專利名稱：智能電動(dòng)執(zhí)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微處理機(jī)直接和執(zhí)行器所構(gòu)成的智能電動(dòng)執(zhí)行器，它適用于控制系統(tǒng)中的流量、壓力、溫度等工藝參數(shù)或生產(chǎn)過程的自動(dòng)調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)距離控制等，可廣泛用于冶金、石油、電站、化工、輕紡、造紙等工業(yè)部門。
調(diào)節(jié)閥的流量特性是指位移與流量間關(guān)系，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入信號(hào)與位移間的特性一般為線性特性，要獲得不同的流量特性，通常用兩種方法，1.設(shè)計(jì)不同的閥芯，2.改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移特性，對(duì)于有的流量特性是不能依靠改變閥芯形狀而改變的，如蝶閥、O型球閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、隔膜閥等，這些只能依靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)的非線性位移特性來實(shí)現(xiàn)流量特性的改變，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥就使用閥門定位器不同的外形反饋凸輪來實(shí)現(xiàn)流量特性的改變。近年來，以微機(jī)對(duì)輸入調(diào)節(jié)信號(hào)進(jìn)行處理的工作已開始，它可相對(duì)實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器位移特性非線性修正進(jìn)而獲得不同的流量特性，如北京工業(yè)大學(xué)于1985年申請(qǐng)了“智能調(diào)節(jié)閥”實(shí)用新型專利(申請(qǐng)?zhí)朇N85202877U)，采用了帶微機(jī)的智能儀與電動(dòng)執(zhí)行器相結(jié)合，智能儀由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器組成，其原理為輸入0～10mA調(diào)節(jié)信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)入單片微機(jī)，按固化的特性處理程序，對(duì)輸入信號(hào)加工、處理，輸出經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后，再進(jìn)入電動(dòng)執(zhí)行器，這并沒有使微機(jī)直接和電動(dòng)執(zhí)行器相結(jié)合，不是放在電動(dòng)執(zhí)行器之內(nèi)，而是把微機(jī)接于上位調(diào)節(jié)器和電動(dòng)執(zhí)行器之間，構(gòu)成串聯(lián)環(huán)節(jié)，這樣兩者的誤差產(chǎn)生疊加，它仍無法了解后面的執(zhí)行器工作情況，不能實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器的故障檢測(cè)，執(zhí)行器仍然是原來的執(zhí)行器，未作任何改變，還是由操作器、單相或三相電機(jī)、伺服放大器、電機(jī)減速機(jī)構(gòu)、位置反饋機(jī)構(gòu)等組成，因而，原執(zhí)行器的缺點(diǎn)，如模擬量操作器指針式表頭易損壞，機(jī)械式摩擦制動(dòng)器常發(fā)生故障，整機(jī)靈敏度和工作死區(qū)指標(biāo)難以提高，三相電機(jī)的控制易發(fā)生相間短路等缺點(diǎn)依然存在。
本發(fā)明的目的是使微處理機(jī)直接與電動(dòng)執(zhí)行器相結(jié)合，以帶微處理機(jī)的交流控制器取代現(xiàn)有技術(shù)中的伺服放大器，克服原電動(dòng)執(zhí)行器的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種能在線的對(duì)執(zhí)行器故障進(jìn)行檢測(cè)、診斷、報(bào)警的真正智能電動(dòng)執(zhí)行器。
為此，本發(fā)明的技術(shù)方案是以可接收模擬量調(diào)節(jié)信號(hào)及上位機(jī)通訊控制信號(hào)帶微處理機(jī)的交流控制器取代原執(zhí)行器中的伺服放大器，它和電機(jī)、操作器、減速機(jī)構(gòu)、位置反饋機(jī)構(gòu)連接成一個(gè)智能電動(dòng)執(zhí)行器，在三相電機(jī)與帶微處理機(jī)的交流控制器之間可連接一個(gè)三相功率轉(zhuǎn)換器，操作器的指示部分用數(shù)字顯示器。
