引言：介紹了一種閘閥電動(dòng)執(zhí)行器的控制器。該控制板選用MOTOROLA企業(yè)的8位微控制器做為控制單元，用功率器件做為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器模塊，完成了一個(gè)集自動(dòng)控制系統(tǒng)、手動(dòng)調(diào)節(jié)、狀態(tài)檢測(cè)等基本功能于一體的智能控制系統(tǒng)。該體系適用各種工業(yè)生產(chǎn)調(diào)壓閥。

關(guān)鍵字：閘閥電動(dòng)執(zhí)行器；控制器；MC68HC908SR12
前言
水、汽、油等液體與產(chǎn)業(yè)發(fā)展擁有緊密聯(lián)系，而液體在工業(yè)上的使用離不了管道網(wǎng)系統(tǒng)軟件，有管道網(wǎng)必定有閥門。由于工控自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)，傳統(tǒng)式的手工機(jī)械調(diào)節(jié)方式在很多場(chǎng)所已不再可用。要實(shí)現(xiàn)管道網(wǎng)系統(tǒng)軟件的工控自動(dòng)化管理方法，也是離不了電動(dòng)調(diào)節(jié)閥這一管道網(wǎng)系統(tǒng)軟件里的執(zhí)行器。在一些使用場(chǎng)所，對(duì)閥體的操縱不單單是簡(jiǎn)單開關(guān)控制，還牽涉到開啟度操縱及其總流量等各種關(guān)系操縱，他們閘閥電動(dòng)執(zhí)行器控制板的智能性提出了更高的需要。原文中運(yùn)用微控制器設(shè)計(jì)了一種閘閥自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)操縱的智能化系統(tǒng)。
1系統(tǒng)軟件原理和作用
閘閥的控制量為閥門開度，在使用場(chǎng)所往往會(huì)依據(jù)現(xiàn)實(shí)必須將閘閥開或關(guān)，或是調(diào)到一定程度，乃至動(dòng)態(tài)性的以某類規(guī)律性電源開關(guān)。在傳統(tǒng)式的仿真模擬控制方式選用時(shí)長(zhǎng)、電流的大小來(lái)表明閘閥的打開方向。因?yàn)槲：r(shí)長(zhǎng)、電流量(工作電壓)等技術(shù)參數(shù)的要素許多，因而表明的打開視角與氣動(dòng)閥門的實(shí)際位置不容易做到同歩，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)顯著的偏差［3］。與此同時(shí)，簡(jiǎn)單模擬量控制給予的數(shù)據(jù)非常不足，不利系統(tǒng)軟件的調(diào)節(jié)和維修。我設(shè)計(jì)方案的全智能自動(dòng)控制系統(tǒng)選用智能化的辦法來(lái)操縱電動(dòng)執(zhí)行器運(yùn)作。其控制器系統(tǒng)構(gòu)成如下圖1所顯示。

