智能电气阀门（精选八篇）
智能电气阀门 篇1
1 气动阀门定位器概述
阀门定位器,作为调节阀的主要附件之一,对提高调节阀性能有着至关重要的作用。定位器利用闭环控制原理,将从调节器来的调节或直接的控制信号与从执行器来的阀门位置反馈信号相比较,根据比较后的偏差使调节阀执行机构动作,从而使阀芯准确到位,达到定位的目的。主要包括以下几个部分:(1)信号调理部分:将输入信号和阀位反馈信号转换为微处理机所能接收的数字信号;根据输入信号所使用通讯协议的不同,信号调理部分的具体电路将有所不同;(2)阀位反馈装置:检测执行机构的阀杆位移并将其转换为电信号反馈到阀门定位器的信号调理部分;(3)微处理器控制:微处理器将送入的两个数字信号按照预先设定的流量特性关系进行转换和比较,判断阀门开度是否与设定信号相对应,并根据比较结果输出控制信号至电气转换控制部分;(4)电气转换控制:将输入的控制电信号转换为气流开关信号送至气动执行机构,推动调节机构动作。
2 智能型电气阀门定位器硬件设计
2.1 设计目的
智能型电气阀门定位器硬件设计主要包括:(1)实现准确定位,智能型电/气阀门定位器用于控制气动直行程或角行程执行机构,实现阀门的准确定位。(2)实现双向通讯,利用上位监控计算机和HART数字通讯,用户可在中央控制室使用安装在操作站中的现场设备管理软件了解和设置阀门定位器的全部信息,如工作方式、报警信息、设定值与实际运行过程的过程变量。(3)通过组态,实现多种功能。通过对智能阀门定位器的组态,可以实现多种功能,如可以设定行程范围、实现分程控制、设置不同的流量特性等。
2.2 低功耗设计关键技术分析
所谓二线制仪表,是指电源和信号线共用两根导线的仪表,即不使用任何额外的电源,仪表的供电完全是从控制信号中取出的,目前工业现场最常用的就是符合工业标淮的4~20m A电流信号。二线制仪表由于电源本身即取自信号线,所以在构成本质安全的防爆结构时,具有很大的优势。对于二线制定位器来说,输入电流信号范围为4~20m A,此信号既作为定位信号,又提供定位器所需要的全部功率,因此整个设备要求在低功耗下运行。主要解决方式有:(1)工作电压及工作频率的选用。为了降低单片机系统的功耗,必须降低其供电电压,并且在保证满足响应速度要求的条件下尽可能降低系统的时钟频率。(2)低功耗元器件的选用,电路设计上,尽量减少不必要的功率消耗,提高各部分的供电效率;选用低功耗或微功耗器件。(3)外围器件的电源管理。显示模块、通信模块处在不工作状态时均可由系统选择性的关断,从而降低系统的功耗。
智能式阀门定位器的控制电路主要由中央控制单元、HART接口单元、电源电路、I/P控制电路、保护电路、人机界面接口和阀位反馈电路等部分组成。中央控制单元所采用TI公司的MSP430F449型号单片机,不仅具有超低功耗的特性而且功能强大。电源模块的最终解决方案是采用电感型开关模式DC-DC变换器实现24V电源,利用电荷泵产生3V电源。压电阀将控制指令转换为气动位移增量,当控制偏差很大时(高速区),定位器输出一个连续信号;当控制偏差不大(低速区),定位器输出脉冲连续;当控制器偏差很小时(自适应或可调死区状态),则没有控制指令输出。阀门位置反馈模块的作用是将当前阀门的实际位置通过反馈电位器,以电压信号形式输出到中央控制器,定位器控制的精度与阀门位置反馈模块的设计有着直接的关系,反馈模块设计的科学合理,定位器的控制精度才能得以保障。
3 智能型电气阀门定位器软件设计
基于HART协议的低功耗智能阀门定位器是一种可以远程进行组态和控制的数字式现场设备,同时也可以通过人机接口在现场进行调试。整个定位器系统的运行状态分为自动模式、手动模式、组态模式三种。三种状态间的转换可由系统的功能键进行切换。
3.1 系统工作时的信号流
自动模式是智能阀门定位器的主要工作方式,自动模式下的系统采用闭环控制,系统对设定值和反馈值进行一系列处理后,调用相应控制算法,控制算法的输出直接驱动压电阀,从而实现对阀位的自动跟踪控制。设定信号和反馈信号的两条不同的通路:一是对设定信号的处理,包括输入范围、作用类型选择、分程控制、流量特性、自动密闭、输入延迟等;二是对阀位反馈信号的处理,包括非线性反馈修正、手动行程设定修正、阀位限制等。
处理后的信号在自整定过程中被同时传入自整定模块,系统通过对这些实时信息的分析,通过计算获得所需运行时参数;在系统处于自动模式和手动模式时,处理后信号被送到控制算法单元,控制算法根据偏差大小及当前阀位位置计算出PWM控制脉冲的占空比及控制周期,进而驱动压电陶瓷阀,实现对气路的闭环控制。
3.2 运行时参数自整定
传统定位器,整定组态参数时非常繁琐。每个参数都需要进行反复调整,费时费力。智能定位器通过微控制器,做到大部分参数可自动判定。在定位器安装和调试的过程中,用户只需进行很少的设定,实现了整定过程的自动化。运行时参数自整定过程中主要进行以下几个步骤:(1)确定执行机构作用方向。(2)确定执行机构的零点和行程。(3)泄漏量测试。(4)确定最小化定位增量。(5)瞬时优化响应。
3.3 带死区的五步开关控制算法
五步开关控制算法首先得到控制量与反馈量的偏差,并对偏差进行分类,偏差较大时,进行粗调;偏差较小时,则输出连续脉冲进行精确调节。由于振动将使阀门定位器进行无休止的精确调节状态,这势必影响调节阀的使用寿命,死区设置使上述问题得到很好解决;另外,还需进行阀门禁闭功能的设置,以避免阀门关不死,即阀门汽缸中有残余的压力。算法首先根据当前误差的大小计算出PWM控制波形的占空比,然后根据误差的正负进行充放气的识别,并调用相应的功能函数直接对压电阀进行充、放气控制。
4 结语
本文研究了基于HART协议的低功耗智能电气阀门定位器采用4~20m A的二线制信号线供电,来自4~20m A的设定信号和来自高精度传感器的阀位反馈信号经过A/D采样后被送入微处理器进行分析、计算,实现气动执行机构对阀门的高精度定位。
参考文献
[1]杨伟清,王化祥.智能电气阀门定位器的参数自整定[J].电子测量技术,2008,01.
