0　前言
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是閘閥控制系統(tǒng)關(guān)鍵的智能終端，它對(duì)全部閘閥自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠運(yùn)作、穩(wěn)定性及其調(diào)整質(zhì)量的好壞有著非常大的危害。傳統(tǒng)式的閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常存有準(zhǔn)確度低、穩(wěn)定性差、不可以與電腦實(shí)現(xiàn)通訊、維護(hù)保養(yǎng)艱難等不夠。
近些年，電子信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，給閘閥控制系統(tǒng)的進(jìn)步提供了新的突破口。CAN(controller area network)系統(tǒng)總線是一種合理適用分布式系統(tǒng)操縱或同步控制的全智能化的計(jì)算機(jī)接口。
文中對(duì)于傳統(tǒng)式閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在的問題，設(shè)計(jì)方案了一種根據(jù)DSP2812的CAN總線智能化閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該設(shè)計(jì)方案不但使系統(tǒng)軟件精度擁有可靠保證，并且根據(jù)全自動(dòng)復(fù)位可對(duì)閥體的有關(guān)主要參數(shù)開展全自動(dòng)整定值。
1　系統(tǒng)軟件硬件開發(fā)
伴隨著電子線路及其規(guī)模性集成電路設(shè)計(jì)的研發(fā)與運(yùn)用，各種各樣性能的電子元器件和微控制器為智能化電動(dòng)執(zhí)行器的研發(fā)科學(xué)研究打下了基本。文中所制定的控制模塊由TI公司生產(chǎn)制造的TMS320 F2812處理芯片以及外圍電路構(gòu)成。該控制板可以完成當(dāng)場信息的即時(shí)收集，包含閘閥的情況信息內(nèi)容、電流電壓、電動(dòng)機(jī)環(huán)境溫度、導(dǎo)出扭矩等數(shù)據(jù)信息，并具體分析、分辨，使操縱電動(dòng)機(jī)正常的精確地運(yùn)作。只需在閘閥的具體開全和關(guān)完部位各功能鍵一次，就可以完成智能化校正。系統(tǒng)軟件根據(jù)液晶顯示屏即時(shí)表明電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開啟度及操作系統(tǒng)的運(yùn)行情況和常見故障；根據(jù)CAN總線維持與監(jiān)測中心的通訊或是當(dāng)場儀表盤中間的通訊。
1.1　整體構(gòu)造
本控制系統(tǒng)的智能化閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由推動(dòng)控制板、三相異步電機(jī)和齒輪傳動(dòng)執(zhí)行器這3部份構(gòu)成，系統(tǒng)軟件整體構(gòu)造如下圖1所顯示。

圖1中：推動(dòng)控制板以TMS320 F2812DSP操縱處理芯片為微處理器；電動(dòng)機(jī)選用三相溝通交流稀土永磁感應(yīng)電機(jī)，它根據(jù)室內(nèi)空間矢量素材調(diào)配技術(shù)性中的立即轉(zhuǎn)距控制系統(tǒng)(SVM2DTC)來調(diào)節(jié)溝通交流輸出功率逆變電源，進(jìn)而操縱馬達(dá)的精準(zhǔn)運(yùn)作并導(dǎo)出適度的轉(zhuǎn)距，及其操縱閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的姿勢。
電動(dòng)機(jī)的輸出功率光耦電路關(guān)鍵由電流量諧振電路、電流量滯環(huán)較為電源電路、單脈沖分派電源電路、常見故障導(dǎo)出維護(hù)電源電路和IPM智能化控制模塊以及外圍電路構(gòu)成。以智能化功率模塊(IPM)為關(guān)鍵的三相溝通交流輸出功率逆變電源不但集成化了輸出功率開關(guān)元器件和光耦電路，并且還自帶有欠壓保護(hù)鎖住、過電流保護(hù)、過流保護(hù)及其超溫維護(hù)等常見故障檢測電源電路；與此同時(shí)，它可將檢測數(shù)據(jù)信號(hào)送到DSP控制板開展解決，是一種性能卓越的輸出功率光耦電路。
1.2　控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
