基于SY532C 伺服卡的指令步长设计

袁吉胜，王娜娜，段绪伟

（上海船舶设备研究所，上海 200031）

0 引言

该辅机调速系统包含NT6000 V5自主可控全国产智能分散控制系统、SC8000自主可控中大型可编程逻辑控制器、EHA-SY自主可控紧凑型数智电液执行器。为了实现三位一体的联合控制信号交换方式，达到转速调整的要求为精准、快速、便捷高效目的，设计了阀位闭环控制伺服装置SY532C单通道伺服卡见图1。SY532C单通道伺服卡具备固定步长增减阀位指令输出功能，从而满足了便捷快速通过机旁控制箱调整转速的要求。

图1 SY532C 单通道伺服卡外形图

本文将从如下几点探讨基于SY532C单通道伺服卡在辅机调速系统中的指令步长设计方案：

1）伺服卡工作原理以及应用需求。

2）增减指令步长设计方案制定。

3）配机试验。

1 伺服卡工作原理以及应用需求

1.1 伺服卡工作原理

当机组具备开机启动状态时，汽机调速系统开启后调速汽门主要是在伺服卡接受到DEH指令后，通过伺服卡直接控制汽轮机调速汽门的油动机，油动机动作后带动调速汽门同步同向动作。调速汽门运行 后通过安装在油动机上的位移传感器反馈到伺服卡输入端，直至位移传感器反馈与DEH指令偏差为零时，汽机调速汽门的油动机才稳定下来。DEH指令通过伺服卡控制汽机调速汽门的工作原理示意图，见图2[1]。

图2 汽机调速汽门的工作原理示意图

1.2 应用需求

传统液压系统虽然具有功率重量比大的优点，但大多数液压系统在工作中使用节流调速，易造成能量损失大、效率低的缺点, 因而极大地限制了传统液压系统的应用和普及。伺服直驱式电液执行器是一种新型的液压传动装置，其直接用伺服电机驱动定量液压泵，通过控制伺服电机的转速, 而达到改变定量液压泵的输出流量, 从而实现对液压缸的速度或位置的控制。这种新型的电液执行器本质上属容积调速，克服了节流型传统液压系统的缺陷，具有节能、抗污染能力强、紧凑和安装连接简便等显著特点[2]。此辅机调速系统需要通过伺服卡搭配电液执行器进行应用，从而满足了便捷快速通过机旁控制箱调整转速的要求。

2 增减指令步长设计方案制定

2.1 前期方案

借鉴同类型辅机控制系统，控制方式基于机旁箱控制衍生出机旁手动和自动等模式，通过旋转机旁控制箱上面的增、减旋钮调节阀位，达到调整转速的目的，根据经验，结合现场机组所需要的快速增减转速的调整方式，所以将SY532C的出厂增减阀位设置在0.5%，且为了保证调试和运行时的安全，设为默认值且不可更改

2.2 不可更改步长的影响

此次辅机调速系统，均采用SY532C伺服控制装置搭配S5J伺服驱动器作为蒸汽调节阀控制，现场实际启动过程中，在额定蒸汽参数条件下，冲转至额定转速阀门调阀开度为(13±1)%，由于SY532C伺服控制装置的手动增减步长为0.5%，所以额定转速6 000 r/min的机组，手动拧增减旋钮转速变动约为30 r/min，达不到调速过程中对汽机转速的精准控制，所以就现场条件，和根据其他现场的同类型需求，决定就增减指令步长对SY532C伺服控制装置进行改进，满足可以在参数设置界面直接对增减指令步长进行修改的这一要求。

3 整改后测试和实际应用效果

在与项目组进行讨论后，项目组肯定了增减指令步长可以在参数设置界面进行在线修改的可行性，并着手对SY532C单通道伺服控制装置进行改造。SY532C伺服控制装置内部接手动增、减指令信号后，内部阀位目标值随指令信号，通过内部计算进行阀位闭环控制，通过PID进行进行阀位控制，改制过程中对步长改进之后，硬件测试后所有功能都正常且满足要求，现场试验过程中，通过参数设置中步长的改动，可以完全实现步长跨度满足在线调节，而且设置范围满足现场用户操作的需求，通过增减指令拉阀过程中执行器动作相应时间，动作精度达到可以客户要求，设置方式为高级设置-步长设置，见图3[3]。

图3 步长操作设置示意图

对于汽轮机调速系统指令步长的设置范围，综合了目前常规机组和装配现场的实际需求，对设置范围的上下限做了综合的分析[4-5]：

1）指令步长下限。由于现有的广泛应用的调速控制系统采用的一般为油动机或者电液执行器，控制精度目前最高的为0.1%，且由于现场搭配工作的电液执行器SY-DY020控制精度也为0.1%，所以将指令步长下限设置为0.1%。

2）指令步长上限。常规汽轮机调速系统阀位控制的速率上限一般根据现场调门实际流量曲线来，不超过10%/S，过快的阀位指令速率会导致转速加速度过大，不利于机组的稳定安全运行，对于此次辅机调速系统科研样机，由于特殊工况需求，需要达到快速增减转速的需求，在最高速率为1 500 r/s的工况要求情况下，按照最高额定转速11 000 r/min，最慢每秒钟触发一次增减指令的前提下，将步长范围上限设置为5%。根据调速系统需要和现场机组稳定运行的前提下，将步长指令设置范围定为0.1%～5%。

4 结论

在需求日益增加的核心技术国产化的道路上，由国产品牌制造研发的国产化电液执行器和伺服控制装置的控制要求和控制策略需要比肩甚至赶超其他国外老字号品牌，如德国法奥克、英国Rotork和美国Koso等，通过现场测试、交流研讨、案例分析，不断对控制要求进行改善，为国产伺服卡件步长实际使用奠定了理论基础。