專利名稱：電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)智能控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及用于智能型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制器，屬于智能儀器儀表和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)智能控制器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器普遍采用簡單的模擬信號(hào)控制，基于PLC或者簡單的單片機(jī)控制，存在著控制方式落后，可靠性不高，缺乏完善的保護(hù)和故障報(bào)警措施，以及必要的遠(yuǎn)程通信方法等問題，使得現(xiàn)有的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)不便于調(diào)試和維護(hù)，也不能根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際要進(jìn)行參數(shù)的現(xiàn)場調(diào)整，不能組成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。傳統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器不僅抗干擾性差，而且功能單一，不利于系統(tǒng)功能擴(kuò)展；同時(shí)控制精度也很差，無法用于現(xiàn)在精度要求越來越高的應(yīng)用要求。因此研發(fā)數(shù)字化、高精度、集成化高、適用性強(qiáng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)智能控制器是迫切需要解決的技術(shù)問題。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的問題和缺陷，本實(shí)用新型提供一種可以提高控制速度和精度，并能降低成本的控制器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)智能控制器，包括主控制芯片、電源模塊、檢測部分、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)接口、遠(yuǎn)程通訊接口，其中，電源模塊與主控制單元的電源接口連接；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊為交流接觸器，交流接觸器的輸入端與主控制單元的控制輸出端連接，交流接觸器的輸出端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接；檢測部分包括設(shè)置在驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的傳感器和監(jiān)測電 路，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的傳感器與監(jiān)測電路輸入端連接，監(jiān)測電路輸出端與主控制單元的信號(hào)輸入端連接；主控制單元通過遠(yuǎn)程通訊接口與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)連接。控制器采用低成本的32位芯片作為核心控制芯片，其內(nèi)置的軟件完成了整個(gè)系統(tǒng)的控制功能，系統(tǒng)軟件采用時(shí)間輪詢系統(tǒng)，分為驅(qū)動(dòng)層、中間層和應(yīng)用層等三層結(jié)構(gòu)。所述傳感器包括30位多轉(zhuǎn)圈絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)編碼器、壓電陶瓷晶體扭矩傳感器、相序監(jiān)測電路和溫度傳感器；所述監(jiān)測電路包括位置監(jiān)測電路、扭矩監(jiān)測電路、相序監(jiān)測電路和溫度檢測開關(guān)。通過檢測部分的相序、溫度、扭矩和位置檢測電路，檢測驅(qū)動(dòng)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警；檢測信號(hào)輸入主控制芯片后，主控制芯片運(yùn)算后輸出控制信號(hào)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的動(dòng)作控制?？刂破鞯倪h(yuǎn)程通訊接口提供了多種接口與遠(yuǎn)程系統(tǒng)完成信息交換；所述遠(yuǎn)程通訊接口包括總線接口、硬件線輸出接口和工業(yè)以太網(wǎng)接口。所述硬件線輸出接口包括開關(guān)量接口和模擬量接口。控制器同時(shí)還具備了人機(jī)接口，提供了就地操作人員和控制器之間的交互接口 ；所述人機(jī)接口包括液晶顯示器接口、磁控旋鈕接口、紅外遙控器接口和藍(lán)牙遙控器接口。所述電源模塊包括電源板、整流器、變壓器和電源芯片，整流器輸入端與380V或220V交流電源連接，整流器輸出端與變壓器輸入端連接，變壓器輸出端與電源芯片輸入端連接，電源芯片輸出端與主控制芯片的電源端連接。將380VAC或220VAC供電電源轉(zhuǎn)換為主控制芯片內(nèi)部電源。本實(shí)用新型由于采用了低成本的32位芯片作為主控制芯片，克服了使用PLC和單片機(jī)的缺點(diǎn)，大大提高了控制速度和精度的同時(shí)，降低了控制器的成本。