新方法。系統(tǒng)共有ZAJ型角行程執(zhí)行機構9個（其中4個用來調節(jié)排濕口開度，2個用來調節(jié)空氣進氣口開度，2個用來調節(jié)煙氣進氣口開度，1個用來調節(jié)廢木料燃燒爐鼓風量）。采用新方法有3個問題必須解決：①如何輸出滿足執(zhí)行機構要求的數(shù)字信號（開關量）；②如何測量執(zhí)行機構位置信號；③如何控制合適的閥門開度（即執(zhí)行機構行程）。
1、問題一的解決
系統(tǒng)選用光隔離開關量輸出板（CS20），該輸出板是為采用PC／XT／AT標準的微機配套的接口板，適用于驅動繼電器、電磁閥等執(zhí)行器，接口具有最大200mA的驅動電流以及安全可靠的隔離功能。系統(tǒng)按輸出板設定的口地址在實時采樣子程序中定時向數(shù)據(jù)鎖存器送數(shù)據(jù)（端口開關值），控制光電耦合器的“導通”和“截止”，此信號經隔離后送入現(xiàn)場，控制執(zhí)行器的“開”與“關”。因執(zhí)行機構可逆電機運轉所需電流大于輸出板接口驅動電流，輸出板的輸出信號須經中間繼電器放大后再控制執(zhí)行機構，而且中間繼電器的采用也起到將現(xiàn)場與微機隔離的作用。
2、問題二的解決
電動執(zhí)行機構配置有位置反饋螺旋電位器，在與伺服放大器配合使用時，接受0～10mA或4～20mA直流信號，作為位置反饋信號與輸入信號相比較組成比例調節(jié)環(huán)節(jié)。而在新方法下，系統(tǒng)可采用兩種方法接受位置反饋信號。第1種是在位置反饋電位器上加一恒定電流使之對應位置信號0～100％產生0～5V電壓信號，然后經A／D模數(shù)轉換接口板（MS－0812B）與計算機相連；第2種方法是直接將位置反饋電位器的電阻信號接至熱電阻信號調理端子板（HY813），該端子板將電阻信號轉換成數(shù)字信號送至計算機。筆者采用第2種方法，因本系統(tǒng)溫度測量選用熱電阻，溫度測量點共有5個，而調理板（HY－813）可有16路測量輸入，尚余11路輸入通道，這樣可將9個執(zhí)行機構的位置反饋電阻信號直接聯(lián)至調理板。需注意的一點是：位置反饋電位器的電阻信號大小要對應相應熱電阻的溫度量程范圍，以保證調理板轉換正確。本系統(tǒng)中位置反饋電位器的電阻值為20～280Ω，對應調理板輸入通道量程應調整為－190～＋ 490℃。當然不同類型的執(zhí)行機構其位置反饋電位器的電阻值是不相同的，在使用時要注意。某些型號的執(zhí)行機構的位置反饋電位器的電阻值偏大，可采用并聯(lián)一個電阻或更換電位器的辦法來解決。采用并聯(lián)電阻的方法解決位置反饋電位器電阻值偏大的優(yōu)點是方便、容易，但電阻值的變化是非線性的，在程序設計時須加以考慮。
3、問題三的解決
該問題的解決主要是程序編制。筆者將執(zhí)行機構的位置測量、開關量輸出以及閥位給定計程序均安排在定時采樣子程序中，系統(tǒng)每隔1s采樣、輸出1次。
采樣包括閥位值、溫度值、濕度值等數(shù)據(jù)的采集。ε值是為防止執(zhí)行器動作頻繁甚至產生振蕩而設。由于電機動作的慣性以及測量滯后，閥位給定信號與測量信號之間總存在一定的差值，當差值信號小于ε值時，輸出停止信號，執(zhí)行機構不動作。實際運行時，正是由于電機運行時產生的慣性而使實際偏差小于ε值。也就是說，ε值表面上看起來是偏差值，而實際上是為克服慣性引起的偏差和振蕩而設立的一個控制提前量。只要在實際調試中選擇合適的ε值，就不但可以克服可能產生的振蕩，而且可以做到無偏差或使偏差小到允許范圍之內。
三、結束語
1、用計算機輸出的數(shù)字信號直接控制電動執(zhí)行器動作與傳統(tǒng)模擬信號控制相比有如下特點：
（1）省掉笨重、線路復雜而又極容易出故障的伺服放大器，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。
（2）在計算機控制系統(tǒng)中，A／D輸入接口板輸入通道往往很多，且性能好、價格便宜；而D／A輸出接口板輸出通道一般很少，且功耗大、價格貴。在需輸出通道較多的情況下，通常要求配置擴展箱和外接電源。而采用開關量輸出板后，計算機所需功率小，結構更緊湊，故障率更小。
（3）可以很方便地改變閥的工作特性，以適應對象特性的變化，提高調節(jié)系統(tǒng)的調節(jié)質量，如可根據(jù)要求將閥的工作特性通過控制軟件改為直線、等百分比、對數(shù)等各種形式，今后可開發(fā)成新型的智能型調節(jié)閥。
（4）可以方便、靈活地組成各種復雜控制系統(tǒng)（如分程控制）而不需增加額外的投資。
?。?）系統(tǒng)投資大大減少，結構更加簡單（所有接口板、調理板均可直接插入計算機的空余槽口中），使用戶負擔減輕、維護更方便。
2、系統(tǒng)安全性的考慮
?。?）采用雙機備份方式工作。一臺作為主機投入系統(tǒng)運行，另一臺作為備份機也處于通電工作狀態(tài)，作為系統(tǒng)的熱備份機。當主機出現(xiàn)故障時，專用程序切換裝置自動地把備份機切入系統(tǒng)運行，承擔起主機的任務；而故障排除后的原主機，則轉為備份機，處于待命狀態(tài)。
?。?）設立常規(guī)控制系統(tǒng)，當系統(tǒng)完全失效時，投入常規(guī)儀表自控或手動控制狀態(tài)。此時須注意的一點是無擾動切換問題，可考慮設置閥位顯示儀表。
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