智能阀门定位器在炼钢的应用 篇2
[关键词]气动阀门定位器；氧枪；底吹；过程控制
[中图分类号]TG435+2 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0199-02
一 引言
随着炼钢工艺的发展，工业自动化过程控制尤其重要。炼钢过程控制主要包括汽包三冲量调节过程控制，氧枪冶炼过程氧气、氮气调节过程控制，转炉冶炼过程中底吹过程控制，LE炉冶炼过程吹氩搅拌控制等，这些环节对钢产品质量和生产安全有很大的影响。冶炼周期内包含自动调节控制汽包液位、氧气压力流量控制，钢水在炉内均匀成分时的氩气流量控制；粗钢经过LE炉进行精炼作业时进行钢包氩气搅拌的流量控制。这些控制全部来源于自动化过程控制中主要组成部中的调节阀，而钢产品质量取决于上述工艺过程，故过程控制的质量决定于钢产品质量。
过程控制质量取决于过程控制仪表，包括传感器、控制单元、执行器以及各种辅助装置。执行器由执行机构和调节机构组成，按驱动行式分为液动、电动、气动执行器三种，而气动执行器（又称气动调节阀）以压缩空气为动力能源的一种执行器，它具有结构简单、动作可靠，性能稳定、价格低廉、维修方便等特点，一直都是炼钢工艺中常用的产品。
为了调节阀能够精确调整介质流量，改善调节阀使用精度，执行机构上都安装阀门定位器。阀门定位器是启动调节阀的主要附件，与调节阀配套使用，接受系统给定信号，以阀门定位器的输出信号进行比较来调节阀门开度，通过阀杆反馈信号与调节阀给定信号的偏差进行精确调节阀门开度。
二 传统阀门定位器的基本原理
气动阀门定位器按输入信号类型分为机械力平衡阀门定位器和电气阀门定位器。气动阀门定位器接收控制器输出气压信号，然后产生和控制器输出信号成比例的气压，用以控制薄膜型气动调节阀。改变喷嘴和挡板的距离可以改变喷嘴处压力，通过凸轮反馈的形状确定流量特性。气动阀门定位器工作原理如图2.1所示，当控制器来的信号P1增大时，波纹管1就伸长，并推动挡板13以反馈凸轮5为支点逆时针偏转，于是挡板13就接近喷嘴15，喷嘴反向压力增大，反向压力经过放大器14放大后，输出压力迅速上升，使膜头8压力增大阀杆带动反馈杆9向下移动，和反馈凸轮5绕支点4顺时针偏转使挡板与波纹管1为支点做逆时针偏转，于是挡板13离开喷嘴15，是输出压力下降，此时阀杆向下移动引起负反馈作用，此时一定的压力信号就对应一定的阀位信号。
电气阀门定位器的输入信号为0～20mA或4～20mA信号，输出为气压信号，其工作原理如图2.2所示。它的工作原理是力矩平衡原理，当电流通过力矩马达线圈两端时，它与永久磁钢作用后，对杠杆产生间矩，于是挡板接近喷嘴，经放大器放大后输出压力通入执行机构的气缸，通过反馈凸轮拉伸反馈弹簧，弹簧对主杠杆的反馈力矩与输入电流作用在主杠杆上的力矩平衡时，一定的电流信号对应一定的阀位信号。“
电气阀门定位器在使用过程中因受机械力影响、材质不同、环境不同造成平衡系统经常出现不稳定状态，需要经常进行调整，既增加了维护人员的工作强度，同时也对正常的过程控制产生了影响，对炼钢的生产的安全稳定造成巨大的隐患。
三 智能阀门定位器的基本原理
3.1 智能阀门定位器由微控制器、电气转换单元和阀位传感器组成取代了气动阀门定位器的机械力平衡机构，使其具备当前控制方式，并减少了机械力平衡的调整，简单容易操作，提高了工作性能，工作原理如（图1、2）所示。在调节阀器给定4～20mA信号和阀位反馈实际值进行比较，通过运算，比较偏差大小和方向输出电控信号到电气转换单元，控制输出气压信号调整执行机构气室压力、流量，从而控制调节阀的阀杆和阀芯变化。智能阀门定位器的软件由监控程序和功能模块两部分组成，前者使阀门定位器各硬件电路能正常工作并实现所规定的功能；后者提供了各种功能，供用户组态。各种智能阀门定位器，由于其生产厂家或具体用途和硬件结构不同，所包含的功能模块在内容和数量上有较大差异。
3.2 智能阀门定位器优点：
3.2.1 定位精度和可靠性高
3.2.2 流量特性易于修改
3.2.3 具有诊断和检测功能
3.2.4 零点、量程调整简单
3.3 一般智能阀门定位器可以在组态模式下对如下设置进行组态：
3.3.1 输入电流范围0至20mA或4至20mA；
3.3.2 设定点上升或下降特性；
3.3.3 定位速度限值（给定值斜率）；
3.3.4 分程；可调整起始值和满刻度值；
3.3.5 响应阈值（死区）：自动设定或人工设定；
四 西门子PS2智能阀门定位器Ⅲ
SIPART PS2系列阀门定位器现场监视窗有三个按键和双行LED显示可实现简洁的操作和编程。工作模式分为手动模式、自动模式、组态模式和手动操作模式，如（图3）所示。主要参数参考sIPART PS2系列阀门定位器用户手册。
五 结论
综上所述，针对提钒炼钢一厂内不同重点部位，对直接影响产品质量的重点调节过程需要使用新型智能阀门定位器的执行器，这样可以对提高产品质量和提高控制精度起到至关重要的作用。
参考文献
[1]夏焕斌，张永德，吴国熙；过程控制仪表机装置；兵器出版社；1991，2
[2]陈正刚，樊素芬；智能型阀门定位器在尿素装置中的应用；大氮肥；2005（3）22～25
[3]李勇振；智能液压阀门定位器控制系统研究与设计；武汉理工大学；2007，5
关于智能电气阀门定位器的应用探讨 篇3
智能电器阀门定位器是阀门定位器发展史上的一个里程碑, 它克服了传统阀门定位器耗能大、速度慢的缺陷, 大大地提高了工业生产的工作效率。智能电气阀门定位器耗能低、功率大, 在国外已较为普遍的研发应用, 其技术也在应用的基础上不断进行革新升级。我国智能电气阀门定位器的研发和应用起步较晚, 目前, 应用较普遍的仍是20世纪80年代传统的电气阀门定位器, 其已越来越不能满足我国工业化进程的要求。为了进一步完善工业机械控制系统, 做好智能电气阀门定位器的研制工作迫在眉睫。
1 智能电气阀门定位器的发展及其在我国的应用
气动阀门定位器在不同阶段有着不同的技术特点, 初期的气动阀门定位器是利用力的平衡原理, 这种定位器工作时易磨损、速度较慢、精度较低, 在安装过程中需要经历一个复杂而冗长的过程, 不能保证达到预期的控制效果。而且这种阀门定位器缺乏灵活性, 不能根据各程序的需要进行灵活的调节, 给相关工作带来了极大的不便。随着时代的发展, 新型的阀门定位器应运而生, 在技术上逐渐替代了传统阀门定位器, 使其性能得到极大的提高。目前, 我国机械制造业中对阀门定位器的应用还处于转型阶段, 智能电气阀门定位器并没有得到普及, 传统结构的电气阀门定位器依然占有较大比例。为了满足现阶段我国大规模工业化需求, 我国正积极进行智能电气阀门定位器的研发和应用推广工作, 这对提高我国工业机械的综合生产能力有很大的帮助。从某种意义上讲, 智能电气阀门定位器代表了工业发展的新方向, 我国必须跟上这一发展主流。
