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現場總線智能電動執行機構的研制
來源: | 作者:隆昌電子 | 發布時間: 2015-07-02 | 1114 次瀏覽 | 分享到:
要介紹了基于現場總線的智能電動執行囂的特點、結構原理和軟件謾計,具體對電子控制囂的輸

八輸出回路、控制電路、驅動電路以及位王發送電路等作了分析、介紹。
    電動執行機構是工業過程控制系統不可缺少的部分。近年來,隨著徽電子技術和控制技術的迅速發展,電動執行機構也獲得了快速發展,特別是國外一些生產廠商在這幾年中相繼推出了常規的、帶現場總線通信協議的智能電動執行機構。從這些產品中,可以看到智能電動執行機構的發展趨勢:機電一體化結構逐步取代組合式結構,智能化控制技術逐步取代純電子控制技術,運用紅外遙控的非接觸式調試技術逐步取代接觸式手動調試技術,帶通信的逐步取代不帶通信的,數字控制逐步取代模擬控制。
    本文介紹長沙隆昌電子科技有限公司成功研制的帶FF協議通信的現場總線智能電動執行機構。
1。主要功能特點
    該智能電動執行機構是采用了微處理器技術、脈沖數字傳感器、電子限位、電子限力矩、磁控開關、紅外遙控技術、液晶顯示技術和固態繼電器控制技術等多種最新技術的新一代電動執行機構。產品的特點如下:①采用機電一體結構,即所有的電子部件和機械部件以及電動機等構成一個整體結構,具有就地手操開關和閥位顯示等功能,這樣接線簡單,使用可靠而方便。②采用紅外遙控調試及參數設置,這樣就可在不打開儀表罩蓋的情況下對儀表進行調試及參數設置。此優點更適用于防爆的危險場合。③顯示器采用寬溫度點陣式液晶顯示器和LED顯示相結合,其主顯示器為點陣式液晶顯示器。顯示方式為文字和圖形相結合,顯示直觀、清晰。畫面設計新穎、組態方便、操作簡便。④具有故障診斷和處理功能。儀表能自動判別輸入信號、系統事件信號、電動機過熱或堵轉、通信故障、程序出錯等故障,同時根據故障的類型,自動采取相應的措施。⑤功能齊全。能適應多種信號制的輸入,除具備阡通信功能外還可以作為常規的智能電動執行機構使用;具備多種保
護功能,如機械限位、極限和中途位置限位、力矩限制、聯鎖保護、相位自動糾正、缺相保護、電機過熱保護等。
2。結構原理
    該智能電動執行機構由執行機構、電子控制器和紅外調試儀等三大部分組成。
2.1執行機構
    執行機構由三相電動機,二級蝸輪減速器,手輪和安裝支架等組成。
2.2紅外調試儀
    紅外調試儀為手持式結構。
2.3電子控制器
    電子控制器由位置發送器電路,控制電路,驅動電路,A/D、D/A轉換電路,主機電路,FF通信電路,各種保護電路,干電池供電電路,液晶顯示及LED顯示電路,紅外調試儀接收電路和電源供電電路等組成。采用了組合式的設計方案,這樣更有利于生產、使用和維修。當作為一般常規的智能儀表時,只要不裝通信卡就行。
2.3.1輸入輸出回路
    設置了多個輸入輸出回路,以滿足不同控翻系統的需要。過程控制信號是儀表的主輸入信號,位置反饋信號是儀表的主輸出信號,其它輸入輸出信號都是輔助控制信號。主輸入輸出回路將根據系統對儀表的不同要求配置相應的輸入輸出電路。設置的副輸入信號有聯鎖開禁止、聯鎖關禁止、外事件作用、遠方手操控制、遠方手動操作等。副輸出信號有手動標志信號、開和關力矩限制信號、開和關中途位置限鋪信號、開和關極限位置限制信號等。這些副輸出信號均為繼電器于觸點信號。
    對于FF現場總線上傳輸的信號為類似于正弦波的波形信號,不能直接為數字電路所接受,另外總線信號吉有很多干擾信號,必須過濾,還有總線隔離問題等。設計電路時,采用電容器來使接收電路和總線隔離,避免了總線高電壓的影響;采用帶通濾波器將高頻、低頻干擾過濾掉,使有效信號順利通過;采用高性能比較器將正弦渡信號轉換成1TL電平信號,送給編碼解碼器從而完成信號接收過程。信號發送過程與接收正好相反。
2.3.2控制電路
    控制電路分為自動控錨電路、手動控制電路和輔助控制電路三大部分。輔助控制電路又分為外事件處理電路、聯鎖控制電路等。自動控制電路和手動控制電路這兩部分電路是兩個相互獨立的、并列的控制電路。外事件處理電路實際上是一種系統保護電路,用戶可根據系統需要決定是否該使用,如果用戶使用了該功能(也即將外事件干觸點接人本儀表),一旦有外事件發生(觸點團合),儀表將自動切換到手動控制狀態,同時根據系統的需要將閥門運行到安全位置。聯鎖控制電路是一種特殊的控制電路,使用的場合較少。
