智能電動調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)調(diào)試

智能電動調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)調(diào)試閥門的控制量為閥門開度，在應用場合往往會根據(jù)實際需要將閥門開或關(guān)，或者開到一定程度，甚至動態(tài)的以某種規(guī)律開關(guān)。在傳統(tǒng)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(shù)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(jīng)常出現(xiàn)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(tǒng)的調(diào)試和檢修。筆者設計的智能型控制系統(tǒng)采用數(shù)字化的方法來控制電動執(zhí)行機構(gòu)運行。
功能相對簡單，采用伺服放大器和執(zhí)行機構(gòu)就可以完成基本的功能設計，但是智能型電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器要完成人機交互、智能控制、通訊等一些相對比較復雜的功能，這就要求在傳統(tǒng)電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器的基礎上增加一些新的模塊來支撐這些功能。



智能電動調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)調(diào)試圖1-電動調(diào)節(jié)閥
智能電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，智能電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器的基本功能模塊主要由主控單元、接口模塊、電源模塊、功率驅(qū)動模塊、伺服驅(qū)動控制模塊、檢測反饋模塊組成。智能電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器主控單元通過接受CAN總線傳送的上位機命令并結(jié)合所要調(diào)控的對象（如閥門）的檢測傳感器反饋回來的信號，主控CPU據(jù)此計算所需的速度控制信號。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(tǒng)一的標準直流信號(如4～20mA的電流信號)，經(jīng)信號處理及A/D轉(zhuǎn)換送至微處理器，微處理機將處理后的數(shù)據(jù)送至顯示單元顯示調(diào)節(jié)結(jié)果，運算處理后產(chǎn)生的控制信號驅(qū)動交流電機。此外，系統(tǒng)帶通訊功能，可以接收上位機的指令，進行遠程數(shù)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(xiàn)現(xiàn)場手動控制。


    智能電動調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)調(diào)試主要功能描述：
    (1)一體化結(jié)構(gòu)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(jù)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(zhí)行機構(gòu)或開、或關(guān)、或保特、或在0～99%之間預置的任意值；
    (4)數(shù)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(xié)議在上位機進行編程組態(tài)，對過程量、開關(guān)量作數(shù)據(jù)或圖形處理。
    (6)閥門行程自整定，輸入輸出模擬信號自校準。


    2智能電動調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)硬件組成
    智能電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器的基本功能模塊主要由主控單元、接口模塊、電源模塊、功率驅(qū)動模塊、伺服驅(qū)動控制模塊、檢測反饋模塊組成。智能電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器主控單元通過接受CAN總線傳送的上位機命令并結(jié)合所要調(diào)控的對象（如閥門）的檢測傳感器反饋回來的信號，主控CPU據(jù)此計算所需的速度控制信號。
然后將該信號傳送至何服驅(qū)動控制模塊，智能電動調(diào)節(jié)閥功率驅(qū)動模塊驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，使被控對象（閥門）的開度在理想的時間內(nèi)達到一個合理的位置。智能電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行器利用了現(xiàn)場總線通信技術(shù)將伺服放大器和功率驅(qū)動模塊緊密起來，實現(xiàn)了主控單元和執(zhí)行機構(gòu)的雙向通訊、在線標定、自我診斷、保護等多種功能，很大程度上提高了控制精度和設備運行的安全性。智能控制器根據(jù)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MC68HC908SR12(SR12)，電機控制的主電路采用電力電子技術(shù)實現(xiàn)。SR12具有速度快、功能強和價格低等特點。其工作頻率可達8MHz，有512字節(jié)的片內(nèi)RAM、12K字節(jié)的片內(nèi)FLASH存儲器，14路10位A/D，及SCI、I2C、SPI等通訊接口［1，4］。


    系統(tǒng)應用SR12內(nèi)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(jīng)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(shù)據(jù)交換，充分利用了該芯片的內(nèi)部資源，節(jié)約了成本。
    2.1信號輸入部分
    利用SR12內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)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(shù)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(shù)器，可選擇PWM輸入時鐘以產(chǎn)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(guān)量輸出的控制信號。
    2.3輸入輸出隔離
    系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場使用時，涉及到各種儀表、傳感器及執(zhí)行機構(gòu)，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(tǒng)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智能電動調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)調(diào)試通訊部分
    智能電動調(diào)節(jié)閥任何一種技術(shù)的進步都和相關(guān)其他技術(shù)的進步有著非常緊密的關(guān)系，執(zhí)行機構(gòu)的發(fā)展也離不開微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、機電一體化技術(shù)等技術(shù)的進步。伴隨這些相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，智能電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)的發(fā)展趨勢為：智能變頻技術(shù)、模塊化設計技術(shù)、高效變頻電機及傳動技術(shù)、S9工作制、動態(tài)力平衡定位技術(shù)、故障診斷及保護技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、抗電磁干擾技術(shù)、機電一體化結(jié)構(gòu)、數(shù)字控制技術(shù)等等。為了完成工業(yè)現(xiàn)場遠程控制和組網(wǎng)的需要，系統(tǒng)支持RS485通訊方式。電平轉(zhuǎn)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(jiān)控運行狀態(tài)。
    2.5電機驅(qū)動部分
    電機的驅(qū)動采用電力電子開關(guān)雙向可控硅BTA16。雙向可控硅具有開關(guān)速度快、壽命長、無火花和拉弧現(xiàn)象等特點［2］，保證執(zhí)行機構(gòu)在高溫條件下的可靠運行，同時有助于對電機的保護。主電路與CPU之間采用光耦MOC302X驅(qū)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(qū)動。在實際工作時RC吸收回路的實際參數(shù)需要根據(jù)電機參數(shù)(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。