2 智能电气阀门定位器的研制方向
智能电气阀门定位器的研发主要从以下几个方面入手:
(1) 二线制智能执行器的电源设置;
(2) 取样电路的设置;
(3) 构建基于MSP430单片机的控制系统;
(4) 电气转换控制部分;
(5) 阀位反馈单元。
我们只有从以上几方面入手进行深入研究, 结合工业生产对调节控制技术提出要求, 并在实际机械控制作业中对智能电气阀门定位器技术进行有针对性的研发, 才能不断完善, 加速其应用和普及速度。
3 智能电气阀门定位器的相关技术
智能电气阀门定位器的技术难点主要包括:超功耗电源电路的设计、超低功耗MSP430单片机系统的设计以及取样电路的设计3大部分。电源电路是控制电路设计中不可忽视的环节之一, 电源电路设计的合理与否直接影响整个控制系统的耗电量及运行效率。在设计单片机系统时, 首先要根据单片机的特性, 合理优化整个系统, 将多个环节衔接起来, 从整体考虑如何优化设计, 结合整个软件系统将设计进行到底。新型的阀门定位器之所以优越于传统的气动阀门定位器, 耗能小是最主要的优点。因此在取样电路的设计中也要充分考虑能耗的大小, 应用单电源以减少耗能。尤其是在取样电路的设计过程中, 低端电流检测极易引入外来的电阻, 对控制系统具有较大的破坏性, 如何解决这一问题具有较高的技术难度, 需要技术人员投入一定的精力进行攻关。
4 智能电气阀门定位器的应用优势
智能电气阀门定位器随着时代的发展应运而生, 它具有广阔的发展空间和应用前景, 主要表现在以下几个方面:
(1) 在石化原料生产的过程中, 智能电气阀门定位器的高精度性可以提高其生产的质量和速度。
(2) 可使用智能电气阀门定位器改善总体的生产及加工系统, 进而改善控制系统, 克服落后技术造成的负面影响。
(3) 在其他的工业领域, 例如石油、冶金、化工方面都可以充分发挥其作用, 使其更好地服务于社会。
(4) 智能电气阀门定位器使生产加工的过程变得更加简洁、高效率, 在生产加工过程中提高了安全性, 也取得了更大的经济效益。
5 智能定位器的调试
智能电气阀门定位器在控制过程中利用智能阀门的特性可以实现高效率的调节, 从而确保和增加生产及加工的精确性和稳定性, 实现机械设备更好的运转。调节阀是控制体系中的终端, 其一旦发生故障, 将对整个装置的安全性能产生巨大影响, 影响设备的稳定运行。而运用智能阀门定位器就可以方便、快捷地改善调节阀的整体性能和流量特性, 并通过和DCS系统以及总线设备进行实时数字信息的传递或通讯, 以保障装置的稳定性和安全性, 确保生产的顺利进行。下面以智能电气阀门定位器在气动执行器中的应用为例进行简要说明。
5.1 调试准备
检查定位器与执行器是否准确连接, 并接线正确, 定位器是否提供1.4×105～7×105 Pa的工作气源和18～35 V电压源或4～20 m A电流源。在操作过程中, 通过3个按键检查执行器在全部调整范围内是否可以自由移动, 然后移动执行器使杆达到水平位置, 这时显示屏将显示一个48%～52%之间的值, 这样定位器就能够较为准确地测定杆的位移, 进而调整定位器连杆。
5.2 自动或手动进行初始化
气动执行器, 其初始化的过程实际上是定位器微处理器采集执行器数据的过程, 从理论上讲, 是定位器与执行器相匹配的过程。在数据采集过程中, 定位器能自动测定和设置执行器的作用方向、行程时间以及大多数的执行参数, 少数参数需要技术人员根据实际需要进行手动设置。
5.3 复制初始化数据, 定位器更换
当某台定位器出现故障, 需要更换, 而工艺系统又不允许对定位器进行初始化时, 可以使用这一功能对定位器进行调试。采用一台未经初始化的定位器与当前执行器进行连接, 用HART通信器从需要更换的定位器中采集数据, 并复制到新定位器上, 待工艺系统停运时, 再对该定位器进行初始化, 这样数据没有丢失, 工艺系统可以正常运行。
5.4 定位器的综合适应能力
如何保证智能电气阀门定位器在极端高温或低温环境以及震动强烈的管道或强辐射、强磁的环境中能够正常工作, 是智能电气阀门定位器未来的发展方向。针对这方面的问题, 国内研究人员开发了将阀位传感器与智能定位器进行分离式安装的技术, 在一定程度上起到了稳定智能电气阀门定位器工作状态的作用。但在目前的技术水平下, 虽然可以保证极端环境下智能电气阀门定位器的正常工作, 但也大大降低了智能阀门的使用寿命。这种技术并不能从根本上解决智能电气阀门定位器在恶劣作业环境中的高损耗问题。因此, 作为衡量智能电气阀门定位器性能的重要指标, 提高智能电气阀门定位器对极端环境的适应能力至关重要。
6 结语
智能电气阀门定位器的出现具有划时代的意义, 其应用普遍提升了工业制造业的生产及加工效率, 提高了生产力水平, 促进了生产关系的协调发展。随着社会经济的飞速发展, 科技的不断进步, 包括CPU在内的新型器件的不断更新和应用, 推动了智能电器阀门定位器的性能的提升, 其精度和应用范围也不断扩大, 前景广阔。针对我国工业生产的现实要求, 在实际应用中还应选择控制效果更好, 能够充分匹配调节回路, 能够适应特殊环境要求且使用寿命较长的智能电气阀门定位器。这样, 才能在实际应用中使其性能得到充分的发挥, 进而带动工业和其他相关行业的发展。
摘要：智能电气阀门定位器是智能气动执行器的核心控制部件, 其采用了先进的集成电路控制技术, 配合气动执行器中其他设备实现对工业机械的全方位控制, 提高实际生产效率;同时其克服了传统阀门定位器的缺陷, 提高了调节阀门控制的速度和精确度, 使阀门的控制更加精确和完善。现从电气阀门定位器的发展历史出发, 探讨智能电气阀门定位器的研制及实际应用。
关键词：智能,电气阀门定位器,控制,研制
参考文献
[1]蔡新.气动阀门定位器节能技术开发应用[J].上海节能, 2010 (1)
[2]曹长刚, 张卫华, 杨彦召, 等.智能总线气动阀门定位器控制系统研究[J].铜业工程, 2009 (1)