現(xiàn)階段，選用8位或16位微處理器的智能控制系統(tǒng)機(jī)器設(shè)備或儀表設(shè)備僅可進(jìn)行簡易、低速檔的傳輸數(shù)據(jù)，但無法達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)場的可靠性和安全性規(guī)定，尤其是當(dāng)聯(lián)接要求較多或操縱每日任務(wù)較繁雜時(shí)，運(yùn)作處理速度較弱。因而，文中采用了TMS320F2812操縱處理芯片做為控制板關(guān)鍵?？刂瓢鍍?nèi)部結(jié)構(gòu)手機(jī)軟件包含即時(shí)內(nèi)嵌式多個(gè)任務(wù)電腦操作系統(tǒng)、預(yù)制構(gòu)件庫及其以預(yù)制構(gòu)件安裝編碼序列方式出現(xiàn)的系統(tǒng)軟件。根據(jù)獨(dú)特運(yùn)用的內(nèi)嵌式嵌入式操作系統(tǒng)，對(duì)該處理芯片開展科學(xué)合理的線程同步，以符合工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)場對(duì)處理速度和安全性的規(guī)定。
TMS320 F2812處理芯片是TI公司發(fā)布的一款性能卓越、功耗低的32位指定快速數(shù)據(jù)DSP芯片。它選用8級(jí)命令生產(chǎn)流水線、單周期時(shí)間32×32位MAC作用、每秒最大可實(shí)行1.5萬件命令(150MIPS)，確保了操控和信號(hào)分析的高頻率性和處理速度。此外TMS320F2812處理芯片上還集合了充足的外界網(wǎng)絡(luò)資源，包含16路12位ADC、16路PWM導(dǎo)出、3個(gè)32位通用性計(jì)時(shí)器、128kB的16位Flash存貯器、18kBRAM存貯器、可適用45個(gè)外場終斷的外場終斷拓展控制模塊(PIE)的并具備McBSP、SPI、SCI和可拓展的CAN總線等插口。該處理器具備精簡指令集測算、微處理器構(gòu)造及其迅速的運(yùn)作效率和普遍的適用范圍等作用，進(jìn)而可以完成當(dāng)場數(shù)據(jù)的采集、剖析測算和操縱表明。當(dāng)場智能化測控儀表手機(jī)軟件集成化技術(shù)性包含即時(shí)多個(gè)任務(wù)電腦操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)手機(jī)軟件、每日任務(wù)級(jí)plc觸摸屏、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫等。因而，適用線上組態(tài)軟件可以適用電機(jī)控制系統(tǒng)、電源電路、智能傳感器技術(shù)設(shè)計(jì)方案、工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)場調(diào)節(jié)和系統(tǒng)總線系統(tǒng)軟件等主要用途。
1.3　CAN通訊控制模塊設(shè)計(jì)方案
控制器務(wù)必根據(jù)CAN串行通訊接口才可以接入到CAN總線。普遍的CAN串行通訊接口設(shè)計(jì)方案有2種方法：①選用帶CAN控制板的微處理器加CAN光纖收發(fā)器構(gòu)成串行通訊接口；②選用單獨(dú)CAN控制板加CAN光纖收發(fā)器構(gòu)成串行通訊接口。本系統(tǒng)選用第一種計(jì)劃方案，即選用TMS320F2812 DSP數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換器作為當(dāng)場智能化模塊的微控制器，運(yùn)用eCAN控制模塊做為CAN控制板。eCAN控制模塊是TI公司新一代商品TM320F28x系列DSP芯片的32位高端CAN控制板，它是根據(jù)TI公司TMS470系列產(chǎn)品微處理器應(yīng)用的高檔CAN控制板HECC(high-end CAN controller)發(fā)展趨勢而成的。它能在有影響的條件里徹底兼容并應(yīng)用CAN2.0B協(xié)議書，是一種具備實(shí)用性和可擴(kuò)展性的串口通信插口。因而，可以完成閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與施工現(xiàn)場別的設(shè)施的即時(shí)通訊，提升了當(dāng)場設(shè)施的可靠性和穩(wěn)定性。
本體系采用TI公司生產(chǎn)制造的CAN光纖收發(fā)器SN65HVD-230。該收發(fā)器工作標(biāo)準(zhǔn)電壓為3.3V，連接點(diǎn)上電位移對(duì)系統(tǒng)總線上的其它連接點(diǎn)并沒有危害，在電噪音非常大的自然環(huán)境里能靠譜地建立與數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換器及其別的節(jié)點(diǎn)的通訊。根據(jù)TMS320F2812的CAN總線智能化閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)軟件的CAN串行通訊接口如下圖2所顯示。

