摘要：本文論述SIPOS 5 Flash PROFITRON變頻智能型執(zhí)行機的結(jié)構(gòu)原理，包括一體化變頻智能控制單元，信號發(fā)生裝置，操作面板，信號線和電源線的端子連接，控制模式，參數(shù)設置，主菜單切換，安裝后的初次調(diào)試步驟。
　　關鍵詞：執(zhí)行機構(gòu)，SIPOS 5 Flash PROFITRON，變頻智能
中圖分類號：TP           文獻標識碼：B 
 
0 概述
 
　　西博思電動執(zhí)行機構(gòu)有限公司（原西門子公司電動執(zhí)行機構(gòu)部門）將先進成熟的電機變頻調(diào)速技術應用于執(zhí)行機構(gòu)中，因內(nèi)部集成了一體化變頻智能控制單元，省去了其它執(zhí)行機構(gòu)必須的復雜電機轉(zhuǎn)向控制箱，采用簡單的模塊化結(jié)構(gòu)，通過增加少量必要的模塊，使其適用于各種控制模式，可對閥門擋板進行可靠的開關控制和變頻調(diào)節(jié)。

　　SIPOS 5 Flash PROFITRON變頻智能型執(zhí)行機除具有其它執(zhí)行機構(gòu)的功能外，還具有一些特殊功能，即使閥門擋板被卡住，輸出力矩也不會超過事先設定的上限，因為啟動電流不會超過額定電流，可采用較細的電纜，自動校正供電電源相序，全面的電機保護功能，確保電機永遠不會被燒毀，輸出軸轉(zhuǎn)速可自行設定，現(xiàn)在已經(jīng)應用到送引風、風壓、給水泵勺管等控制系統(tǒng)改造項目上。 

送風機偶合器勺管控制  

二次總風門控制

　　采用超大規(guī)模集成電路器件替代機械零部件，電子器件沒有磨損，無須維護，智能化程度高，且可以編程，其電子式限位保護功能和電子式過力矩保護功能取代了機械式限位開關和機械式力矩開關，這樣省去了調(diào)試過程中費時的限位開關和力矩開關調(diào)整工作。
SIPOS 5 Flash PROFITRON變頻智能型執(zhí)行機既可接受控制系統(tǒng)來的開、關、停和緊急4個開關量信號，也可以接受控制系統(tǒng)來的4～20mA.DC位置給定信號，也可以輸出1路4～20mA.DC位置反饋信號和8個開關量的狀態(tài)反饋信號，通過液晶顯示屏，可以人機對話的方式進行參數(shù)設置，監(jiān)控執(zhí)行機構(gòu)狀態(tài)，進行故障自診斷。
 
1 變頻器（VSD） 
 
　　內(nèi)置一體化變頻智能控制單元，遠遠優(yōu)于電機加減速齒輪的設計方案，簡化了機械結(jié)構(gòu)，滿足了執(zhí)行機構(gòu)控制閥門以的速度運行的過程要求，在不改變其內(nèi)部機械結(jié)構(gòu)的情況下，輸出軸轉(zhuǎn)速可在1：8的范圍內(nèi)自行設定。

1.1 整流限流和濾波 
 
　　經(jīng)過整流后的電壓首先經(jīng)過直流母線上的大電容器CZK進行濾波，串聯(lián)在回路中的限流電阻RV確保主回路電壓在接通瞬間的跳躍變化不會立即傳遞給濾波電容器，在主回路電壓接通并進入正常工作狀態(tài)后，限流電阻由一繼電器短路。 

1.2脈沖寬度調(diào)制 
   
　　直流母線上的直流電壓被變換成頻率和電壓都可調(diào)的三相交流電壓，用來驅(qū)動三相交流電機，這一過程是通過位于電機接線端子處的高速電子開關來實現(xiàn)的，即絕緣柵雙極晶閘管IGBT。 

1.3正弦波電壓
    
　　高速電子開關不斷地將電機的每相繞組接至直流母線的正極和負極，通過控制持續(xù)接通時間和電壓的極性，產(chǎn)生所需要的用于驅(qū)動電機的正弦波電壓。 

1.4開關頻率
    
　　為了連續(xù)控制給三相電機繞組供電的極性切換和持續(xù)時間，6個IGBT中每一個的開關頻率都達16000次/秒，因而必須采用高速微處理器和專用集成電路，電機供電電流是通過傳統(tǒng)方式測量的，在直流母線的負極中串入分流器。 
 