[3]潘蕊.浅析智能阀门定位器在化工装置的应用[J].山西建筑, 2010 (34)
教学中电气阀门定位器调试方法 篇4
电气阀门定位器是气动控制阀最重要的附件之一, 接收4m A~20m A或0m A~10m A的直流电流信号, 用以控制薄膜式或活塞式气动调节阀。电气阀门定位器接收的4 m A~20m A或0 m A~10m A的直流电流信号, 输入到电气阀门定位器的力矩马达中, 转换为力的作用, 使喷嘴与挡板之间的距离发生变化, 从而改变气动放大器的背压, 以此改变阀门定位器对执行器膜头的输出气压信号。它能够起到电气转换器和气动阀门定位器两种作用, 是气动执行器的主要附件, 与气动执行器配套使用, 用来提高阀门的位置精度, 克服阀杆摩擦和介质不平衡的影响, 从而保证阀门按照调节器来的信号实现正确定位。教学中, 学生调校有一定的困难, 经过实验我们总结了出现的问题, 并找到了解决办法。
二、电气阀门定位器调校方法的分析
气动控制阀出厂时, 定位器与控制阀都做过标定, 但是阀门装到管线上后往往需要再进行一次标定。电气阀门定位器在使用之前调校的方法一般是这样的:第一步:连接电路和气路。第二步:装百分表。第三步:先给执行器的膜头上加上50%的气压, 这个时候要让阀杆正好走完全行程的50%, 而电气阀门定位器的反馈杆要处于水平状态。第四步:调信号发生器输出4m A的信号, 对应的气压信号应为全量程的零点, 阀杆行程也应为零。通过看百分表, 如读数不为零, 调整电气阀门定位器的零点, 使其为零。第五步:调信号发生器输出20 m A的信号, 对应气压信号应为全量程的100%, 百分表的读数应分别为阀杆全行程的100%。否则, 调整电气阀门定位器的量程旋钮, 使之对应。而我们在调整的时候知道, 上述的调整方法实际上是一个反复调试的过程, 因为调整零点和量程是一个互相影响的过程, 调零点和调量程实际上就是反复调试调零弹簧长度和量程调整机构的放大系数, 使零点和量程均符合要求的过程。在通常情况下, 调零弹簧工作在线性区域, 其长度的变化范围是有限的, 但是调量程机构的机械位置是固定的, 所以调零弹簧长度和调量程都会受到限制, 而与调节阀不是配合得很好的时候, 这时再用上面的调校方法就不可能将定位器校准了。所以, 我们需要用其他方法来调校阀门定位器。
一般情况下, 我们会遇到这样的情况: (1) 反复调整, 零点和量程不准确。要么是零点符合要求但是量程不行, 要么是量程可以但是零点又不符合要求。 (2) 零点和量程符合要求, 但是中间不行, 也就是线性不好。 (3) 振荡。这种情况是最不好的, 电气阀门定位器会有振荡。出现上面几种情况, 主要都是因为反馈杆的比例不合适或是零点调整弹簧不合适造成的。我们可以用以下的方法来解决: (1) 调整反馈杆的比例臂长短。这个可以通过左右移动电气阀门定位器的安装位置或直接改变反馈杆与插销的位置来实现。一般情况下, 比例臂越长, 调节阀的行程会越大。 (2) 调整零点的调整弹簧系数。这个可以通过改变弹簧挂接的接口来改变。一般情况下弹簧拉得越紧, 反馈力就越大, 调节阀的行程会越小, 灵敏度也越高, 越容易振荡。
另外我们知道, 电气阀门定位器的反馈杆调水平是非常关键的。比如, 调水平的时候我们要求反馈杆要处于水平状态, 或者是与阀杆成90度的夹角。我们可以先把电气阀门定位器装在调节阀的执行机构上, 但不要把螺栓上紧, 一只手托住电气阀门定位器另一只手轻按电气阀门定位器的挡板, 使其逐渐靠近喷嘴直至完全靠紧。在这个过程中, 观察反馈杆向上和向下倾斜的角度, 找到一个位置使上下倾斜的角度大致一样, 上紧螺栓。然后在适当调整零点和量程使输入12m A电信号时反馈杆在水平位置。让零点和量程的旋钮大概在中间位置, 然后进行1、2步骤, 最后进行零点和量程的调整, 会很方便快速地将定位器校准了。在调校的时候还要认真、耐心、细致。要仔细思考出现的问题是什么原因造成的, 认真分析、解决。
结束语:综上所述, 通过对反馈杆比例臂长短和对调零弹簧系数的调整后再进行常规的调教来调校电气阀门定位器的方式是比较方便、准确的。通过教学实验也证明了这种方法学生易于掌握, 收到了很好的效果。
摘要：电气阀门定位器气阀门定位器是按力平衡原理设计工作的, 作为气动执行器主要的配套仪表主要用来克服调节阀受压差影响而产生的不平衡力, 提高阀门位置的线性度, 从而使调节阀的行程 (阀门开度) 与调节仪表输出的4-20mA或0-10mADC电流信号成对应的比例关系, 实现正确定位。其工作原理是在气动阀门定位器的基础上开发而成的电流信号控制阀门定位器。
液压阀门的智能控制 篇5
1 驱动智能阀门的装置示意
阀门是通过数字阀来控制1来进行来回摆动的。运用1的来回驱动来带动阀门轴进行来回运动, 使之能精准的分析阀门的位置并进行开合试验。下图1的摆动可以输出力矩和较大的力, 可以达到迅速及稳定的控制, 并可以做到准确控制开合。下图为智能阀门的液压驱动装置图。途中标记的4.5—差压式传感器, 安装在阀门前后的设置, 作用是处理到来的美压信号, 处理完成再传送到单片器的控制器, 与此同时, 下图中的3—角位移的传感器再将信号出送给下图中的10--单片机控制器, 然后只能计算信息, 对阀门管道中流量进行实际计算, 比较这个结果和一开始设定的数据。如果这个结果大于一开始我们设定的数据了, 则要对单叶片进行控制, 进行流量调节。
2 智能控制阀门的硬件
在现代工业自动化的控制中, 工业过程控制的质量很大程度上取决于过程控制仪表性能的高低。气动调节阀是工业过程控制的重要调节机构, 调节型阀门控制器是气动调节阀的核心附件, 它能够显著改善阀门的动态特性, 提高阀门的响应速度、定位精度以及控制灵活性。液压阀门的只能控制实在现有机械结构上改动最小的原则, 利用传感器和电子电路替换传统的机械控制结构。并且开发了集执行机构、驱动单元、调节控制单元、现场显示仪表等为一体的机电自动化只能电动执行器。实现并设计智能阀门控制器, 对提高国内阀门控制的自动化水平和智能阀门电动装置生产水平, 参与国际竞争具有重要的现实意义。下图是阀门控制的原理结构图。
3 软件部分设计
3.1 液压阀门控制系统的软件设计