本發(fā)明實(shí)施例結(jié)合附圖加以詳細(xì)描述。


圖1為智能調(diào)節(jié)閥原理框圖，圖2為單相智能電動(dòng)執(zhí)行器原理框圖;
圖3為三相智能電動(dòng)執(zhí)行器原理框圖;
圖4為操作器數(shù)字顯示器部分原理框圖;
圖5為操作器數(shù)字顯示器部分原理線路圖;
圖6為帶微處理機(jī)的交流控制器原理線路圖;
圖7為三相功率轉(zhuǎn)換器原理線路圖。
圖1表示的現(xiàn)有技術(shù)即北京工大申請(qǐng)的“智能調(diào)節(jié)閥”原理框圖，后面虛線內(nèi)為原來執(zhí)行器部分，左面虛線內(nèi)為帶微機(jī)的智能儀，圖2和圖3是單相和三相智能電動(dòng)執(zhí)行器原理框圖，由一個(gè)帶微處理機(jī)的交流控制器取代了伺服放大器，它和單相電機(jī)、操作器、減速機(jī)構(gòu)、位置反饋機(jī)構(gòu)連接成一個(gè)單相智能執(zhí)行器，電機(jī)采用三相電機(jī)，在三相電機(jī)和帶微機(jī)的交流控制器之間連接一個(gè)三相功率轉(zhuǎn)換器組成一個(gè)三相智能電動(dòng)執(zhí)行器。帶微處理機(jī)的交流控制器是智能電動(dòng)執(zhí)行器的控制中心，它包括通訊控制接口1、報(bào)警電路2、單片微處理器3、只讀存貯器4、輸出回路5、外部設(shè)置及信號(hào)輸出回路6、可擦只讀存貯器7、調(diào)節(jié)信號(hào)輸入回路8及反饋信號(hào)輸入回路9，通訊控制接口1和單片微處理器3的RXD、和TXD端連接，報(bào)警電路2及由電壓頻率(V/F)轉(zhuǎn)換器10、光電耦合器11連接而成的調(diào)節(jié)信號(hào)輸入回路8和反饋信號(hào)輸入回路9與微處理器3的P3口相連接，只讀存貯器4和可擦除只讀存貯器7通過總線和微處理器3連接，微處理器3和P1口接有輸出回路5和外部設(shè)置及信號(hào)輸出回路6，單片微處理器用P8031單片機(jī)，可擦除只讀存儲(chǔ)器用DQ2816，只讀存貯器用MS2764，電壓頻率(V/F)轉(zhuǎn)換器用MC14046集成塊，光電耦合器用TIL117。帶微處理機(jī)的交流控制器的主要輸入信號(hào)有上位計(jì)算機(jī)控制信號(hào)，外部設(shè)置信號(hào)，上位調(diào)節(jié)器控制信號(hào)，位置反饋信號(hào)和報(bào)警信號(hào)，其輸出可直接驅(qū)動(dòng)單相交流伺服電機(jī)。帶微處理機(jī)的交流控制器有兩種工作方式，一種是計(jì)算機(jī)通訊控制方式，由上位機(jī)信號(hào)通過通訊控制接口1送入單片微處理器3按程序執(zhí)行上位機(jī)的位移特性修正參數(shù)和控制命令;另一種為模擬量調(diào)節(jié)器控制方式，由輸入模擬量信號(hào)經(jīng)調(diào)節(jié)信號(hào)輸入回路8的電壓頻率(V/F)轉(zhuǎn)換器10轉(zhuǎn)換成頻率量經(jīng)光電耦合器11送入單片微處理器3和反饋信號(hào)輸入回路9的位置反饋頻率量比較，單片微處理器3按特性修正程序?qū)斎胄盘?hào)運(yùn)算、處理并發(fā)出輸出命令經(jīng)輸出回路5至伺服電機(jī)。
這一交流控制器的主要功能為1.特性修正一般的伺服放大器輸入信號(hào)和反饋信號(hào)達(dá)到平衡時(shí)，才無輸出，不平衡時(shí)有輸出，反映在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上不平衡就調(diào)節(jié)，這種執(zhí)行器輸入信號(hào)與輸出位移之間的函數(shù)關(guān)系是線性的，對(duì)本交流控制器來說，要獲得這種線性函數(shù)是容易實(shí)現(xiàn)的，若調(diào)節(jié)信號(hào)輸入回路8與反饋信號(hào)輸入回路9的信號(hào)不一致即發(fā)出輸出命令。當(dāng)需要非線性函數(shù)關(guān)系時(shí)，本交流控制器就對(duì)輸入回路信號(hào)按數(shù)學(xué)模型進(jìn)行處理，單片微處理器3不再是直接比較調(diào)節(jié)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)，而是按預(yù)先編好的數(shù)字模型公式進(jìn)行運(yùn)算處理，得到多種用戶需要的輸入-輸出特性。
2.故障判別這種故障判別可在開機(jī)時(shí)檢測(cè)，也可在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)隨時(shí)進(jìn)行，基本原理是利用單片機(jī)，按預(yù)先編好的程序，判斷輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的關(guān)系是否正常。例如當(dāng)單片微處理器3發(fā)出輸出命令后，及時(shí)檢測(cè)反饋信號(hào)的變化，如發(fā)現(xiàn)反饋信號(hào)無變化或變化方向不對(duì)，此時(shí)即可判斷，另外，當(dāng)控制器本身的某些環(huán)節(jié)或外部接線、設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，本控制器也可進(jìn)行相應(yīng)的處理，及時(shí)向操作人員報(bào)警，指明故障所在，以便操作人員及時(shí)排除。