2 控制單元
 
　　微處理器（CPU）完成所有的控制功能，包括監(jiān)控變頻器和電機溫度，通過塑導電位器檢測執(zhí)行機構(gòu)的位置，調(diào)整力矩，接收控制系統(tǒng)來的控制信號，向控制系統(tǒng)連續(xù)反饋自身狀態(tài)；開關電源給內(nèi)部控制單元提供24V DC電源，并向外輸出24V DC，給開關量輸入信號提供開、關、停電源，內(nèi)部控制單元可選外供24V DC電源，此時，即使切斷單相或三相交流電源，控制單元仍可與控制系統(tǒng)保持通訊。 
                  
　　執(zhí)行機構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲于EEPROM性存儲器中，射頻干擾過濾器將變頻器可能造成的對電源的干擾以及可能會出現(xiàn)的電源對變頻器的干擾進行雙向隔離，數(shù)據(jù)的保存無需另配電池。
通過開、關和停3個按鈕就地操作執(zhí)行機構(gòu)，結(jié)合液晶顯示屏，以人機對話的菜單方式進行參數(shù)設置和調(diào)試，液晶顯示屏顯示執(zhí)行機構(gòu)的工作狀態(tài)和故障信息，并進行故障自診斷。
 
3 控制模式 
 
　　執(zhí)行機構(gòu)自動以的速度啟動、離開或達到2個極限位置，確保在以力矩啟動或關緊閥門的同時，避免因慣性對閥門造成的沖撞，輸出力矩不會超過設定的關斷力矩。 
 
　　在離開或接近極限位置時，通過內(nèi)置的變頻器自動調(diào)整電機供電的頻率和電壓，從而降低電機轉(zhuǎn)速，以轉(zhuǎn)速離開或到達極限位置，，轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍5～40rpm，開速度設定為14rpm，關速度設定為28rpm，在給定的速度范圍內(nèi)，有7檔不同的速度可供選擇。
    
　　死區(qū)隨控制信號質(zhì)量和位發(fā)信號質(zhì)量自適應調(diào)整，確保以的啟停頻率實現(xiàn)的控制，從而實現(xiàn)控制過程化，并因啟停次數(shù)的減少而減少閥門的磨損。 

　　位置控制器連續(xù)檢測并比較控制信號與位發(fā)信號，偏差大于死區(qū)，微處理器控制執(zhí)行機構(gòu)向縮小偏差的方向動作。
 
4 主菜單切換
 
　　主菜單包括語言設定（Language setting）、調(diào)試子菜單（Commissioning）、觀察子菜單（Observing）和診斷子菜單（DIAGNOSIS），其中，調(diào)試子菜單（Commissioning）中的參數(shù)只有在locPar模式下，并且輸入4個PIN代碼后才能改變，按鍵↑和↓用來在菜單和參數(shù)間進行切換，按ENTER鍵后進入該菜單，按動local/remote鍵退出，用ENTER鍵修改的參數(shù)被保存，具體步驟如下：
按local/remote鍵，顯示“l(fā)ocPar ready”，按↓鍵顯示“Sprache/lang./idioma/lingua↑↓E”，再按ENTER鍵進入語言設定；再按↓鍵顯示“commissioning↑↓E”，按ENTER鍵進入調(diào)試環(huán)境；再按↓鍵顯示“observing↑↓E”，按ENTER鍵進入觀察環(huán)境；再按↓鍵顯示“diagnosis↑↓E”，按ENTER鍵進入診斷環(huán)境；再按↓鍵顯示“←return to menu↑↓E”，按ENTER鍵退出主菜單。
 
5 參數(shù)設置
 
　　一般參數(shù)設置包括顯示語言選擇，共有5種語言可供選擇，一般選擇英語，電子式抗冷凝電機腔加熱器，設置為有效，20為數(shù)碼，用于標識執(zhí)行機構(gòu)ID，通常不用。
與閥門有關的參數(shù)如表1，與控制系統(tǒng)有關的參數(shù)如表2。 
                                                     