图3为单片机的控制流程图, 在系统工作时, 通过传感器得到系统工作参数, 经过单片机处理后并与设定数据进行比较判断。当传感器检测到的值在可调范围内, 则再次进行判断;当检测值小于设定参考值时, 通过单片机设定程序计算, 使单片式摆动缸正转增大。图3单片机控制流程图开口面积来控制流量, 使其在设定的范围内;当检测到的值大于设定值时, 通过单片机设定程序计算使单片式摆动缸反传减小开口面积来控制流量, 使其在设定的范围内。
3.2 系统的故障报警
当差压传感器检测到的信号远远大于单片机控制器可调范围时, 调出报警子程序报警。报警以发出声音和 (LCD) 屏幕报警为报警信号, 显示"输入信号故障"。此时单片机控制器运行中断子程序。单片机控制器发出脉冲信号, 通过数字阀控制单叶片摆动缸使液压阀门全部打开, 这时可以用角位移传感器反馈信号给单片机控制器, 判断是否使控制阀门全部打开。当液压阀门全部打开后, 单片机控制器发出脉冲信号使油泵和电动机停止工作。同时单片机也可通过差压式传感器随时检测管道中的压力变化。并把检测到的信息反馈回单片机控制器, 使系统处于安全的运行状态。以方便操作者监视和处理。
4 系统抗干扰设计
通过上述分析可以说调节型阀门电动装置今后几年在国内将进入发展成熟阶段, 而且随着工业自动化的进步、控制技术发展及受数字技术和微处理技术的影响, 人们对工业过程控制的终端一执行器提出了新的要求, 以及调节型阀门电动装置与传统的普通阀门电动装置相比的突出优势, 可以推测在未来几年时间调节型阀门电动装置将会在很大层面上取代普通液压阀门电动装置。因此, 进行调节型阀门电动装置控制器的研究开发, 提升国内产品的技术水平, 以参与国际竞争势在必行。
结语
这个液压阀门的智能控制可以控制一定的流量在一定的场合下, 实现快送高效控制, 也可以根据不同的场合进行不同的流量设定与设计。系统也首次采用了差压式传感器和角位移传感器同时把信号输送给单片机控制器, 能快速达到控制要求。这样不仅可以保证系统的反应速度快, 更能使整个控制系统更加稳定。系统只考虑用管道中的压力来控制流量, 还可以在改变传感器的情况下, 通过测试流量和开口面积来控制压力。
参考文献
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智能阀门定位器控制算法的改进 篇6
我国在智能阀门定位器的研究过程中,取得了一些成果[3,4]。控制算法是智能阀门定位系统的核心,算法的优劣将直接影响阀的定位精度和定位速度[5]。在国内的很多阀门定位器产品中,控制算法采用五步开关控制算法。笔者针对阀门定位器五步开关控制算法的研究和改进,旨在实现更好的控制效果。
1 智能阀门定位器控制系统
1.1智能阀门定位器工作原理
定位器的工作原理如图1所示。定位器接收4～20mA的标准电流信号,转换为阀位设定值,执行机构的直线或转角实际位移通过连接装置转换为角度位移,并由位置传感器测得,反馈至微处理器,微处理器将实际阀位反馈值和设定值进行比较,检测到偏差后,根据偏差大小和方向输出脉宽调制指令到压电阀,压电阀按控制指令调节膜头进气量和排气量[6]。
1.2 压电阀工作原理
压电阀是控制主板的直接控制对象,其性能参数如下[7,8]:
工作电压 24VDC
工作电流 小于10μA
维持电流 0μA
响应时间 小于20ms
电容 小于100nF
工作气压 12～800kPa
流量 130L/min
工作温度 -30～+60℃
压电阀模块采用两个开关式压电阀(PV1和PV2)和两个单向阀构成控制气路。主控制器通过控制算法,输出PWM控制压电阀的动作,从而实现调节阀的进气、排气与保持状态。进气、排气与保持状态对应压电阀的状态见表1。
2 控制算法
2.1 五步开关控制算法
五步开关控制算法[9,10],即Bang-Bang控制和正向PWM相切换的方法,根据阀位设定信号与阀位反馈信号之间的偏差大小,采用相应的PWM信号控制压电阀,从而实现排气、进气和保持状态。当阀位偏差较大时,压电阀全开,调节阀全速进气,阀位迅速到达设定位置,实现粗调;当阀位接近设定位置时,在一定范围内按设定的周期和占空比,输出PWM控制信号,进行微调;为避免调节阀在设定位置附近频繁的振荡,设定死区范围ε,当偏差位于死区范围内时,关闭压电阀,使阀位保持当前位置。
PWM控制信号和阀位偏差之间的关系为:
五步开关控制算法流程如图2所示。
2.2 改进的五步开关控制算法
理想情况下,开关阀的等效开口截面积与占空比之间的关系是线性的,但由于压电阀的滞后性和阀芯惯性,高电平持续40ms以上才能保证阀芯开启,低电平持续10ms以上才能保证阀芯关闭。占空比修正公式为:
式中 da——修正输出占空比;
ds ——期望输出占空比;
dmin ——压电阀动作的最小占空比;
dmax ——压电阀动作最大占空比。
根据气动薄膜调节阀调节效果的特点,高阀位时,气室和气源压差变小,相对于低阀位而言,在相同的充气脉冲时间内充入的气体更少。为改善高阀位时响应速度,使PWM的占空比随阀位的升高而加大。在五步开关算法占空比的基础上,添加随阀位反馈线性变化的占空比,改进后的五步开关算法占空比的计算公式为:
d*=da+KdPV (3)
3 实验效果对比
国内乐清市自动化仪表九厂生产的智能阀门定位器SEPP4000采用五步开关控制算法,当设定值由10%变化至90%时,阀位反馈电位器输出对应的电压范围是788～632mV;当设定值由90%变化至10%时,阀位反馈电位器输出对应的电压范围是632～784mV。
进行空载下闭环控制试验[11],将改进后的五步开关控制算法的控制效果与标准五步开关控制算法的控制效果进行对比。阀位反馈信号响应曲线如图3～6所示。
调整时间与超调量的比较见表2。
通过比较发现,改进后的五步开关控制算法调整时间更短,在高阀位时表现更为明显。
4 结束语
根据气动薄膜调节阀的特点,低阀位时,气室进气少,气压小,由于气体的可压缩性,调整时间短但更容易出现超调现象;高阀位时,调整时间长,气室进气多,气压相对稳定。笔者通过五步开关控制算法的改进,经过实验效果对比,有效缩短了调整时间,减小了超调量,控制效果更理想。对PWM占空比的修正,是解决气动薄膜调节阀高低阀位控制效果缺点的有效方法,可作为智能阀门定位器控制算法研究之借鉴。
参考文献
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[4]刘虹.汽包液位三冲量调节系统DCS组态结构改进方案[J].化工自动化及仪表,2009,36(5):105～107.
