標題DDZ-Ⅲ型電動調節閥“閉鎖”問題的分析與處理

在我公司研制的均熱爐控制系統中，使用了某廠生產的DDZ-Ⅲ型電動調節閥，在系統調試過程中，出現了一個特殊問題，一度影響了調試進度，幾經周折才使問題得以解決�，F將該問題的處理方法介紹給大家，供借鑒。

      1 問題與現象 

      在我研制的控制系統中，采用了DDZ-Ⅲ型電動調節閥來調節熱蒸汽的流量，以達到控制溫度和壓力的目的，DDZ-Ⅲ型電動調節閥以電動為主動力，接受標準的直流電流信號，用4~20mA的直流信號控制電動調節閥的閥門開度，當控制端所加電流低于4mA閥門關閉；加20mA電流則閥門開度最大。

      在均熱爐控制的最初階段，按工藝要求應全速升溫，亦即應給DDZ-Ⅲ型電動調節閥加20mA的電流（閥門初始狀態所加電流為4mA）使閥門為最大開度。調試時，當由單片機經數/模轉換和電壓/電流變換所產生20mA電流加上后，DDZ-Ⅲ型電動調節閥的閥門竟然毫無反應；而在轉為手動操作后，閥門確能按所加電流的大小改變其開度。由此可說明電動調節閥手動操作檔正常，而自動調節檔在響應由單片機控制系統DAC輸出的大幅度階躍電流信號，存在“閉鎖”現象。

      2 處理方法

      由于電動調節閥手動操作檔是正常的（手動操作也是加電流信號），它意味著核心部分是好的。筆者注意到這樣的現象，在手動操作的情況下，為了使閥門開度最大，操作時，所加電流并不是突然升到20mA，而是通過手動操作柄的旋轉，逐漸將電流加到20mA。

      由此，筆者分析是因為電動調節閥的閥門不能適應單片機所加階躍電流的變化（4~20mA）閥門響應速度過慢，從而造成上述“閉鎖”現象。鑒此，決定在單片機控制系統中，模擬手動操作過程的效果，即在自動調節狀態下，給DDZ-Ⅲ型電動調節閥施加緩慢變化的電流信號，先后嘗試了兩種方法，終于達到了目的。

      2.1 軟件模擬

      最先的想法是在每一個控制周期內，將由PID算法得到的輸出控制量“一分為三”即在輸出控制量范圍內取三個值，分別產生的三個限于實際電流間的、由低到高的電流信號（簡稱：低電流、中電流、實際電流），并依次送到電動調節閥，最后達到輸出控制量所要求的開度，且在兩次送出電流信號的間隔間，插入0.5~1s 的延時，軟件流程如圖1。

圖1

      例如：原來的閥門是關閉的（維持4mA電流），現在需將閥門定為最大開度，亦即需要產生20mA的電流信號，電流的絕對變化值為：
      20-4=16（mA）
      將該電流“一分為三”得：
     16/3=5.3（mA）
      取整后約5mA為一檔，即應一次產生和送出如下的低電流、中電流和實際電流三個電流信號：
      低電流：4+5=9（mA）
      中電流：9+5=14（mA）
      實際電流：20mA

      實際控制時，是由單片機給DAC送出與上述所對應的二進制形式的控制量，再經V/I轉換成電流信號，對八位DAC而言（如DAC0832），三個電流值對應的控制量約為：低電流：73H；中電流：B3H；實際電流：FFH。

      經過如此處理后，閥門可根據輸出控制量的大小動作了，并達到應有的開度。

      2.2 用RC電路

      上述方法用軟件模擬控制，雖然無需改動硬件，擔增加了軟件編程的麻煩，因此設想在控制系統的DAC與V/I之間增加一級RC電路，利用RC電路的特性來模擬手動操作的效果，使原先所加的階躍電流變為很慢變化的電流（見圖2）。

圖2 增加RC的V/I電路

      電路中的R₁和C₁即所增加的RC電路，RC時間常數的選取，應兼顧控制系統的控制周期和電動調節閥閥門的機械運動時間，時間常數過小時，解決不了“閉瑣”問題，過大則降低控制速度，并影響控制精確度。

      在筆者研制的控制系統中，控制周期為15s，電動調節閥的閥門從最小到最大開度約為10s，設該時間為T，既T=10s，實驗證明。RC時間常數的選取T/5左右為宜。電路中去R₁C₁=2.2s（R₁=10KC1=220μF）由于控制周期為15s，大于R1C1時間常數，所以，R₁C₁的加入，并不影響系統的控制精度，因此，在系統的原硬件電路中增加了一級RC電路，解決了電動調節閥的閥門“閉瑣”的問題。

      3 結語

      增加了RC電路后的單片機過程控制系統從投入運行至今，DDZ-Ⅲ型電動調節閥沒有出現任何異�，F象。它證明這種解決電動調節閥“閉瑣”問題的方法是非常有效的