序號 顯示 意義 
1 Closing speed 開方向速度、關方向速度和緊急狀況下的速度，可分別設定。 
2 Cut-off mode cl 開方向和關方向的關斷模式，可選擇過力矩關斷或超限位關斷。 
3 Max.cl.torque 開方向和關方向的關斷力矩 
4 Endpos.adjust 全開和全關兩個極限位置的調(diào)整過程 
5 Rec.torque graph 記錄閥門力矩曲線的過程 
6 Endpos.rang cl 全開和全關兩個極限位置的范圍調(diào)整 
7 Close tightly 關緊，指在極限位置范圍內(nèi)，即使控制信號已經(jīng)事先終止，執(zhí)行機構(gòu)仍然繼續(xù)動作，直到極限位置的終點。 
8 Maintenance per 用于設定維護間隔，現(xiàn)場未用。  

序號 顯示 意義 
1 Setpoint input 4～20mA.DC位發(fā)信號，調(diào)整內(nèi)置控制器的上升或下降頻率。 
2 Binary inputs 設定開、關和?？刂菩盘柕挠行Ｊ?，低電平有效或高電平有效。 
3 Remote control 選擇遙控狀態(tài)下的控制模式 
4 Open circ.beh. 控制信號斷路時執(zhí)行機構(gòu)的反應模式，到達緊急位置或保持斷信號前的位置。 
5 Emergency pos. 緊急位置可設定為全行程中的任意位置 
6 Travel pos.cl 編程設定全行程中的任意兩個位置，到達這兩個位置時，執(zhí)行機構(gòu)向控制系統(tǒng)給出兩個開關量反饋信號。 
7 Readback output 4～20mA.DC位發(fā)信號，上升或下降。 
8 Binary output 1 8個開關量輸出信號通過編程賦值，低電平有效或高電平有效。 
9 PROFIBUS address PROFIBUS總線地址設置 
10 Enable PosCntr 4位密碼 
11 Speed local 速度隨行程自適應調(diào)整功能 

 
6 初次調(diào)試步驟
 
　　西門子執(zhí)行機構(gòu)安裝就位后，其接線為1）指令接在X3.2 14（+），15（-），18端子為接地線，2）反饋接在X3.1 1（+），2（-）端子，3）電源接在X1 L1、 L2、 L3端子上，為380VAC。

6.1 調(diào)試準備 
    
　　將執(zhí)行機構(gòu)切就地運行，行程調(diào)整之前，閥門擋板處于中間位置，摘掉信號齒輪單元外罩，手動調(diào)整中心輪在適當位置。

6.2 確定旋轉(zhuǎn)方向
    
　　確定執(zhí)行機構(gòu)運行時的旋轉(zhuǎn)方向，同時確定中心輪的旋轉(zhuǎn)方向和末端位置時中心輪所處的位置，先調(diào)整好末端位置，再調(diào)信號齒輪單元的設定比率。

6.3 末端調(diào)整

　　由主菜單進入commissioning→PIN密碼→endpos.adjust→ENTER。

　　1）start with pos，選擇首先要設定的末端位置，move to op.pos，按↑↓鍵，運行到需要的位置，按stop停止，按ENTER確認該末端位置。

　　2）adjust of poti，調(diào)整電位器，抓住中心輪上部不動，手動旋轉(zhuǎn)中心輪，慢慢朝顯示值減小的方向轉(zhuǎn)動，直至顯示的數(shù)值為0，按ENTER確認。

　　3）move to cl.pos，按↑↓鍵，運行到另一個需要的位置，按ENTER確認。

　　4）sign.gear ratio ＆ adjustment OK，比率設定合適，位置設定正確，按ENTER→“↓”→“l(fā)ocal/remote”鍵退出調(diào)試。
 
結(jié)束語 
 
　　西門子執(zhí)行器安裝調(diào)試需注意的幾個參數(shù)包括1）擋板關閉時執(zhí)行器的旋轉(zhuǎn)方向CLOSE DIRECTION，2）末端位置的關斷模式CUT-OFF MODE，3）信號齒輪單元的比率，4）模擬量給定值輸入信號的類型SETPOINT INPUT，5）遠端控制類型REMOTE CONTROL，6）開路特性OPEN CIRC BEH。
 
參考文獻

　?。?］SIPOS 5 Flash電動執(zhí)行機構(gòu)［M］.德國.西門子公司.2000.

　　［2］SIPOS 5 Flash PROFITRON 型電動執(zhí)行機構(gòu)［Z］. 北京：德國西博思電動執(zhí)行機構(gòu)有限公司北京代表處，2005. https://www.siposchina.com

　　［3］新一代SIPOS 5 Flash PROFITRON 系列變頻智能型電動執(zhí)行機構(gòu)［Z］.北京：德國西博思電動執(zhí)行機構(gòu)有限公司北京代表處，2004.