由圖7可知三相功率轉(zhuǎn)換器包括換向交流接觸器12、熱過載繼電器13、F1、F2、F3組成的三相熔絲14、T1、T2、T3三相可控硅電路15、Q1、Q2、Q3連接而成的可控硅觸發(fā)電路16，可控硅觸發(fā)器Q1、Q2、Q3均用MOC3022集成塊，其輸出端經(jīng)相應(yīng)的限流電阻R1～R6，保護(hù)電容C1～C3與主可控硅T1、T2、T3連接，主可控硅T1、T2、T3輸出接有F1、F2、F3三相熔絲，三相電源的輸入端連接熱過載繼電器T16，換間接觸器J和來自帶微處理機(jī)的交流控制器方向控制信號(hào)的輸入端相接，熱過載繼電器T16與主可控硅T2、T3之間接有換向接觸器J的常開和常閉接點(diǎn)J1-1、J2-2、J1-3J1-4，通常改變?nèi)嚯姍C(jī)的運(yùn)行方向是靠改變?nèi)嚯娫吹南嘈騺韺?shí)現(xiàn)的，這種相序改變可用兩只交流接觸器實(shí)現(xiàn)，也可采用5只主可控硅實(shí)現(xiàn)，若采用交流接觸器開關(guān)電機(jī)時(shí)，接觸器的觸點(diǎn)之間產(chǎn)生大的電火花，影響其使用壽命，當(dāng)完全采用可控硅來實(shí)現(xiàn)相序調(diào)整時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng)工況變化會(huì)使可控硅誤觸發(fā)，造成事故，造成兩相電源間短路，會(huì)損壞可控硅及其他器件，本功率轉(zhuǎn)換器方案中考慮了提高交流接觸器的壽命和防止相間短路，其工作原理如下三相功率轉(zhuǎn)換器接收兩種信號(hào)，工作信號(hào)和方向信號(hào)，輸出為三相交流功率電源，先由帶微處理機(jī)的交流控制器發(fā)出方向控制信號(hào)，然后再令主可控硅T1、T2、T3導(dǎo)通，若要反向調(diào)節(jié)，就先關(guān)閉主可控硅，再改變方向控制信號(hào)，然后再使主可控硅導(dǎo)通，這樣通過微機(jī)的控制可以保證交流接觸器僅在主可控硅關(guān)閉時(shí)進(jìn)行切換，這就避免了產(chǎn)生大的電火花及兩相間的意外短路，熱過載繼電器13保護(hù)電機(jī)，防止出現(xiàn)較長時(shí)間電流偏大(如電機(jī)的斷相運(yùn)行)，三相熔絲14主要防止瞬時(shí)大電流沖擊，造成主可控硅損壞。
由圖4、圖5所示，操作器的數(shù)字顯示部分由復(fù)位電路、譯碼、驅(qū)動(dòng)電路及數(shù)碼管組成，復(fù)位電路采用集成電路4528，譯碼電路用4510，驅(qū)動(dòng)電路用4511，本數(shù)字顯示部分與眾不同之處在于它采用接收串行脈沖自動(dòng)復(fù)位顯示方式，常用的串行信號(hào)接收顯示需要信號(hào)線、信號(hào)地線和復(fù)位控制線三根線，而本顯示器只需信號(hào)及信號(hào)接地線二根線。其原理為當(dāng)復(fù)位電路接收到一組外來串行脈沖的第一個(gè)脈沖時(shí)，即發(fā)出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，清除原來顯示值，對(duì)緊接其后的脈沖，復(fù)位電路不予響應(yīng)，同時(shí)譯碼驅(qū)動(dòng)電路接收顯示新的脈沖個(gè)數(shù)，顯示的值固定的比實(shí)際輸入值少“1”，該顯示器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，控制線少，對(duì)較遠(yuǎn)距離的數(shù)字傳送顯示尤其適合。
本發(fā)明以帶微處理器的交流控制器取代了現(xiàn)有技術(shù)中的伺服放大器，未增加結(jié)構(gòu)，可靠性高，成本低，并用微機(jī)的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)各種閥門的流量特性修正，簡(jiǎn)化調(diào)節(jié)閥的生產(chǎn)工藝，改善電動(dòng)執(zhí)行器的控制特性，并能對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器的工作情況進(jìn)行在線檢測(cè)、診斷、出現(xiàn)故障可隨時(shí)處理或向系統(tǒng)報(bào)警，三相功率轉(zhuǎn)換器與帶微處理機(jī)的交流控制器的結(jié)合消除了現(xiàn)有技術(shù)中可控硅三相交流伺服放大器可能產(chǎn)生