選用MOTOROLA企業(yè)片式微控制器和外場(chǎng)處理芯片構(gòu)成智能化系統(tǒng)的部位控制單元，接受統(tǒng)一的規(guī)范直流信號(hào)(如4～20mA的電流信號(hào))，經(jīng)信號(hào)分析及A/D變換送往微控制器，微處理器將解決前的數(shù)據(jù)信息送往表明模塊表明調(diào)整結(jié)論，計(jì)算解決后造成的控制信號(hào)推動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)。除此之外，系統(tǒng)軟件帶通信作用，能夠接受上位機(jī)軟件的命令，開展遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)控制。與此同時(shí)還可以在控制器當(dāng)?shù)氐挠|摸屏一體機(jī)上根據(jù)菜單欄和按鍵完成當(dāng)場(chǎng)手動(dòng)控制。
關(guān)鍵功能描述：
(1)一體化總體設(shè)計(jì)，立即接受4～20mA/4～12mA/12～20mA/0～5V/1～5V等控制信號(hào)，導(dǎo)出防護(hù)的4～20mA閥位反饋信號(hào)；
(2)具備模擬仿真運(yùn)作作用，并可依據(jù)客戶設(shè)置的總流量特性曲線運(yùn)作；
(3)控制信號(hào)短路常見故障分辨、警報(bào)及維護(hù)作用。短路問題時(shí)可讓執(zhí)行器或開、或關(guān)、或保特、或在0～100%中間預(yù)設(shè)的任何值；
(4)數(shù)字顯示，表明操縱信號(hào)值、閥位值、常見故障類型；
(5)RS485遠(yuǎn)程控制通信作用，根據(jù)通信協(xié)議在上位機(jī)軟件開展程序編寫組態(tài)軟件，對(duì)全過(guò)程量、開關(guān)量作數(shù)據(jù)信息或圖像處理。
(6)閘閥行程安排自整定，輸出數(shù)字信號(hào)自校準(zhǔn)。
2系統(tǒng)硬件構(gòu)成
控制器依據(jù)智能化系統(tǒng)、穩(wěn)定性高、抗干擾性強(qiáng)、低成本等標(biāo)準(zhǔn)，操縱關(guān)鍵選用8位微控制器MC68HC908SR12(SR12)，電機(jī)控制系統(tǒng)的主電路選用電力電子學(xué)完成。SR12具備速度更快、作用強(qiáng)和價(jià)錢劣等特性。其最大輸出功率可以達(dá)到8MHz，有512字節(jié)數(shù)的片內(nèi)RAM、12K字節(jié)數(shù)的片內(nèi)FLASH儲(chǔ)存器，14路10位A/D，及SCI、I2C、SPI等通訊接口［1，4］。
系統(tǒng)應(yīng)用SR12內(nèi)部結(jié)構(gòu)的A/D開展閘閥部位數(shù)據(jù)信號(hào)及鍵入控制信號(hào)的收集，運(yùn)用PWM導(dǎo)出通過(guò)過(guò)濾前的部位數(shù)據(jù)信號(hào)，運(yùn)用I2C系統(tǒng)總線與外部存儲(chǔ)器AT24C08開展通信存儲(chǔ)設(shè)置值，運(yùn)用SCI插口根據(jù)MAX485與上位機(jī)軟件開展數(shù)據(jù)傳輸，靈活運(yùn)用了該處理芯片的內(nèi)部資源，節(jié)省了費(fèi)用。
2.1數(shù)據(jù)信號(hào)鍵入一部分
運(yùn)用SR12內(nèi)部結(jié)構(gòu)A/D變換，將鍵入的數(shù)字信號(hào)和閘閥部位意見反饋的數(shù)字信號(hào)開展量化分析。選用REF02做為A/D的基準(zhǔn)電壓，其環(huán)境溫度飄移指數(shù)為3PPM/℃。
2.2數(shù)據(jù)信號(hào)導(dǎo)出一部分
SR12有3安全通道8位快速PWM，每一個(gè)安全通道有自主的電子計(jì)數(shù)器，可挑選PWM鍵入數(shù)字時(shí)鐘以形成各種各樣PWM工作頻率，并有全自動(dòng)相位差操縱。運(yùn)用在其中一路PWM做為模擬量輸出數(shù)據(jù)信號(hào)，其他雙路做為電機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號(hào)。與此同時(shí)挑選I/O口PTB6做為電磁閥開關(guān)量輸入輸出的控制信號(hào)。
2.3輸出防護(hù)
系統(tǒng)軟件在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)場(chǎng)使用中，牽涉到各種各樣儀表盤、感應(yīng)器及執(zhí)行器，會(huì)因?yàn)楦鞣N原因引進(jìn)信號(hào)干擾及其各種各樣風(fēng)險(xiǎn)的強(qiáng)電壓信號(hào)。以便保證系統(tǒng)的可靠，確保檢驗(yàn)的合理性和運(yùn)作的穩(wěn)定性，選用光電耦合器LOC210對(duì)輸出數(shù)據(jù)信號(hào)開展防護(hù)，如下圖2所顯示。

圖2中，左邊有CPU系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)地，右邊有外界系統(tǒng)軟件的地。與此同時(shí)，外界體系的開關(guān)電源與內(nèi)部系統(tǒng)的電源充分防護(hù)。
2.4通信一部分
為了能進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)場(chǎng)遠(yuǎn)程操作和組合的必須，系統(tǒng)軟件適用RS485通訊方式。脈沖信號(hào)變換處理芯片選用MAX485。具體工作的時(shí)候，能夠與上位機(jī)軟件開展遠(yuǎn)程控制通信，開展運(yùn)行方式設(shè)置并監(jiān)管運(yùn)行狀態(tài)。
2.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)器一部分
電動(dòng)機(jī)的推動(dòng)選用電力工程開關(guān)元件雙向可控硅BTA16。雙向可控硅具備電源開關(guān)速度更快、使用壽命長(zhǎng)、無(wú)火苗和拉弧狀況等特性［2］，確保執(zhí)行器在高熱標(biāo)準(zhǔn)下的長(zhǎng)期性靠譜運(yùn)作，與此同時(shí)有利于對(duì)電動(dòng)機(jī)的維護(hù)。主電路與CPU中間選用光電耦合器MOC302X推動(dòng)，如下圖3所顯示，圖上ZL為電機(jī)負(fù)載。

