軟限位開關在風門類電動執行器中的應用

摘要：本文介紹了在具備位置檢測和反饋類的風門電動執行器機構中，利用西門子S7軟件設置軟限位開關的一個應用實例，將硬限位開關和軟限位開關組合起來使用，從而提高電動執行器運行的可靠性和穩定性。

關鍵詞：軟限位開關 電動執行器 S7軟件 設置 應用

0 引言

隨著工業自動化的發展，因電動執行器動力源容易取得，且一般情況下無需維護的優點，在自動化程度較高的煙草行業風門管路控制中得到了廣泛應用，特別是具備位置檢測和反饋類的風門電動執行器，因其能對風門進行精確控制，從而精確調節風速流量。在這類電動執行器中，為了保證其可靠性和安全性，在其內部機構中都有限位開關進行必要的保護，使其運動部件的運動范圍控制在工作需要的安全范圍內。但是，這些限位開關有時會出現故障，如限位開關失效，位置偏移等，一旦限位開關故障，將可能造成控制設備的損壞或發生生產事故，如損壞電動執行器的電機等，因此限位開關的穩定性和可靠性對于電動執行器來講是十分重要的。

為了提高這類電動執行器的穩定性和可靠性，我們可以采取很多方法，如定期檢查和更換限位開關；或采用非接觸式限位開關，如光電式、感應式限位開關與接觸式機械限位開關進行復合控制使用，在這幾種限位開關中，都必需將限位開關安裝固定在運動部件需限位的地方，我們稱之為硬限位開關；還有一種更穩定和可靠的方法就是采用一種虛擬的限位開關，我們稱之為軟限位開關，與硬限位開關組合起來使用。軟限位開關的設置方法有很多，如利用編碼器計數控制電路或相關的應用軟件，本文所介紹的方法就是利用西門子S7軟件設置軟限位開關的一個應用實例。

1 軟限位開關的設置原理

要在電動執行器機構中設置軟限位開關，該電動執行器必須是一個帶位置檢測和反饋環節的閉環控制系統，如果是一個開環控制系統的話，必須增加相應的閉環控制環節后才能設置軟限位開關，本文介紹的電動執行器都是具備位置檢測和反饋類的風門電動執行器，如法國伯納德（bernard）調節型電動執行器、西門子GBB335.1E電動執行器等，具備設置軟限位開關的條件，因此可以用相關的軟件來設置軟限位開關。

電動執行器由電動機、減速機構、限位機構、過力矩保護機構、及位置檢測與反饋裝置等組成。電動執行器是以電動機為驅動源、以直流電流為控制及反饋信號。當上位儀表或計算機發出控制信號后，電動執行器按照信號大小比例地動作，通過輸出軸使閥門或風門開到相對應的開度，并將系統開度信號反饋回控制室內，從而完成系統的調節功能。

本文介紹的上位機系統為西門子S7-400 PLC控制系統，來自現場的4～20mA電動執行器實際風門開度信號，經A/D轉換模塊送至CPU進行運算處理，與設定的風門開度值進行比較后驅動電動機轉動，經減速后推動輸出軸作上、下位移或角位移，最終實現輸入信號通過電動執行器實現對風門的位移控制。如果設定的風門開度值因非正常因素達到電動執行器上、下限位值或其他一些故障，就會引起其內部機構中的限位機構、過力矩保護機構動作，從而切斷電動機的電源，以保護電動執行器等機構。但是，這些限位開關有時會出現故障，如限位開關失效，位置偏移等，一旦限位開關故障，將可能造成控制設備的損壞或發生生產事故，因此，我們可以利用具備位置檢測和反饋類的風門電動執行器所反饋的實際風門開度信號，根據我們的實際需要通過相關應用軟件來設置軟限位開關，與硬限位開關組合起來使用，從而提高電動執行器運行的可靠性和穩定性。下面我們將具體介紹通過西門子S7軟件來設置軟限位開關的一個應用實例。

2 軟限位開關設置的應用實例

在本應用實例中，所采用的電動執行器是法國伯納德（bernard）調節型電動執行器，通過西門子S7-400PLC來控制煙廠膨脹生產線熱端工藝風門的開度，從而調節熱風風速，使其穩定控制在設定值允許的范圍內。

一定的風門開度對應的一定的熱風風速，正常情況下，工藝風門開度在50％的開度以下，就能滿足熱風風速穩定控制在設定值允許的范圍內。但是，由于實際檢測的熱風風速有時因各種原因存在很大的波動，造成風門開度需打開在100％的開度以上，就會引起電動執行器運行達到限位值，在限位開關正常時，限位開關動作就會切斷電動執行器電動機的電源，以保護電動執行器等機構，一旦限位開關出現失效，位置偏移等故障，就將可能造成電動執行器等機構的損壞或發生生產事故，本實例中就曾出現燒壞電動執行器電機及電動執行器機構卡死等故障。下面的S7程序，就是我們利用西門子S7軟件設置軟限位開關后，與硬限位開關組合起來使用，之后就再也沒有出現過這些故障。

在下面程序段3中，DB20.DBD16是風門電動執行器反饋到PLC的實際風門開度，我們可以根據實際需要，在適當的風門開度處來設置軟限位開關，在本實例中，由于工藝風門開度正常在50％的開度以下就能滿足要求，因此，我們把上限軟限位開關設置在80％的風門開度處，這樣M500.0就成了一個軟限位開關，當實際風門開度超過80％時，軟限位開關就動作。

在下面程序段4中，我們把軟限位開關M500.0的常閉觸點串聯到工藝風門打開繼電器原有的控制程序中，也就是工藝風門電動執行器電機的正向運行，一旦軟限位開關動作，就停止電動執行器電動機的正向運行，以保護電動執行器等機構，同時在上位機電腦中發出一個報警信號，提醒有關人員對熱風風速、電動執行器等機構進行檢查，找出風門開度超過80％時的異常原因，從而提高電動執行器運行的可靠性和穩定性，減少故障的發生。

同理，我們也可以在風門開度0％處或附近設置下限軟限位開關，與硬限位開關組合起來使用，其它具備位置檢測和反饋類的風門電動執行器，也可以按照同樣的原理來設置軟限位開關，這里就不再進行詳細敘述。

3 結束語

軟限位開關實際上是一種虛擬的限位開關，與傳統的硬限位開關相比，它具有壽命長、可靠性高、重復性好、限位點可任意設置調整等優點。對于具備位置檢測和反饋類的風門電動執行器，特別是像西門子GBB335.1E這樣的電動執行器來講，由于其外殼較難拆卸，需專用工具才能打開，因此其內部機構的限位開關檢查、更換或改造起來就較困難，如果將軟限位開關和硬限位開關組合起來使用后，就可以大大提高這類電動執行器運行的可靠性和穩定性。

參考文獻：

[1]武鋒，于淑平.軟限位開關的設置原理與應用.電氣技術，2009（10）.

[2]任小波.機械限位開關有效監控的方法.港口裝卸，2004（2）.

[3]法國伯納德電動執行器安裝調試手冊.