的相間短路等故障，操作器的數(shù)字顯示器可觸接顯示閥門調(diào)節(jié)情況，控制線少，顯示穩(wěn)定清楚，抗振動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種由操作器、電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、位置反饋機(jī)構(gòu)、微處理機(jī)組成的智能電動(dòng)執(zhí)行器，其特征在于可接收模擬量調(diào)節(jié)信號(hào)及上位機(jī)通訊控制信號(hào)的帶微處理機(jī)交流控制器和電機(jī)、操作器、減速機(jī)構(gòu)、位置反饋機(jī)構(gòu)連接成一個(gè)智能電動(dòng)執(zhí)行器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電動(dòng)執(zhí)行器，其特征在于在電機(jī)與帶微處理機(jī)的交流控制器之間可連接一個(gè)功率轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電動(dòng)執(zhí)行器，其特征在于帶微處理機(jī)的交流控制器由通訊控制接口1、報(bào)警電路2、單片微處理器3、只讀存貯器4、輸出回路5、外部設(shè)置及信號(hào)輸出電路6、可電擦除只讀存貯器7、調(diào)節(jié)信號(hào)輸入回路8、反饋信號(hào)輸入回路9組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電動(dòng)執(zhí)行器，其特征在于操作器的指示器部分是由復(fù)位電路、譯碼、驅(qū)動(dòng)電路及數(shù)碼管組成的數(shù)字顯示器、它采用接收串行脈沖自動(dòng)復(fù)位顯示方式，由信號(hào)線及信號(hào)接地線兩線輸入。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能電動(dòng)執(zhí)行器，其特征在于功率轉(zhuǎn)換器為三相功率轉(zhuǎn)換器，它包括換向交流接觸器12、Q1、Q2、Q3組成的可控硅觸發(fā)電路16、T1、T2、T3的三相主可控硅電路15、熱過載繼電器13以及F1、F2、F3三相熔絲14。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能電動(dòng)執(zhí)行器，其特征在于調(diào)節(jié)信號(hào)輸入回路8和反饋信號(hào)輸入回路9均是由電壓頻率(V/F)轉(zhuǎn)換器10與光電偶合器11相連接組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的智能電動(dòng)執(zhí)行器其特征在于帶微微機(jī)的交流控制器有兩種工作方式，一種是計(jì)算機(jī)通訊控制方式，由上位機(jī)信號(hào)通過通訊控制接口1送入單片微處理器3按程序執(zhí)行上位機(jī)的位移特性修正參數(shù)和控制命令;另一種為模擬量調(diào)節(jié)器控制方式，由輸入模擬量信號(hào)經(jīng)調(diào)節(jié)信號(hào)輸入回路3的電壓頻率(V/F)轉(zhuǎn)換器10轉(zhuǎn)換成頻率量經(jīng)光電偶合器11送入單片微處理器3和反饋信號(hào)輸入回路9的位置反饋頻率量比較，單片微處理器3按特性修正程序?qū)斎胄盘?hào)運(yùn)算、處理并發(fā)出命令經(jīng)輸出回路5至伺服電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微處理機(jī)直接和執(zhí)行器所構(gòu)成的智能電動(dòng)執(zhí)行器，特征是帶微機(jī)的交流控制器取代現(xiàn)有技術(shù)中的伺服放大器，它包括電機(jī)、帶數(shù)字顯示的操作器、減速機(jī)構(gòu)、位置反饋機(jī)構(gòu)、功率轉(zhuǎn)換器等，它可以實(shí)現(xiàn)各種閥門的流量特性修正，改善電動(dòng)執(zhí)行器的控制特性并能對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器的工作情況進(jìn)行在線檢測(cè)、診斷、故障報(bào)警，可廣泛用于冶金、石油、電站、化工、輕紡等工業(yè)部門的生產(chǎn)過程自動(dòng)調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)G08C19/38GK1047746SQ8910372
公開日1990年12月12日 申請(qǐng)日期1989年5月27日 優(yōu)先權(quán)日1989年5月27日
發(fā)明者錢明, 馮曉平, 杭唯生 申請(qǐng)人:機(jī)械電子工業(yè)部上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所