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智能型電動閥門控制器功能和工作原理

2013-1-15 11:34:47      點擊:
工作原理和功能
閥門的控制量為閥門開度,在應用場合往往會根據實際需要將閥門開或關,或者開到一定程度,甚至動態的以某種規律開關。在傳統的模擬控制方式中用時間、電流的大小來表示閥門的開啟角度。由于影響時間、電流(電壓)等參數的因素很多,因此顯示的開啟角度與閥門的實際位置不易達到同步,經常出現明顯的誤差。同時,簡單的模擬量控制提供的信息極為有限,不利于系統的調試和檢修。筆者設計的智能型控制系統采用數字化的方法來控制電動執行機構運行。
采用MOTOROLA公司單片微處理器和外圍芯片組成智能化的位置控制單元,接收統一的標準直流信號(如4~20mA的電流信號),經信號處理及A/D轉換送至微處理器,微處理機將處理后的數據送至顯示單元顯示調節結果,運算處理后產生的控制信號驅動交流電機。此外,系統帶通訊功能,可以接收上位機的指令,進行遠程數字控制。同時也可以在智能控制器本地的人機界面上通過菜單和按鈕實現現場手動控制。

主要功能描述:
(1)一體化結構設計,直接接收4~20mA/4~12mA/12~20mA/0~5V/1~5V等控制信號,輸出隔離的4~20mA閥位反饋信號;
(2)具有仿真運行功能,并可根據用戶設定的流量特性曲線運行;
(3)控制信號斷路故障判斷、報警及保護功能。斷路故障時可使執行機構或開、或關、或保特、或在0~100%之間預置的任意值;
(4)數字顯示,顯示控制信號值、閥位值、故障類別;
(5)RS485遠程通訊功能,通過通訊協議在上位機進行編程組態,對過程量、開關量作數據或圖形處理。
(6)閥門行程自整定,輸入輸出模擬信號自校準。

系統硬件組成
智能控制器根據智能化、可靠性高、抗干擾能力強、成本低等原則,控制核心采用8位微處理器MC68HC908SR12(SR12),電機控制的主電路采用電力電子技術實現。
SR12具有速度快、功能強和價格低等特點。其最高工作頻率可達8MHz,有512字節的片內RAM、12K字節的片內FLASH存儲器,14路10位A/D,及SCI、I2C、SPI等通訊接口[1,4]。
系統應用SR12內部的A/D進行閥門位置信號及輸入控制信號的采集,利用PWM輸出經過濾波后的位置信號,利用I2C總線與外部存儲器AT24C08進行通訊存儲設置值,利用SCI接口通過MAX485與上位機進行數據交換,充分利用了該芯片的內部資源,節約了成本。
2.1信號輸入部分
利用SR12內部A/D轉換,將輸入的模擬信號和閥門位置反饋的模擬信號進行量化。采用REF02作為A/D的基準電壓,其溫度漂移系數為3PPM/℃。
2.2信號輸出部分
SR12有3通道8位高速PWM,每個通道有獨立的計數器,可選擇PWM輸入時鐘以產生各種PWM頻率,并有自動相位控制。利用其中一路PWM作為模擬量輸出信號,其余兩路作為電機控制信號。同時選擇I/O口PTB6作為繼電器開關量輸出的控制信號。
2.3輸入輸出隔離
系統在工業現場使用時,涉及到各種儀表、傳感器及執行機構,會由于各種原因引入信號干擾以及各種危險的強電壓信號。為了保證系統的安全,保證檢測的正確性和運行的可靠性,采用光耦LOC210對輸入輸出信號進行隔離。
2.4通訊部分
為了完成工業現場遠程控制和組網的需要,系統支持RS485通訊方式。電平轉換芯片采用MAX485。實際工作時,可以與上位機進行遠程通訊,進行運行方式設定并監控運行狀態。
2.5電機驅動部分
電機的驅動采用電力電子開關雙向可控硅BTA16。雙向可控硅具有開關速度快、壽命長、無火花和拉弧現象等特點[2],保證執行機構在高溫條件下的長期可靠運行,同時有助于對電機的保護。主電路與CPU之間采用光耦MOC302X驅動,如圖3所示,圖中ZL為電機負載。
在設計中,MOC3020的二極管前向電流為15mA,MOC3021和MOC3023分別為8mA和3mA,所以可以由MC68HC908SR12的I/O口采用灌電流方式直接驅動。在實際工作時RC吸收回路的實際參數需要根據電機參數(ZL)的不同確定。
需要注意的是,MOC302X的耐壓是400V,如果電機需要工作在380V下或者電機的反電勢比較大時,要選用MOC308X系列。
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