在設(shè)計(jì)中，MOC3020的二極管精子活動(dòng)率電流量為15mA,MOC3021和MOC3023各自為8mA和3mA，因此能夠由MC68HC908SR12的I/O口選用灌電流量方法立即推動(dòng)。在具體工作的時(shí)候RC吸取控制回路的具體主要參數(shù)必須依據(jù)電機(jī)參數(shù)(ZL)的差異明確。
需要注意的是，MOC302X的抗壓是400V，假如電動(dòng)機(jī)必須運(yùn)行在380V下或是電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)較為過(guò)大時(shí)，要采用MOC308X系列產(chǎn)品。
3軟件開發(fā)
控制板的系統(tǒng)關(guān)鍵是通過(guò)源程序、工業(yè)觸摸屏程序處理及全自動(dòng)調(diào)節(jié)、故障處理、A/D變換和數(shù)據(jù)處理方法、手動(dòng)控制故障處理等程序段構(gòu)成。主操作程序如下圖4所顯示。

在運(yùn)行情況下，分辨各種各樣常見故障情況，發(fā)覺常見故障，馬上警報(bào)表明，與此同時(shí)導(dǎo)出一組電磁閥開關(guān)量數(shù)據(jù)信號(hào)給客戶，并斷開電動(dòng)機(jī)開關(guān)電源。
系統(tǒng)軟件選用4個(gè)鍵重復(fù)使用的辦法完成系統(tǒng)的調(diào)節(jié)及主要參數(shù)設(shè)置。4個(gè)鍵的界定各自為F(Function)、U(Up)、D(Dowm)、S(Shift)。F為功能按鍵，按此鍵進(jìn)到設(shè)置菜單，數(shù)次按F鍵后可撤出菜單欄。U、D鍵各自意味著提升和減少現(xiàn)階段標(biāo)值或開展主要參數(shù)挑選，在手動(dòng)控制中意味著往上或往下命令。S為轉(zhuǎn)換鍵，可以改變現(xiàn)階段鍵入聚焦點(diǎn)，相互配合U、D鍵，能夠很方便的完成隨意數(shù)字的鍵入。
在電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)上選用PID調(diào)整，避免了超調(diào)量、震蕩的產(chǎn)生，與此同時(shí)可選擇立即控制算法和占比 步進(jìn)電機(jī)操縱等控制方式，使體系能適合不一樣種類的電動(dòng)機(jī)。
系統(tǒng)軟件的軟件開發(fā)促使可隨時(shí)隨地調(diào)節(jié)閘閥兩邊部位，只需調(diào)整好行程開關(guān)后作一次自整定(F、S鍵與此同時(shí)按住10s)就可以，巨大地區(qū)便了客戶。系統(tǒng)軟件還給予RS485通信協(xié)議，客戶能通過(guò)上位機(jī)軟件程序編寫控制閥門，使閘閥連接網(wǎng)絡(luò)通信及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制更為便捷。
4結(jié)語(yǔ)
該體系的每個(gè)關(guān)鍵程序模塊集中化在片式微控制器中，降低了體系的成本費(fèi)，提高了穩(wěn)定性，減少了大小，可同時(shí)組裝于電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)而不用修改原機(jī)械機(jī)構(gòu)，這不但方便了目前執(zhí)行器的生產(chǎn)制造，也有益于原來(lái)舊設(shè)備的更新改造。與此同時(shí)，系統(tǒng)軟件的硬件開發(fā)綜合考慮了工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的自然環(huán)境狀況，采用了健全的反干擾對(duì)策和常見故障保障措施，使體系能適用工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的自然環(huán)境。
該系統(tǒng)軟件已具體建成投產(chǎn)，現(xiàn)階段在各類工業(yè)生產(chǎn)條件下運(yùn)作優(yōu)良。
論文參考文獻(xiàn)
［1］張友德.M68HC08系列產(chǎn)品單片機(jī)原理與運(yùn)用［M］.上海市：上海復(fù)旦大學(xué)出版社出版，2001.
［2］王兆安.電力電子學(xué)［M］.北京市：機(jī)械工程出版社出版，2001.
［3］張衛(wèi)華.電動(dòng)調(diào)節(jié)閥智能化自動(dòng)控制系統(tǒng)的研發(fā)［J］.青島市大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，16(3)：79-82.