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[7]李宝华.智能阀门定位器气动部件[J].自动化博览,2010,27(9):98～100.
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[9]王沁.压电式阀门定位器参数寻优自整定方法[J].电子测量与仪器学报,2011,25(7):612～618.
[10]傅樟木.基于高速开关阀的气动执行器位置伺服控制研究[J].科技资讯,2010,(14):134～135.
智能型阀门电动装置寿命试验系统 篇7
关键词：电动装置,寿命试验,工控机,PLC,MCGS组态,液压加载
阀门电动装置是对各类阀门进行安全启闭和智能调节, 可现场和远距离控制的一种机电一体化设备。阀门电动装置寿命试验是电动装置模拟阀门启闭转矩的变化进行10000次开关循环操作, 从而测试阀门电动装置的整机运行效率和最大控制转矩的变化, 以及位置控制的精度, 是阀门电动装置型式试验中一个重要试验项目。目前国内阀门电动装置寿命试验台, 特别是满足智能型阀门电动装置寿命试验方面存在着很多不足, 如控制技术落后, 系统框架不完整, 测试扭矩不直观, 无数据记录和输出功能等。基于以上问题, 本文提出了智能型阀门电动装置寿命试验系统。
1、系统总体设计
智能型阀门电动装置寿命试验系统以工控机和PLC为检测控制核心、由电气控制系统、液压控制系统、循环水冷却系统、力矩传感器、数据采集硬件和软件、数值运算处理软件、图形显示与操作软件、试验报告生成、图表与测量结果存储软件等组成。系统的液压控制模拟阀门启闭转矩, 采用力矩传感器和检测仪表采样数据, 通过PLC和组态软件处理和显示数据。图1为试验系统构成框图, 图2为试验系统外形。
2、试验系统的加载及冷却
寿命试验是电动装置模拟阀门启闭转矩的变化进行开关循环操作, 因此, 寿命试验台用液压控制系统来模拟阀门启闭转矩的变化, 其有液压加载装置、液压控制系统和循环冷却系统组成。
(1) 液压加载装置。液压加载装置由油缸、动态扭矩传感器、限位开关和连接部分组成。工作原理为:油缸提供阀门电动装置的开关动作负载;动态旋转扭矩传感器, 对电动装置输出扭矩进行实时直接测量, 给电气控制系统提供最准确的转矩数据, 供PLC的运算控制;通过限位开关对油缸超行程提供保护。
液压油缸最大工作压力为10MPa;最大推力123150Kg, 最大拉力82930Kg;油缸行程为160mm;液压加载装置提供负载扭矩范围为200-1200Nm。
(2) 液压控制站。液压控制站由油泵、比例溢流阀、传感器等组成。主要作用为:提供对油缸的输入输出端的高低压转换, 通过比例溢流阀来调整背压压力, 实现对背压高压的比例调节, 监控高压端压力, 结合旋转扭矩传感器来形成对阀门电动装置输出扭矩的闭环控制, 提高扭矩的精度和稳定性, 完成液压站的保护等。
(3) 循环水冷却系统。阀门电动装置配用阀门电机通常为S2短时工作制。在整个寿命试验过程中, 电动装置动作频繁且承受较大负载, 阀门电机温升很高。结果将导致电机热保护动作或者烧毁, 从而中断寿命试验过程。循环水冷却系统可有效降低阀门电机温升, 保证试验正常进行。
循环冷却系统由电机、喷淋装置和蓄水池组成。主要作用是对被试电动装置的阀门电动机进行喷淋冷却, 保证整个寿命试验顺利完成。蓄水池的容积为35升, 保证整个循环冷却系统用水的同时也能有足够的冷却条件。电气控制为独立控制回路, 启动由PLC控制, 安装方便。配有软性钢制喷头, 调节喷淋位置可适合各种型号规格的阀门电动装置。
3、试验系统电气控制
试验台电气控制由触摸式工控机、PLC可编程序控制器、传感器和二次仪表等组成。电气自控部分安装于操作台内, 操作台面板和内部结构合理, 方便操作和维护。操作台具有手动调试和自动运行功能。图3为电气控制原理。
利用触摸式工控机作为人机界面显示试验数据和输入操作指令, 同时也用作试验数据存储及文档输出端。工控机与三菱FX1N-24MR小型PLC之间采用串口连接, 传递操作指令和数据。
工控机采用15寸工业液晶显示器作为显示界面。操作界面采用MCGS (Monitor and Control Generated System, 监视与控制通用系统) 组态软件编制, MCGS可用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统, 主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制, 可运行于Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。通过组态软件实时修改和监控控制参数, 并记录和输出。操作界面简洁直观, 可实时显示各测试量和一些重要的数据的测试参数 (如力矩) , 可显示各测试量的历史数据。
工控机具有USB打印接口, 可人工或自动定时保存和打印测试结果、实验数据, 可连接打印机打印生成标准格式的实验报告, 也可通过USB接口将测试报告输出, 输出格式为xls。
4、试验系统功能及操作界面
阀门电动装置一开一关为一次运转周期。寿命试验系统每运转一次的时间为40s。即开10s, 停10s, 关10s, 停10s。操作时间特性如图4所示。
智能型阀门电动装置寿命试验系统特点如下:
(1) 执行标准严:试验台可以完全按照《JB/T8862-2000阀门电动装置寿命试验规程》规定的相关寿命试验要求, 对阀门电动装置进行寿命试验, 试验次数可以万次以上。 (2) 适用型号多:满足对普通型、一体型、智能型进行检测, 适用范围广泛。 (3) 调节范围宽:可以在200-1200Nm范围内的阀门电动装置进行寿命试验, 并且测试时间和加载倍数及时间可进行调节, 可以按照要求储存和修正运行参数。 (4) 采集数据方便:对试验数据进行定时采集分析, 实时显示和记录运行参数。 (5) 保护措施严格:对试验阀门电动装置进行冷却, 并且采用定时和超行程, 突发事件进行保护, 可靠性很高。
5、结语
在这试验平台上已对三个系列五个规格产品进行了寿命试验, 历时近半年多时间, 实际使用效果比较好。试验人员反映操作简单, 设置界面友好, 整个试验过程可无人值守, 试验结束后可获得与试验规程较吻合的加载曲线。阀门电动装置本体故障后能很好保护试验系统, 中断试验并记录故障和时间。
智能型阀门电动装置寿命试验系统研制成功, 意味着阀门电动装置行业对产品使用寿命的验证能力有了提高, 这个系统可以在行业内得到广泛应用。
参考文献
[1]王兴, 蒋庆华.电动执行器.北京:机械工业出版社, 1982.