在檢測部分，采用了數(shù)字式的位置檢測模塊將精確檢測閥門的實(shí)時(shí)位置；采用了數(shù)字式的扭矩檢測模塊將以精確的數(shù)字量反饋閥門的實(shí)時(shí)扭矩；采用了數(shù)字式的相序檢測模塊，可以動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測電源相序并發(fā)出缺相報(bào)警。這些都確保了電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器很高的控制水平。同時(shí)由于本實(shí)用新型采用的硬件模塊化，因此在多種模塊的選擇上，可以自由選擇。例如電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，可以選擇交流接觸器，可以選擇伺服驅(qū)動(dòng)器，也可以選擇變頻器，以適合驅(qū)動(dòng)不同電機(jī)。因此本實(shí)用新型可以適應(yīng)于各種電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，只需要對(duì)軟硬件模塊進(jìn)行選擇。本實(shí)用新型具有數(shù)字化的系統(tǒng)控制功能，運(yùn)行安全穩(wěn)定可靠，控制水平先進(jìn)，功能完善，操作簡便，可靠性強(qiáng)，抗干擾性高，大大提高了電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制水平，并降低了使用成本，解決了目前電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所面臨的難題。

圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的硬件組成示意圖；圖3是本實(shí)用新型電源模塊示意圖；圖4是本實(shí)用新型的軟件組成示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1，本實(shí)用新型主`要共由六大部分組成，即電源模塊；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；檢測部分，包括四個(gè)模塊；人機(jī)接口部分，包括四個(gè)模塊；遠(yuǎn)程通訊接口部分，包括三大模塊；以及32位主控制芯片。其中檢測部分、32位主控制芯片以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊構(gòu)成控制器的主回路；電源模塊作為控制器的供電部分；人機(jī)對(duì)話接口和遠(yuǎn)程通訊接口作為輔助部分，完成系統(tǒng)與操作人員和遠(yuǎn)程系統(tǒng)的信息交互。本實(shí)用新型的硬件組成如圖2和圖3。其中，電源模塊采用變壓器、整流橋和意法半導(dǎo)體公司的LM2576-05、LM2576-12等非線性電源穩(wěn)壓芯片構(gòu)成，將380VAC或220VAC轉(zhuǎn)化為5V、12V等穩(wěn)壓電源。傳感器部分包括由安華高公司AEAS-7500和AEAT-86AD組成的30位多轉(zhuǎn)圈絕對(duì)值編碼器，其輸入信號(hào)由德州半導(dǎo)體公司的SN26LS31和SN26LS32芯片組成的SSI串行接口接入主控制芯片，由基于安華高公司的HCPL200線性光耦的組成模擬量輸入電路用于接入扭矩信號(hào)，由基于日立公司的光耦TLP521的三路開關(guān)量輸入接口 5用于電源相序檢測和電機(jī)過熱檢測信號(hào)輸入。主控制芯片采用基于ARM公司Cortex_M3內(nèi)核的意法半導(dǎo)體公司32位控制器STM32F103芯片。主控制芯片輸出的電機(jī)控制信號(hào)經(jīng)接觸器驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)交流接觸器。遠(yuǎn)程通訊接口包括開關(guān)量和模擬量接口，包含4路開關(guān)量輸入用于開、關(guān)、停止和緊急動(dòng)作輸入，I路模擬量輸入控制電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開度，8路開關(guān)量輸出用于指示狀態(tài)和報(bào)警，2路模擬量輸出用于輸出開度和扭矩的實(shí)時(shí)值；同時(shí)提供MODBUS-RTU和PROFIBUS-DP兩種總線接口用于總線通訊，提供工業(yè)以太網(wǎng)接口用于接入工業(yè)以太網(wǎng)。人機(jī)對(duì)話接口，以HSDL-7001芯片為基礎(chǔ)的IRDA紅外遙控接口，6個(gè)MK14103干簧管組成的磁控旋鈕，以及TG12864-D04液晶顯示屏。本實(shí)用新型的軟件如圖4所示。軟件采用時(shí)間輪詢系統(tǒng)，軟件結(jié)構(gòu)分為三層，分別為驅(qū)動(dòng)層、中間層和應(yīng)用層。驅(qū)動(dòng)層主要完成軟件上對(duì)各硬件部分的控制和信息采集，包括各類傳感器驅(qū)動(dòng)、液晶屏驅(qū)動(dòng)、總線接口驅(qū)動(dòng)等；中間層將實(shí)現(xiàn)一些單獨(dú)的功能，例如液晶顯示、MODBUS總線、行程和扭矩檢測值的刷新等，中間層將根據(jù)需要調(diào)用相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)層層序；應(yīng)用層將根據(jù)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工藝需要，分為電機(jī)控制程序、人機(jī)對(duì)話菜單、總線控制程序等，將根據(jù)需要調(diào)用相應(yīng)的中間層程序。所有的這些程序?qū)⒏鶕?jù)創(chuàng)建的時(shí)間輪詢系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)用。