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0 引言
FD-06風洞原1#閥、2#引射器可控硅控制系統是20世紀70年代由上海交通大學設計完成的。由于當時采用的是非標準產品，同時該裝置的零部件現已經成為淘汰產品，市場已無備件提供，維修困難。多年來的服役使得元器件老化，故障率有所增加，并導致時有部件擊穿等現象發生，這給科研生產帶了安全隱患，可靠性明顯降低，對科研試驗造成了一定影響。為避免造成不必要的經濟損失和浪費，FD-06風洞對1#閥、2#引射器可控硅控制系統進行了重新設計，改造成了先進的西門子交流伺服驅動控制系統，使之更符合質量標準的要求，使用安全性、穩定性和可靠性更有保證。
1 新系統介紹
1．1 西門子611A伺服系統
西門子611A伺服系統是變頻調速伺服系統。它采用模塊式結構，由一個主電源模塊及各軸的控制模塊組成。電源模塊為每個軸控制模塊提供直流母線電壓，并監控各控制模塊的運行。控制模塊則根據指令驅動各軸電機以某一速度運行或停止。
西門子611A伺服控制系統具有如下特點：
1）緊湊性，模塊化設計，節省空間。
2）各進給模塊可根據用戶要求任意組合。
3）通過跳線改變各軸控制器的參數，以實現與伺服電機的最優配合。
4）電流控制、速度控制采用串聯式模擬量閉環控制。標準的速度控制器可調節比例增益和積分作用時間。
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。
7）電源模塊具有電流短路保護和接地線斷路保護。
8）通過程序控制器使投入運行簡化，安裝使用十分方便。
圖1 伺服控制器工作原理方框圖
1．2 交流伺服電機及傳動系統
選用的適用于SIMODRIVE611模擬型交流伺服電機1FT5型永磁同步電機1200轉/分，連線少，簡化了復雜的安裝，節省了安裝空間。
西門子公司生產的1FT5型交流伺服電機，專用于在SIMODRIVE 611A變頻系統下工作。它具有較高的動態性能、高可靠性及非常低的維護要求。其主要特點有：
1）在整個速度設定范圍內,該伺服電機都能確保恒定連續的扭矩和過載能力。
２）600V的母線電壓，使該電機體積更小。
３）熱量的發散，特別是產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能力的電機外殼直接散發出去，因此該電機不需要外部冷卻。
４）具有良好的防水、防油保護能力。
2 西門子交流伺服驅動系統在風洞傳動中應用的實現過程
FD-06風洞閥門、引射器控制系統采用的西門子611A系列模擬伺服驅動裝置是單軸型插入式控制單元，具有高動態響應的運動控制系統，該系統，操作友好，維護費用低廉，維護人員易于掌握、且易于查找故障，大幅縮短了故障檢修時間和調試時間。
1#閥、2#引射器控制系統采用西門子技術的交流伺服控制系統，包括伺服電機驅動裝置、交流伺服電機等設備，所有設備均有嚴格的質量認證和技術支持，其產品更加輕巧，體積更小，技術更優良，穩定性和可靠性更高。新的系統仍保留極限限位保護等安全保障措施，完全能夠滿足風洞對1#調壓閥和2#引射器控制系統的要求。
該系統具有“安全停機”功能，可在故障時自動切斷電機電源，避免不必要的起動，與外部電路連接使用時，在電機側不用接觸器。電源輸入模塊、驅動模塊、電源濾波模塊（限制驅動系統對電源線路的干擾）的安裝面均安裝在導電電阻極低的鋁板上。
操作1#閥門、2#引射器前，首先根據吹風實際情況（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閉（通過控制電機的轉向實現），改變給定控制電壓的極性實現電機的正反轉，調節控制電壓大小改變電機的轉速。由于試驗過程中，1#閥、2#引射器不會同時動作，因此設計中僅用一個撥段開關就實現了1#閥、2#引射器的開關控制，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替代了原有的機械式限位器。
FD-06風洞1#閥、2#引射器控制系統的原理框圖如圖2所示：
圖2 FD-06風洞1#閥、2#引射器控制系統的原理框圖
FD-06風洞1#閥、2#引射器控制系統的流程圖如圖3所示：
圖3 FD-06風洞1#閥、2#引射器控制系統的流程圖
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
3 結束語
由于采用了先進的西門子驅動和控制技術，提高了1#閥、2#引射器控制系統的整體性能和技術含量，對科研生產效率起到了很大的促進作用。多次的試驗成功表明，該控制系統動作準確無誤，響應迅速、安全高效，從未發生因閥門控制故障而造成試驗車次報廢問題。設計完成后，FD-06風洞1#閥、2#引射器控制系統具有更高的調速精度，更快的調速范圍，更好的動、靜態特性，電路結構更簡單，壓力和閥門調節時間更短，可靠性、穩定性、安全性均比改造前有明顯提高，且各閥門控制系統精度也趨于一致，更加符合科學試驗的要求。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號