[2]McgsTpc系列教程.北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.2010.
智能电气阀门 篇8
现场总线以一种串行的、数字数据通信链路的形式, 在分布于生产及过程现场的基础控制设备之间以及与控制室里较高层的自动化控制设备之间建立联系。现场总线及相关技术的引入, 改变了分散控制系统的结构体系[1,2]。新的控制系统被称作现场总线控制系统, 它是全分散式的和开放式的系统。Modbus属于现场总线的一种, 它是有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。
阀门是管道系统中应用最广泛的执行机构。目前, 常用的调节阀门按其动力源的不同, 可分为气动阀门、液压传动阀门和电动阀门。随着机电一体化技术的发展, 电动阀门在工业生产中表现出巨大的优势, 越来越多地应用到工业控制现场和民用自动控制系统中。电动阀门由阀门电动装置和阀门两部分组成, 可以接受操作人员或自动装置的命令, 自动截断管道中的介质流量。与气动阀门和液压传动阀门相比较, 它具有动作响应速度快、工作效率高、调速性能好和操作简便等优点[3]。随着时代的发展, 这些产品在日益激烈的市场竞争中已经暴露出了许多劣势和不足, 比如结构复杂, 控制精度低, 缺乏完善的故障诊断、报警和处理装置。
针对农用电动阀门存在的不足, 为了适应现代工业发展的要求, 提出了一种基于Modbus现场总线的智能农用阀门电动执行机构控制系统的新设计方案。
在克服了传统电动阀门不足的前提下, 增加了许多新功能, 拓展了使用领域, 改善了性能指标, 实现了电动农用控制的数字化, 扩展了现场总线的智能通讯接口, 并兼容Modbus通讯协议。
1 Modbus现场总线通讯原理
1.1 Modbus的RTU传输模式
RTU模式中, 信息开始至少需要有3.5个字符的静止时间。各个区允许发送的字符均为十六进制的0～9, A～F。网络上的设备连续监测网络上的信息, 包括静止时间。当接收第1个地址数据时, 每台设备立即对它解码, 以决定是否是自己的地址。发送完最后一个字符号后, 也有一个3.5个字符的静止时间, 然后才能发送一个新的信息。整个信息必须连续发送。如果在发送帧信息期间出现大于1.5个字符的静止时间时, 则接收设备刷新不完整的信息, 并假设下一个地址数据。同样一个信息后, 立即发送的新信息 (若无3.5个字符的静止时间) 将会产生一个错误, 这是由于合并信息的CRC校验码无效而导致的。
1.2 Modbus的域
信息地址包括2个字符 (ASCII) 或8位 (RTU) , 有效的从机设备地址范围为0～247 (十进制) , 各从机设备的寻址范围为1～247。主机把从机地址放入信息帧的地址区, 并向从机寻址。从机响应时, 把自己的地址放入响应信息的地址区, 让主机识别已做出响应的从机地址。地址0位于广播地址, 所有从机均能识别。信息帧功能代码包括字符 (ASCII) 或8位 (RTU) , 有效码范围为1～225 (十进制) 。数据区有2个十六进制的数据位, 数据范围为00～FF (十六进制) 。根据网络串行传输的方式, 数据区可由一对ASCII字符组成或由一个RTU 字符组成。
1.3 Modbus错误校验
标准的Modbus串行通讯网络采用两种错误校验方法, 奇偶校验和信息帧校验 (CRC) 。CRC检测使用于RTU模式, CRC域检测整个消息的内容。CRC是先调入一值是全“1”的16位寄存器, 然后调用一过程将消息中连续的8位字节与当前寄存器中的值进行处理。仅每个字符中的8bit数据对CRC有效, 起始位、停止位以及奇偶校验位均无效。CRC产生过程中, 每个8位字符都单独和寄存器内容异或, 结果向最低有效位方向移动, 最高有效位以0填充。LSB被提取出来检测, 如果LSB为1, 寄存器单独和预置的值或一下;如果LSB为0, 则不进行。整个过程要重复8次。在最后一位 (第8位) 完成后, 下一个8位字节又单独和寄存器的当前值相或。最终寄存器中的值是消息中所有的字节都执行之后的CRC值。
2 智能农用阀门电动执行机构系统总体设计
智能农用阀门电动执行机构是在阀门机械执行机构的基础上开发的自动控制系统, 能在最大程度上对阀门的工作进行操纵、监控和系统安全保护。电动阀门智能控制器能够通过Modbus 现场总线接收控制中心的命令信号和阀门实际工作的反馈信号, 实现对阀门正转、反转或停转的闭环控制, 还可以进行故障报告、应急处理、显示和键盘控制等功能。
系统总体结构如图1所示。本系统主要由控制器、力矩检测机构、行程检测机构、人机界面 (液晶显示, 旋钮, 红外设定) 和执行器 (驱动电机, 减速器) 等组成。
在以电动执行机构作为最终执行装置的自动控制系统中, 传统的方法的以调节仪表输出的模拟信号去控制电动执行机构动作, 而且老式的电动执行机构比较笨重, 伺服驱动器和执行器两大部分分成两块, 在实际应用中很不方便。新型电动执行机构则是将位置反馈信号A/D转换后输入微处理器, 在微处理器内与控制中心信号 (数字信号) 比较, 比较后输出开关信号, 驱动执行器动作。系统也可通过RS-485总线与PC机相连。上位机采用工控软件组态王, 通信协议为简单可靠的Modbus, 实现远程设置、监控和故障诊断等功能。