本具體實(shí)施例的工作原理如下，絕對(duì)值編碼器通過SSI串行接口將檢測到的閥門絕對(duì)開度值傳送給主控制芯片，主控制芯片將該開度值與通過遠(yuǎn)程通訊接口或人機(jī)接口設(shè)定的門開度值比較，同時(shí)模擬量輸入電路反饋的扭矩值是否超限，開關(guān)量輸入電路反饋的電機(jī)過熱或電源缺相報(bào)警是否存在，如果一切狀態(tài)均為正常，則當(dāng)實(shí)際開度值超過設(shè)定開度值時(shí)，輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)交流接觸器控制閥門往關(guān)向運(yùn)動(dòng)，反之輸出開門信號(hào)；通過人機(jī)接口，就地操作員可以進(jìn)行就地操作、參數(shù)設(shè)定和調(diào)試；通過遠(yuǎn)程通訊接口，遠(yuǎn)程控制器可以接收控制器反饋的運(yùn)行 和報(bào)警信息，并且可以輸出遠(yuǎn)程控制信號(hào)給電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
權(quán)利要求1.一種電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)智能控制器,包括主控制芯片、電源模塊、檢測部分、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)接口、遠(yuǎn)程通訊接口，其特征是:電源模塊與主控制單元的電源接口連接；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊為交流接觸器，交流接觸器的輸入端與主控制單元的控制輸出端連接，交流接觸器的輸出端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接；檢測部分包括設(shè)置在驅(qū)動(dòng)電機(jī)上的傳感器和監(jiān)測電路，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的傳感器與監(jiān)測電路輸入端連接，監(jiān)測電路輸出端與主控制單元的信號(hào)輸入端連接；主控制單元通過遠(yuǎn)程通訊接口與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)智能控制器，其特征是:所述傳感器包括30位多轉(zhuǎn)圈絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)編碼器、壓電陶瓷晶體扭矩傳感器、相序監(jiān)測電路和溫度傳感器；所述監(jiān)測電路包括位置監(jiān)測電路、扭矩監(jiān)測電路、相序監(jiān)測電路和溫度檢測開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)智能控制器，其特征是:所述遠(yuǎn)程通訊接口包括總線接口、硬件線輸出接口和工業(yè)以太網(wǎng)接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)智能控制器，其特征是:所述硬件線輸出接口包括開關(guān)量接口和模擬量接口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)智能控制器，其特征是:所述人機(jī)接口包括液晶顯示器接口、磁控旋鈕接口、紅外遙控器接口和藍(lán)牙遙控器接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)智能控制器，其特征是:所述電源模塊包括電源板、整流器、變壓器和電源芯片，整流器輸入端與380V或220V交流電源連接，整流器輸出端與變壓器輸入端連接 ，變壓器輸出端與電源芯片輸入端連接，電源芯片輸出端與主控制芯片的電源端連接。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)智能控制器，屬于智能儀器儀表和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，包括主控制芯片、電源模塊、檢測部分、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)接口、遠(yuǎn)程通訊接口，通過檢測部分的相序、溫度、扭矩和位置檢測模塊，檢測電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警；32位主控制芯片接收檢測的數(shù)據(jù)后，經(jīng)過運(yùn)算輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的動(dòng)作控制；本實(shí)用新型由于采用了硬件模塊化的設(shè)計(jì)方式，簡化了控制器在不同類型的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用流程，采用低成本的32位主控制芯片，在提升性能的同時(shí)大大降低了成本。因此本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于需要精確定位控制的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G05B19/05GK203101925SQ20132014483
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
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