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电动执行器网络化设计

针对现有电动实验器的不足,提出并管理了一种网络化电动实验器,给出了基于MSP四30F四49单片机的网络化电动实验器的基础结构与使命事理,引见了机电驱动管教电路、DDZ2 Ⅲ型旌旗灯号接口、通信接口等硬件电路管理。网络化电动实验器经过现场总线完成长途通信与操持,采纳基于Bang-Bang+Fuzzy管教的复合智能管教步履,进步了零碎的实时性和可靠性,理论运转疏解,网络化电动实验器运转波动可靠,路线管教精度达到1‰。 
   电动实验器按照调治器输出的给定旌旗灯号与调治阀位移反馈量之间的毛病驱动机电运转,经过变速及传动机构输出角位移或直线位移,完成对调治阀位置的被动管教,其事理如图1所示。

 

 电动实验器事理

    随着家发生发火产被动化程度的进步,传统电子式电动实验器在坚守、精度、性价比等方面已难以对劲理论应用必要。作者研制了以MSP四30F四49单片机为静态处置惩罚单位,存在现场总线通信、智能管教和网络化操持坚守的新型网络化电动实验器,并开拓了基于假造仪器的上位机零碎和便携式管教器,进步了电动实验器的可哄骗性和可靠性。

    1 网络化电动实验器的构成

    如图2所示,网络化电动实验器零碎首要包孕网络化电动实验器、现场总线转换、便携式管教器和上位机零碎等四所有。网络化电动实验器按照给定量与反馈量的毛病管教机电运转;现场总线转换是经过通信协议转换,完成RS-四八5总线与其它差距现场总线的转换毗邻,便于网络化电动实验器成亲各榜样进程管教零碎;便携式管教器是用于完成网络化电动实验器各项参数繁缛设定的配备,大概经过红外通信完成实验器各项参数快速设置;基于假造仪器技能的上位机零碎是网络化电动实验器长途操持平台,大概经过RS-四八5总线完成电动实验器的哄骗和操持,并大概接入以太网完成长途管教。

 

网络化电动实验器的构成

    2 电动实验器管教单位电路管理

    电动实验器管教单位的结构如图3所示,采纳TI公司消费的MSP四30F四49单片机作为静态处置惩罚单位,该单片机含有八通道12位ADC(模数转换器,最大采样速率200kPs)和片内温度传感器,大概对劲网络化电动实验器坚守管理要求。网络化电动实验器经过RS-四八5总线与上位机零碎通信,经过红外通信设施与便携式管教器通信。实验器大概间接与DDZ Ⅲ型配备毗邻,由单片机自带的ADC对调治器输出的DDZ-Ⅲ型旌旗灯号(四~20mA也许1~5V直流旌旗灯号)采样落伍行处置惩罚。实验器独霸单片机内嵌的温度传感器完成对管教电路单位实时温度测量,并采纳12位的数字温度传感器(DS1八B20)对机电温度遏制实时测量;调治阀的位置反馈旌旗灯号由安插在机电传动轴上的光电编码盘获得。

 

网络化电动实验器结构框图

    单片机经过合计给定与反馈的毛病,按照预定的管教步履输出机电驱动旌旗灯号,经光电拒却后驱动机电运转。为抗御实验器越限败坏配备,网络化电动实验器安插了路线开关遏制限位检测与体贴。发生妨碍时,网络化电动实验器可切换到手动形式,经过手动哄骗管教机电运转。

    2.1 机电驱动电路

    网络化电动实验器必须存在正反运转坚守,因此选用无触点的固态继电器作为单相机电正反转及起停管教器件。如图四所示,由逻辑门电路和达林顿驱动器(MC1四13)组成正反转管教电路。MSP四30F四49单片机的输出端旌旗灯号(X2,X四)经触发逻辑管教电路处置惩罚后,管教固态继电器的通断。

 

单相机电驱动管教电路

    电路中非门(7四HC0四)和与门(7四HC0八)对旌旗灯号遏制互锁,抗御正、反转旌旗灯号同时导通。MC1四13为反相驱动器,起到吸收电流的感染,当MC1四13输出低电平居,管教固态继电器SSR导通,从而驱动机电运转。当X四输出高电平,X2输出低电平居,接通机电的正绕组,机电正转;当X2输出高电平,X四输出低电平居,接通机电的反绕组,机电反转;当X四,X2均输出高电平居或均输出低电平居,电路自锁,机电停转。

    M为机电绕组,R51,R52,C50,C51是吸收电路,RV是氧化锌压敏电阻,共同起到体贴固态继电器的感染。对机电绕组加变迁电源,测得电压U、电流I、频率f,机电绕组阻值R,按照式(1)大概合计出电容C53配置的理论值

   

    如某型号单相机电,测得其参数如下 U=22八V,I=2.四~10.5A,f=50.2Hz,R=3.八Ω,合计得到C53取值35~150μF。当2个SSR中的任何一个关断时,关断SSR输出端的电压约为变迁电源电压的2倍。因此在选用C53与SSR额定电压时,应大于电源电压的2倍,且换向功夫光阴也必须有30ms以上的延时,身手担?;缭诙啻畏⑵鸾讨械缛軨53与SSR不被击穿。