本阀门电动执行机构主要由控制器和执行器组成, 它是以标准三相、三线额定电源 (50Hz, 380V) 交流电源作为驱动电源, 接受来自控制中心DC4-20mA或者DC1-5V控制信号 (或者是PC机传递给控制器的设置值) , 并将其转换为相应的输出轴角位移, 去操纵调节阀。由图1可看出, 阀门电动执行机构的控制过程是一闭环控制, 通过设定信号和反馈信号的比较控制电机运转, 驱动阀门动作。借鉴现阶段已有的技术, 控制器采用功能强大的微处理器C8051F020作为控制器的核心, 可以尽可能少地去扩展外围电路, 从而减小体积、减少故障概率, 再配以相应的功能电路, 执行器的驱动电机采用短时工作制的三相异步交流电机, 或减速机构采用蜗轮蜗杆等, 明显简化了系统的结构, 降低了成本, 提高了控制精度。
3 阀门电动执行机构控制器部分硬件设计
3.1 前向采样通道
3.1.1 阀位行程
阀位行程检测采用格雷码输出的多圈绝对编码器模块。绝对编码器随着电机的旋转处于不同的位置时, 它送出的数值不同, 每一个数值和一个角度相对应。由于绝对编码器可以以标准逻辑电平输出数字编码, 所以只要把绝对编码器的输出直接接到单片机的输入即可。
3.1.2 (4～20mA) 电流输入
为减小模块占用体积, 提高可靠性, 缩短开发周期, 4～20mA输入模块选用深圳顺源公司的直流电流信号隔离放大器ISO-A4P104。顺源ISO系列隔离放大器在同一芯片上提供了电源及信号的隔离。该混合集成芯片在同一芯片上集成了磁电耦合DC/DC变换电源及电流输出的光电耦合隔离放大器。
3.1.3 A/D转换
C8051F020芯片引脚有8个专用于模拟输入, 是8路12位ADC的输入端, 每路12位的转换精度都是其自身的±1LSB (最低位) 。一般在启动ADC之前都要处于跟踪方式, 复位时ADCxCN的位7为0, 处于关断状态。一般在转换之前还自动加上3个系统时钟的跟踪/保持捕获时间。每次转换结束时, ADCxCN的位5为“1”, 位4的下降沿触发结构中断, 也可用软件查询这些状态位。
3.2 后向控制通道
3.2.1 电机正反转
电动机采用两级继电器进行驱动, 即CPU并口通过光耦控制电路板上小型继电器的动作, 小型继电器的触点输出控制交流接触器的通断。根据阀门需求, 电机必须双向可控, 因此用两个交流接触器分别控制电机正转与反转。
3.2.2 (4～20mA) 电流输出
同样采用了广东顺源公司的集成模块, 原理同上文的4～20mA输入模块。D/A输出0～2.5V的电压, 作为该模块的输入来输出4～20mA的线形电流。
3.2.3 D/A 转换
C8051F020器件都有两个片内12位电压方式数/模转换器 (DAC) , 可以用对应的控制寄存器DAC0CN和DAC1CN使能/禁止DAC0和DAC1。每个DAC的电压基准在VREFD引脚提供。使用内部电压基准时, 为了使DAC 输出有效, 该基准必须被使能。
3.3 人机交互部分
3.3.1 液晶显示电路部分
液晶显示模块采用深圳新烨达公司的YXD-12864M。该系列模块是图形点阵液晶显示模块, 主要由行驱动器、列驱动器及128×64全点阵液晶显示器组成, 可完成图形显示, 也可以显示4×8个 (16×16点阵) 汉字。
3.3.2 磁控开关技术
磁控开关是利用磁场信号来控制的一种线路开关器件。磁控开关又称为干簧管。干簧管的外壳一般是一根密封的玻璃管。在玻璃管中装有两个铁质的弹性簧片电极, 玻璃管中充有某种惰性气体。平时玻璃管中的两个簧片是分开的, 当有磁性物质靠近玻璃管时, 在磁场磁力线的作用下, 管内的两个簧片被磁化而互相吸引接触, 使两个引脚所接的电路连通。外磁场消失后, 两个簧片由本身的弹性而分开, 线路就断开。
3.3.3 红外遥控技术
红外遥控是无线、非接触式控制技术, 具有抗干扰能力强、信息传输可靠、功耗低、成本低以及易实现等显著的优点。本系统使用特制的本安型红外调试器RC-01, 对执行机构的力矩值、行程值和控制方式等其他参数进行简单、安全、快速以及非侵入式的调整与设定。
3.4通讯电路
RS485串行通讯接口选用美国TI公司的75LBC184。本设计系统中, 通信波特率用户可自行选择, 可选4.8k, 9.6k, 19.2k, 完全可满足本通信系统要求。接收器的独特设计是:当输入端开路时, 其输出为高电平。这一特性保证接收器输入端电缆有开路故障时, 不影响系统的正常工作。
4 阀门电动执行机构控制器部分软件设计
电动阀门智能控制器的软件采用汇编语言进行编程, 如图2所示。
现场总线通讯部分采用C高级语言进行编程, 软件设计主要包括以下几个部分。
1) 主程序。
负责系统各功能子程序的协调以及调用。
2) 初始化子程序。
完成系统的自检测及内部资源的分配。
3) 采样和滤波子程序。
完成阀门参数的实时采样以及数字滤波, 将其转换成4～20 mA 标准的电流或+ 5 V 电压信号。
4) 模/
数转换子程序。将4～20 mA 标准的电流或+ 5 V 电压信号转换成数字信号, 然后输入中央处理单元。
5) 控制子程序。
完成数/ 模转换, 发出控制命令, 驱动执行机构, 带动电机转动。
6) 通讯子程序。
按照现场总线的Modbus协议, 完成上位机与现场各个电动阀门之间的通讯。上位机远程发送控制命令, 下位机向上位机转送阀门的运行参数。
7) 显示子程序。
显示阀门实际开度值, 并对阀门运行状态进行实时显示。
5 结语
本文提出了一种基于Modbus现场总线的智能农用阀门电动执行机构控制系统的新设计方案。本控制系统采用了智能控制、自校正、自诊断和数字通信等技术, 改变了传统的阀门电动执行器控制结构, 实现了在生产现场的全分散控制, 节约了大量的信号电缆, 增加了系统的实时性和可靠性, 并且真正实现了电动阀门的数字化和智能化。
参考文献
[1]阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].北京:清华大学出版社, 1999.
[2]李正军.现场总线及其应用技术[M].北京:机械工业出版社, 2005.