1.4　維護(hù)作用
在閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)作的歷程中，DSP2812處理芯片持續(xù)監(jiān)控三相溝通交流稀土永磁同步電機(jī)的交流電和工作電壓，并依據(jù)被測電流量和電流值，測算閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行器的扭矩。當(dāng)發(fā)生過壓、過電流量及過扭矩的情形時(shí)，DSP數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換器便會(huì)傳出調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)信號(hào)，斷開電機(jī)開關(guān)電源，傳出報(bào)警系統(tǒng)。三相溝通交流稀土永磁感應(yīng)電機(jī)繞阻中的溫度感應(yīng)器持續(xù)檢驗(yàn)電機(jī)的真實(shí)環(huán)境溫度，可以保持環(huán)境溫度警報(bào)和超溫維護(hù)。在閘閥卡死的情形下，控制板便會(huì)斷開主機(jī)電源并警報(bào)。除此之外，當(dāng)產(chǎn)生操縱數(shù)據(jù)信號(hào)短路等突發(fā)狀況時(shí)，閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行器便會(huì)以事先制定的應(yīng)急速率運(yùn)作到緊急狀況部位，客戶可以按照實(shí)際情況開展挑選緊急狀況部位，如開全、關(guān)完及其保位等選擇項(xiàng)。閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)還具備斷電維護(hù)作用，運(yùn)作環(huán)節(jié)中假如開關(guān)電源終斷，RAM中的信息可能遺失。為了更好地使開關(guān)電源關(guān)閉電源導(dǎo)致內(nèi)容丟失的危害降至最少，閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行器每過一定周期向EEPROM中載入系統(tǒng)軟件運(yùn)轉(zhuǎn)主要參數(shù)，使參數(shù)不一致的間隔時(shí)間十分小。
2　軟件開發(fā)
根據(jù)DSP2812的CAN總線智能化閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)軟件開發(fā)主要包含通訊、操縱和管理方法這3個(gè)層面。在其中通訊程序流程進(jìn)行智能化閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與DSP2812控制板中間的雙重?cái)?shù)據(jù)通訊。智能化閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息有閥門的具體開啟度和各種各樣主要參數(shù)及其常見故障告警時(shí)的信息等。在控制板DSP向電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出請(qǐng)求數(shù)據(jù)信息規(guī)定且智能化閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接到信息時(shí)，智能化電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將當(dāng)場數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)信息裝包發(fā)給控制板DSP。當(dāng)當(dāng)場出現(xiàn)異常時(shí)，智能化閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)則在控制板DSP發(fā)出請(qǐng)求數(shù)據(jù)信息規(guī)定前，就推送常見故障數(shù)據(jù)信息。智能化閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以接受來源于DSP控制板的調(diào)節(jié)信息內(nèi)容，并完成相對(duì)應(yīng)的姿勢。本系統(tǒng)采取模塊化設(shè)計(jì)的編程設(shè)計(jì)方式 。其主操作程序如下圖3所顯示。子程序首要實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的復(fù)位、初始值的辨別及其運(yùn)行、運(yùn)作程序段的啟用。系統(tǒng)軟件依據(jù)讀取到的命令明確體系的運(yùn)行模式、維護(hù)保養(yǎng)系統(tǒng)軟件正常的運(yùn)作、通訊和展示等工作中。