2.3.3.顯示電路
    本機的顯示電路實現的不僅僅是一般的顯示功能,更重要的是人機對話功能,通過顯示器用手持式紅外遙控調試儀對儀表的各種參數和功能進行設置。
    a.顯示器
    顯示器采用的是128x 64點陣的寬溫度液晶顯示器,顯示語種有中文和英文可供選擇,顯示類型是根據需要和習慣做成標尺顯示、圖形顯示、百分數顯示以及文字顯示等。顯示的內容有很多,一些主要的參數和功能在主畫面上顯示,一些次要的參數和功能在副畫面上顯示,其它需要的設置的參數和功能在組態畫面上顯示。
    為防止相互間的干擾,可對每臺儀表設置不同的密碼。密碼是不顯示的,儀表在參數和功能的設置過程中,必須先對密碼號,只有對上密碼號后才能進行設置操作。
    b.組態方式
    為了操作的方便,人機對話采用菜單和對話框的操作方式。在組態畫面中移動光標選擇所需要調試或設置的對象。所以調試很方便、靈活。本儀表的組態有九種,它們分別為閥門、力矩、限位、電機、信號、事件、調節、通信和參數。打開任何一種組態畫面,就可對其進行設置。
2.3.4驅動電路
    驅動電路的功能是將自動或手動開或關的信號轉換成推動執行機構電機正轉或反轉的動力。本儀表所采用的動力源是三相電機,對三相電機的控制,其控制方式一般有三種,一種是觸點控制,一種是無麓點控制,還有一種是有觸點和無觸點相結合控制。有觸點和無觸點相結合的控制方式是一種折衷的控制方式,在這種方式中如果能有效的防止觸點的電腐蝕,就不失為一種較好的控制方式。本儀表采用的就是這種方式。電路中使用的固態繼電器能有效防止觸點的電腐蝕.從而大大提高了交流接觸器的壽命,也有效防止了相問短路的危險故障。
2.3.5位置發信電路
    位置發信電路是儀表的重要組成部分,它的功能是提供準確的位置信號。它的關鍵問題是采用何種位置傳感器,在以往的電動執行機構中大多采用線繞電位器、差動變壓器、導電塑料電位器等。線繞電位器由于壽命太短,而屬于淘汰。差動變壓器雖然壽命很長,但線性區段太短和溫度特性不理想而受到限止。導電塑料電位器是目前較為流行的,雖然壽命尚可,但畢竟是有觸點的,其壽命不可能很長,且精度做不高。本儀表采用的位置傳感器為脈沖數字式位置傳感器。這種位置傳感器具有壽命長(無觸點)、精度高、無線性區段限制、溫度特性好、穩定性高。在智能式儀表中使用還可省去數/模轉換電路。它的唯一缺點是數據的保持須備用電池。
2.3.6保護電路
    為了使儀表在任何工況下都能平穩運行,本儀表使用了大量的保護措施,對電機的保護主要有溫度保護、過力矩保護、缺相保護。對系統的保護主要有外事件保護、斷信號保護、位置限制保護、錯相自動糾正保護等。
3。軟件設計
    軟件設計采用MCS-51匯編語言。為了提高程序的可靠性和可理解性,采用模塊化程序設計思想,即將程序設計成能相對獨立的子程序,這樣有利于程序的移植和修改。另外,本產品采用了雙MCU的設計思想,各個MCU分管各自的工作,為理解方便,可以稱它們為主控MCUl板和通信MCU2板。
    由于本產品所要采樣的對象和控制的對象非常多,特別是主控MCU1板,它需要大量的控制口,因此該口的設計采用了二片的設計方案,即采用了一片PSD型可編程單片機通用外圍接口芯片,這樣可節省大量的其它外圍接口芯片。對通信MCU2板,由于要求內存容量較大,因此也同樣采用了二片的設計方案
    主控MCU1板主要分管產品中數字量的處理工作,整個程序可以分成下列若干模塊:①主控模塊(即監控主程序)FF信號檢測及容錯處理、保護模擬信號的采集及信號轉換、主控板信號發送盯板、接收FF組態信息及顯示鍵號處理。②電機運行中斷程序數字量輸入信號的采集、位置發送信號的采集及處理和電機運行控制處理。③數據發送程序向FF板發送信息。④數據接收程序接收來自開板的信息。通信板MCU2主要分管產品中的通信工作。
4。結束語
    現場總線是目前國際上過程控制領域中的一個熱點問題。它是計算機技術、通信技術高度綜合與集成的產物,給控制系統帶來了一場新的革命。自動化儀表隨著控制系統的更新,也在不斷地提高。現場總線智能電動執行機構是我國目前新一代的產品,它的研究成功給電動執行機構的進一步發展打下了良好基礎。
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