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0 引言
    FD-06風(fēng)洞原1#閥、2#引射器可控硅控制系統(tǒng)是20世紀(jì)70年代由上海交通大學(xué)設(shè)計(jì)完成的。由于當(dāng)時(shí)采用的是非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，同時(shí)該裝置的零部件現(xiàn)已經(jīng)成為淘汰產(chǎn)品，市場(chǎng)已無備件提供，維修困難。多年來的服役使得元器件老化，故障率有所增加，并導(dǎo)致時(shí)有部件擊穿等現(xiàn)象發(fā)生，這給科研生產(chǎn)帶了安全隱患，可靠性明顯降低，對(duì)科研試驗(yàn)造成了一定影響。為避免造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失和浪費(fèi)，F(xiàn)D-06風(fēng)洞對(duì)1#閥、2#引射器可控硅控制系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，改造成了先進(jìn)的西門子交流伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，使之更符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，使用安全性、穩(wěn)定性和可靠性更有保證。
1 新系統(tǒng)介紹
1．1 西門子611A伺服系統(tǒng)
    西門子611A伺服系統(tǒng)是變頻調(diào)速伺服系統(tǒng)。它采用模塊式結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主電源模塊及各軸的控制模塊組成。電源模塊為每個(gè)軸控制模塊提供直流母線電壓，并監(jiān)控各控制模塊的運(yùn)行。控制模塊則根據(jù)指令驅(qū)動(dòng)各軸電機(jī)以某一速度運(yùn)行或停止。
西門子611A伺服控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
    1）緊湊性，模塊化設(shè)計(jì)，節(jié)省空間。
    2）各進(jìn)給模塊可根據(jù)用戶要求任意組合。
    3）通過跳線改變各軸控制器的參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)與伺服電機(jī)的最優(yōu)配合。
    4）電流控制、速度控制采用串聯(lián)式模擬量閉環(huán)控制。標(biāo)準(zhǔn)的速度控制器可調(diào)節(jié)比例增益和積分作用時(shí)間。
    5）速度控制回路的速度控制范圍1：10000。
    6）具有軸速度控制器使能信號(hào)。
    7）電源模塊具有電流短路保護(hù)和接地線斷路保護(hù)。
    8）通過程序控制器使投入運(yùn)行簡(jiǎn)化，安裝使用十分方便。

                                            圖1 伺服控制器工作原理方框圖
1．2 交流伺服電機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)
    選用的適用于SIMODRIVE611模擬型交流伺服電機(jī)1FT5型永磁同步電機(jī)1200轉(zhuǎn)/分，連線少，簡(jiǎn)化了復(fù)雜的安裝，節(jié)省了安裝空間。
    西門子公司生產(chǎn)的1FT5型交流伺服電機(jī)，專用于在SIMODRIVE 611A變頻系統(tǒng)下工作。它具有較高的動(dòng)態(tài)性能、高可靠性及非常低的維護(hù)要求。其主要特點(diǎn)有：
    1）在整個(gè)速度設(shè)定范圍內(nèi),該伺服電機(jī)都能確保恒定連續(xù)的扭矩和過載能力。
    ２）600V的母線電壓，使該電機(jī)體積更小。
    ３）熱量的發(fā)散，特別是產(chǎn)生于定子繞組和定子鐵心的熱量，都可以通過具有良好熱傳導(dǎo)能力的電機(jī)外殼直接散發(fā)出去，因此該電機(jī)不需要外部冷卻。
    ４）具有良好的防水、防油保護(hù)能力。
2  西門子交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在風(fēng)洞傳動(dòng)中應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)過程
    FD-06風(fēng)洞閥門、引射器控制系統(tǒng)采用的西門子611A系列模擬伺服驅(qū)動(dòng)裝置是單軸型插入式控制單元，具有高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)，操作友好，維護(hù)費(fèi)用低廉，維護(hù)人員易于掌握、且易于查找故障，大幅縮短了故障檢修時(shí)間和調(diào)試時(shí)間。
1#閥、2#引射器控制系統(tǒng)采用西門子技術(shù)的交流伺服控制系統(tǒng)，包括伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、交流伺服電機(jī)等設(shè)備，所有設(shè)備均有嚴(yán)格的質(zhì)量認(rèn)證和技術(shù)支持，其產(chǎn)品更加輕巧，體積更小，技術(shù)更優(yōu)良，穩(wěn)定性和可靠性更高。新的系統(tǒng)仍保留極限限位保護(hù)等安全保障措施，完全能夠滿足風(fēng)洞對(duì)1#調(diào)壓閥和2#引射器控制系統(tǒng)的要求。
該系統(tǒng)具有“安全停機(jī)”功能，可在故障時(shí)自動(dòng)切斷電機(jī)電源，避免不必要的起動(dòng)，與外部電路連接使用時(shí)，在電機(jī)側(cè)不用接觸器。電源輸入模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、電源濾波模塊（限制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電源線路的干擾）的安裝面均安裝在導(dǎo)電電阻極低的鋁板上。
操作1#閥門、2#引射器前，首先根據(jù)吹風(fēng)實(shí)際情況（如：增大或減小1#閥門后壓力，超、跨音速互換等）來決定閥門、引射器是開啟還是關(guān)閉（通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)），改變給定控制電壓的極性實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)控制電壓大小改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于試驗(yàn)過程中，1#閥、2#引射器不會(huì)同時(shí)動(dòng)作，因此設(shè)計(jì)中僅用一個(gè)撥段開關(guān)就實(shí)現(xiàn)了1#閥、2#引射器的開關(guān)控制，從安全方面考慮，電路中彼此之間還做了互鎖處理。在閥門和引射器的極限位置還裝備了接近開關(guān)替代了原有的機(jī)械式限位器。
FD-06風(fēng)洞1#閥、2#引射器控制系統(tǒng)的原理框圖如圖2所示：

圖3 FD-06風(fēng)洞1#閥、2#引射器控制系統(tǒng)的流程圖

圖4 西門子611A電源、控制模塊

圖5 西門子1FT5型交流伺服電機(jī)
3  結(jié)束語(yǔ)
    由于采用了先進(jìn)的西門子驅(qū)動(dòng)和控制技術(shù)，提高了1#閥、2#引射器控制系統(tǒng)的整體性能和技術(shù)含量，對(duì)科研生產(chǎn)效率起到了很大的促進(jìn)作用。多次的試驗(yàn)成功表明，該控制系統(tǒng)動(dòng)作準(zhǔn)確無誤，響應(yīng)迅速、安全高效，從未發(fā)生因閥門控制故障而造成試驗(yàn)車次報(bào)廢問題。設(shè)計(jì)完成后，F(xiàn)D-06風(fēng)洞1#閥、2#引射器控制系統(tǒng)具有更高的調(diào)速精度，更快的調(diào)速范圍，更好的動(dòng)、靜態(tài)特性，電路結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，壓力和閥門調(diào)節(jié)時(shí)間更短，可靠性、穩(wěn)定性、安全性均比改造前有明顯提高，且各閥門控制系統(tǒng)精度也趨于一致，更加符合科學(xué)試驗(yàn)的要求。