智能化閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)部位主要是完成閘閥地方的調(diào)節(jié)作用，與此同時(shí)要考慮到姿勢時(shí)間延遲及其過流保護(hù)尺寸的設(shè)定；其首要目標(biāo)是對(duì)全過程自變量開展取樣、數(shù)據(jù)處理方法及其依據(jù)很有可能的計(jì)算方法和調(diào)節(jié)方法開展測算和導(dǎo)出。為了更好地?cái)[脫因?yàn)殡姍C(jī)的慣性力及其位反數(shù)據(jù)信號(hào)的落后等因素導(dǎo)致的不夠，在控制系統(tǒng)中選用了帶自調(diào)節(jié)函數(shù)公式的模糊PID控制板來達(dá)到對(duì)直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速比比較準(zhǔn)確的操縱。但鑒于該模糊PID控制板輸入輸出的調(diào)節(jié)變量是離開的，因而，本系統(tǒng)軟件又引入了二元函數(shù)Lagrange插值算法，便于得到持續(xù)精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)變量，進(jìn)而清除控制板的調(diào)整過流保護(hù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)偏差。調(diào)整函數(shù)公式的選用形式是：當(dāng)誤差大時(shí)，對(duì)偏差的危害給與很大的權(quán)重值，以盡早清除誤差，提升響應(yīng)時(shí)間；當(dāng)誤差較鐘頭，為防止系統(tǒng)軟件的超調(diào)，對(duì)誤差轉(zhuǎn)變的危害給與很大的權(quán)重計(jì)算，以盡早進(jìn)到穩(wěn)定。本對(duì)系統(tǒng)三相溝通交流永磁同步電機(jī)的操縱是使用根據(jù)DSP2812的CAN總線自動(dòng)控制系統(tǒng)來進(jìn)行的。選用SVM2DTC控制系統(tǒng)，完成直流電機(jī)的準(zhǔn)確操縱及其軟性啟停功能，可以合理地降低起停對(duì)閥體的設(shè)備沖擊性，最大限度地維護(hù)閘閥。
管理流程包含LCD顯示、管理方面方法、故障燈標(biāo)示、解決客戶功能鍵的檢測和回應(yīng)、系統(tǒng)對(duì)的斷電維護(hù)、實(shí)行終斷服務(wù)項(xiàng)目程序段和系統(tǒng)對(duì)本身的自確診全過程。
3　結(jié)語
當(dāng)智能化閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與計(jì)算機(jī)接口聯(lián)接時(shí)，智能化電動(dòng)執(zhí)行器就變成了計(jì)算機(jī)接口自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一塊當(dāng)場儀表盤。這時(shí)它不但具備電動(dòng)執(zhí)行器的作用，并且還具備操縱、計(jì)算和通訊等作用，與此同時(shí)可以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)化管理。
根據(jù)DSP2812的CAN總線智能化閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用三相溝通交流稀土永磁感應(yīng)電機(jī)做為交流伺服電機(jī)，以TMS320F2812 DSP為控制板，真真正正完成了電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的智能化和智能化系統(tǒng)。這類系統(tǒng)總線型智能化閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具備穩(wěn)定性高、方便使用、通訊作用強(qiáng)、確診維護(hù)功能齊全、適應(yīng)能力普遍等優(yōu)勢。伴隨著計(jì)算機(jī)接口關(guān)鍵技術(shù)的深層次，它將給系統(tǒng)總線型智能化閘閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生廣泛的發(fā)展前途。