伺服阀指令信号解析

文摘   工业农业   2024-09-28 09:49   江苏  

服阀分为机械反馈式和电反馈式两大类。机械反馈式伺服阀,其核心零件为力矩马达。力矩马达是由线圈上的电流产生电磁力矩推动衔铁动作,所以机械反馈式伺服阀,其指令信号一定是电流信号,并且是恒流源(也即电流信号是恒定的,比如幅值为±10mA,不管伺服阀工作频率多少,电流幅值要保持恒定。为什么需要恒流源?因为伺服阀在不同频率下工作,会有反电动势,该反电动势会影响指令信号。要想让伺服阀保持稳定工作,信号一定要稳定。所以指令信号需要是恒流源。有些人用电池给伺服阀供电,让其动作。这种方法排除故障是可以的,但是伺服阀不能稳定工作。电池是恒压源,随着电池的消耗,其内阻逐渐增大,输出电流减小)

下面重点讲讲电反馈伺服阀(EFB)。电反馈伺服阀,虽然核心零件也是力矩马达或者力马达,但EFB带有电路板,可以处理各种各样的指令信号,最终转化为电流信号去驱动线圈。(也就是说,EFB伺服阀最终也是用电流信号去驱动线圈,但是其电路板可以将各种各样的信号转化为电流信号)。所以EFB伺服阀指令信号多种多样,总体可分为两大类:弱电流信号(±10mA0~±10m4-20mA等)电压信号(±10V0-10V0~±10V等)。

不管何种类型的指令信号,电流或者电压,为了处理的方便,在控制器内最终都会转化为0-10V的电压信号,然后经过运放处理(绝大多数运放都是电压型的,处理起来也比较方便,最终再通过功率元件进行电流放大)。

比如:

4-20mA:经过500欧姆电阻,转化为2-10V,再经过偏置电压,转为为0-10V电压。

10mA电流:经过1K电阻,转化为10V电压。

所有这些信号,按照输入的方式,又分为浮地、单端对地、差动等,这让许多应用人员困惑,下面重点讲讲。以常规电反馈伺服阀6芯插头为例。市面上大多数EFB阀供电为24V,也有部分±15V。在此以24V供电为例说明。

 

1)±10V浮地

何为浮地?浮地,就是对地是浮动的,也就是说,指令信号的参考端不是直接对地的。从图中可以看出,±10V的信号从D脚流入,从E脚返回。E脚为10V信号的参考端。仔细看图,线路板供电24V0V为电源地(B脚)。再仔细看图,E脚并没有连接到0V(电源地),而是连接到PLC中的Signal  GND,这个是信号地,或者说是模拟地。这个地是虚拟的,是在设计电路板时,设计的一个参考电位,该GND0V不是连在一起的。所以说指令信号浮地。浮地接法的优点是指令信号不会受电源地的影响(通常情况下,电源地噪声很大)。

如果PLC的signal gnd和伺服阀的B脚(图中0V)并到一起,那就是另一种接法:单端接地。后面会讲。

2)±10mA浮地

与上图类似,只是在此图中,将10V换成10mA了,其他一模一样。

 

3)±10mA差动

所谓差动,就是两个信号的差值为指令信号的幅值。对于图1 和图2E脚连接在signal GND,此时E脚信号相对于D脚就是0V。而在此图中(图3),注意理解。D脚和E脚都是通过一个电阻连到signal GND,也就是说在图(3)中,指令信号相当于D脚和E脚两个输入的差值。比如D脚对signal GND8V E脚对signal GND5V,那么指令信号就为D-E=8-5=3V

从单个脚来看,比如D脚或E脚,是对地的,但是总的来看,指令信号和地没有关系。严格意义上来讲,差动接法也属于浮地的一种。

 

4)±10mA单端接地

如果理解了图(3),此处就非常容易理解了。在图3中,D脚和E脚都需要接入,而此图中,只有D脚(或E脚)一个脚有输入。另一个脚通过电阻连接到地了。所以E脚电位为0V。(注意和图1的浮动输入的区别,图1中,E脚通过电阻连接到signal  GND,但是signal GND没有和电源的0V,也就是大地连到一起。而在此图中,signal GND是和电源的0V连一起的,所以是对地的,不是浮动的)

54-20mA单端接地

5和图4类似,只是将±10mA换成4-20mA,在此不赘述。

 

64-20mA浮动

如果理解了前面所说的浮动和对地的区别,4-20mA浮动就很容易理解。对比图6和图5,唯一的区别就是图6中的signalGND没有和电源0V连在一起。所以指令信号是浮地的。

 

7)屏蔽


综上:简单的理解就是:

单端对地:信号最终回到电源的地(这个电源是指伺服阀的供电电源,连到A脚和B脚),是通过将PLC中的信号地和伺服阀的电源地并联到一起实现的;

浮地:信号最终没有回到电源的地,也就是说PLC中的信号地和伺服阀的供电电源是独立的!


具体接法要看伺服阀的指令类型。如果一个单端对地的伺服阀,按照浮地接法用,那么伺服阀就不会正常工作。



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