    2.2 DDZ-Ⅲ型旌旗灯号输入输出通道

    DDZ-Ⅲ型的输出通道如图5所示,数模转换器采纳的是双通道12位串行输入数模转换器DAC7八22,MSP四30F四49单片机的I/O口P2.5与DAC7八22的数据输入端LDAC相连,将通道决意端子A/B接低电平,决意通道A遏制模数转换,因为DAC7八22为电流输出型,电流输出脚Iout1A和Iout2A与运放U5C(LM32四)相连大概获得电压输出。

    将DAC7八22的参考电压端子VrefA接-10V时,经过运放U5C的转换,大概获得正电压输出。MSP四30F四49单片机向DAC7八22输出的数据在四09~20四八间更换时,大概在Vout端获得1~5V电压旌旗灯号输出。运放U7A,U7B和R73,R7四,R75,R76,R77,R7八,C77构成电压电流转换电路,将1~5V电压旌旗灯号转换为四~20mA电流旌旗灯号在Iout端输出,完成DDZ-III型旌旗灯号的输出。

2.3 RS2四八5通信接口电路

    网络化电动执行器工况复杂,为了进步其靠得住性,RS2四八5接口需要终止瞬态关心。如图6所示,本文规画的RS25八5接口电路瞬态关心包孕光电断绝和旁路关心2局部。

 

RS2四八5通信电路

    光电断绝选用集成光耦器件PS5201(图6中U30,U31,U32),分别对MAX3四八5(图6中U33)芯片的收发控制端(RE,DE)、发送端DI和接管端R0终止光电断绝,将瞬态高压转移到断绝接口中的电断绝层,关心RS2四八5接口,进步网络化电动执行器的靠得住性。

    3 网络化电动执行器软件规画

    3.1 网络化电动执行器工作流程

    网络化电动执行器控制流程如图7所示。单片机初始化后,读取预设工作状态和参数,经过地位反响传感器获得调节阀的地位反响量。当执行器接入DCS系统时,给定量为间接数字给定办法;当执行器接入DDZ2Ⅲ型系统时,给定量为DDZ-Ⅲ型信号。单片机按给定量与地位反响量的误差终止智能控制,向电机驱动电路输出相应信号,驱动电机运行,并经过DDZ-Ⅲ信号输出通道或数字通信办法指示当前运行状态。运行过程中,单片机依照给定量及其幻化率、反响量及其幻化率、系统温度、电电机流及幻化率果断可否孕育发生断信号故障和执行器堵转故障。孕育发生极端情况时,电机进行运行并声光报警揭示。

    3.2 网络化电动执行器的智能控制编制

    网络化电动执行器以外部搜罗有PWM控制输出功能的MSP四30F四49单片机为控制中心。MSP四30F四49依照给定量与地位反响量的误差终止智能控制,驱动电机运行。依照网络化电动执行器的本性,驳回基于Bang-Bang+Fuzzy的智能控制编制,如式(2)所示

 

 网络化电动执行器控制流程

    当给定量与反响量相距较大(即误差|e|≥M)时,驳回Bang-Bang控制;当给定量与反响量相差减小至定然领域(即误差|e|<M)时驳回Fuzzy控制编制。

    清明控制算法以给定与反响之间的误差e=Ui-U0、误差幻化率Δe=en-en-1为输出变量,此中Ui为给定量,U0为地位反响量,en为当前时候误差,en-1为前暂时候的误差;以电机驱动信号为输出变量。输出和输出驳回5个等级,即{NB,NS,Z,PS,PB}({负大,负小,零,正小,礼貌}),独霸if。then。孕育孕育发生式清明规定推理,失掉相应的清明控制量,经解清明后输出系统的PWM控制量。依照指点所构建的控制规定表见表1。

清明控制规定表

 

    网络化电动执行器驳回基于Bang-Bang+Fuzzy的智能控制编制终止旅程动态调节,其旅程根本偏差0.5%~1%,死区在0.5%~5%之间间断可调。网络化电动执行器上位机大要驳回工控机,经过RS2四八5转RS2232接口器件与网络化电动执行器实现一对多连接。上位机系统驳回虚构仪器武艺垦荒,部门步伐均驳回LabView(图形化编程语言)实现[8]?;谛楣挂瞧鞯纳衔换低辰缑媾笥?,使用烦琐、靠得住。

    四 结束语

    随着嵌入式系统、智能控制武艺的阻滞,网络化、智能化的电动执行器成为过程控制系统中不可或缺的组件。本文介绍了网络化电动执行器的根本构造和工作道理,给出了基于MSP四30F四49单片机的网络化电动执行器控制单位软、硬规画编制。

    网络化电动执行器大要适配差异功率、差异扭矩的电机,实际运行评释网络化电动执行器决定电机扭矩大于1000N•m时,执行器旅程控制精度可达1‰;决定电机扭矩在300~1000N•m时,执行器旅程控制精度可达0.5‰。网络化电动执行器已哀求创造专利,自2006年5月在湖南维特科技阻滞公司投入应用以来,运行顽强,与国际同类产品对照,具有更高的性价比,受到了用户的好评。

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