标题DDZ-Ⅲ型电动调节阀“闭锁”问题的分析与处理

在我公司研制的均热炉控制系统中，使用了某厂生产的DDZ-Ⅲ型电动调节阀，在系统调试过程中，出现了一个特殊问题，一度影响了调试进度，几经周折才使问题得以解决。现将该问题的处理方法介绍给大家，供借鉴。

      1 问题与现象 

      在我研制的控制系统中，采用了DDZ-Ⅲ型电动调节阀来调节热蒸汽的流量，以达到控制温度和压力的目的，DDZ-Ⅲ型电动调节阀以电动为主动力，接受标准的直流电流信号，用4~20mA的直流信号控制电动调节阀的阀门开度，当控制端所加电流低于4mA阀门关闭；加20mA电流则阀门开度最大。

      在均热炉控制的最初阶段，按工艺要求应全速升温，亦即应给DDZ-Ⅲ型电动调节阀加20mA的电流（阀门初始状态所加电流为4mA）使阀门为最大开度。调试时，当由单片机经数/模转换和电压/电流变换所产生20mA电流加上后，DDZ-Ⅲ型电动调节阀的阀门竟然毫无反应；而在转为手动操作后，阀门确能按所加电流的大小改变其开度。由此可说明电动调节阀手动操作档正常，而自动调节档在响应由单片机控制系统DAC输出的大幅度阶跃电流信号，存在“闭锁”现象。

      2 处理方法

      由于电动调节阀手动操作档是正常的（手动操作也是加电流信号），它意味着核心部分是好的。笔者注意到这样的现象，在手动操作的情况下，为了使阀门开度最大，操作时，所加电流并不是突然升到20mA，而是通过手动操作柄的旋转，逐渐将电流加到20mA。

      由此，笔者分析是因为电动调节阀的阀门不能适应单片机所加阶跃电流的变化（4~20mA）阀门响应速度过慢，从而造成上述“闭锁”现象。鉴此，决定在单片机控制系统中，模拟手动操作过程的效果，即在自动调节状态下，给DDZ-Ⅲ型电动调节阀施加缓慢变化的电流信号，先后尝试了两种方法，终于达到了目的。

      2.1 软件模拟

      最先的想法是在每一个控制周期内，将由PID算法得到的输出控制量“一分为三”即在输出控制量范围内取三个值，分别产生的三个限于实际电流间的、由低到高的电流信号（简称：低电流、中电流、实际电流），并依次送到电动调节阀，最后达到输出控制量所要求的开度，且在两次送出电流信号的间隔间，插入0.5~1s 的延时，软件流程如图1。

图1

      例如：原来的阀门是关闭的（维持4mA电流），现在需将阀门定为最大开度，亦即需要产生20mA的电流信号，电流的绝对变化值为：
      20-4=16（mA）
      将该电流“一分为三”得：
     16/3=5.3（mA）
      取整后约5mA为一档，即应一次产生和送出如下的低电流、中电流和实际电流三个电流信号：
      低电流：4+5=9（mA）
      中电流：9+5=14（mA）
      实际电流：20mA

      实际控制时，是由单片机给DAC送出与上述所对应的二进制形式的控制量，再经V/I转换成电流信号，对八位DAC而言（如DAC0832），三个电流值对应的控制量约为：低电流：73H；中电流：B3H；实际电流：FFH。

      经过如此处理后，阀门可根据输出控制量的大小动作了，并达到应有的开度。

      2.2 用RC电路

      上述方法用软件模拟控制，虽然无需改动硬件，担增加了软件编程的麻烦，因此设想在控制系统的DAC与V/I之间增加一级RC电路，利用RC电路的特性来模拟手动操作的效果，使原先所加的阶跃电流变为很慢变化的电流（见图2）。

图2 增加RC的V/I电路

      电路中的R₁和C₁即所增加的RC电路，RC时间常数的选取，应兼顾控制系统的控制周期和电动调节阀阀门的机械运动时间，时间常数过小时，解决不了“闭琐”问题，过大则降低控制速度，并影响控制精确度。

      在笔者研制的控制系统中，控制周期为15s，电动调节阀的阀门从最小到最大开度约为10s，设该时间为T，既T=10s，实验证明。RC时间常数的选取T/5左右为宜。电路中去R₁C₁=2.2s（R₁=10KC1=220μF）由于控制周期为15s，大于R1C1时间常数，所以，R₁C₁的加入，并不影响系统的控制精度，因此，在系统的原硬件电路中增加了一级RC电路，解决了电动调节阀的阀门“闭琐”的问题。

      3 结语

      增加了RC电路后的单片机过程控制系统从投入运行至今，DDZ-Ⅲ型电动调节阀没有出现任何异常现象。它证明这种解决电动调节阀“闭琐”问题的方法是非常有效的