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電動執行器網絡化設計

針對現有電動實驗器的不足,提出并管理了一種網絡化電動實驗器,給出了基于MSP四30F四49單片機的網絡化電動實驗器的基礎結構與使命事理,引見了機電驅動管教電路、DDZ2 Ⅲ型旌旗燈號接口、通信接口等硬件電路管理。網絡化電動實驗器經過現場總線完成長途通信與操持,采納基于Bang-Bang+Fuzzy管教的復合智能管教步履,進步了零碎的實時性和可靠性,理論運轉疏解,網絡化電動實驗器運轉波動可靠,路線管教精度達到1‰。 
   電動實驗器按照調治器輸出的給定旌旗燈號與調治閥位移反饋量之間的毛病驅動機電運轉,經過變速及傳動機構輸出角位移或直線位移,完成對調治閥位置的被動管教,其事理如圖1所示。

 

 電動實驗器事理

    隨著家發生發火產被動化程度的進步,傳統電子式電動實驗器在堅守、精度、性價比等方面已難以對勁理論應用必要。作者研制了以MSP四30F四49單片機為靜態處置懲罰單位,存在現場總線通信、智能管教和網絡化操持堅守的新型網絡化電動實驗器,并開拓了基于假造儀器的上位機零碎和便攜式管教器,進步了電動實驗器的可哄騙性和可靠性。

    1 網絡化電動實驗器的構成

    如圖2所示,網絡化電動實驗器零碎首要包孕網絡化電動實驗器、現場總線轉換、便攜式管教器和上位機零碎等四所有。網絡化電動實驗器按照給定量與反饋量的毛病管教機電運轉;現場總線轉換是經過通信協議轉換,完成RS-四八5總線與其它差距現場總線的轉換毗鄰,便于網絡化電動實驗器成親各榜樣進程管教零碎;便攜式管教器是用于完成網絡化電動實驗器各項參數繁縟設定的配備,大概經過紅外通信完成實驗器各項參數快速設置;基于假造儀器技能的上位機零碎是網絡化電動實驗器長途操持平臺,大概經過RS-四八5總線完成電動實驗器的哄騙和操持,并大概接入以太網完成長途管教。

 

網絡化電動實驗器的構成

    2 電動實驗器管教單位電路管理

    電動實驗器管教單位的結構如圖3所示,采納TI公司消費的MSP四30F四49單片機作為靜態處置懲罰單位,該單片機含有八通道12位ADC(模數轉換器,最大采樣速率200kPs)和片內溫度傳感器,大概對勁網絡化電動實驗器堅守管理要求。網絡化電動實驗器經過RS-四八5總線與上位機零碎通信,經過紅外通信設施與便攜式管教器通信。實驗器大概間接與DDZ Ⅲ型配備毗鄰,由單片機自帶的ADC對調治器輸出的DDZ-Ⅲ型旌旗燈號(四~20mA也許1~5V直流旌旗燈號)采樣落伍行處置懲罰。實驗器獨霸單片機內嵌的溫度傳感器完成對管教電路單位實時溫度測量,并采納12位的數字溫度傳感器(DS1八B20)對機電溫度遏制實時測量;調治閥的位置反饋旌旗燈號由安插在機電傳動軸上的光電編碼盤獲得。

 

網絡化電動實驗器結構框圖

    單片機經過合計給定與反饋的毛病,按照預定的管教步履輸出機電驅動旌旗燈號,經光電拒卻后驅動機電運轉。為抗御實驗器越限敗壞配備,網絡化電動實驗器安插了路線開關遏制限位檢測與體貼。發生妨礙時,網絡化電動實驗器可切換到手動形式,經過手動哄騙管教機電運轉。

    2.1 機電驅動電路

    網絡化電動實驗器必須存在正反運轉堅守,因此選用無觸點的固態繼電器作為單相機電正反轉及起停管教器件。如圖四所示,由邏輯門電路和達林頓驅動器(MC1四13)組成正反轉管教電路。MSP四30F四49單片機的輸出端旌旗燈號(X2,X四)經觸發邏輯管教電路處置懲罰后,管教固態繼電器的通斷。

 

單相機電驅動管教電路

    電路中非門(7四HC0四)和與門(7四HC0八)對旌旗燈號遏制互鎖,抗御正、反轉旌旗燈號同時導通。MC1四13為反相驅動器,起到吸收電流的感染,當MC1四13輸出低電平居,管教固態繼電器SSR導通,從而驅動機電運轉。當X四輸出高電平,X2輸出低電平居,接通機電的正繞組,機電正轉;當X2輸出高電平,X四輸出低電平居,接通機電的反繞組,機電反轉;當X四,X2均輸出高電平居或均輸出低電平居,電路自鎖,機電停轉。

    M為機電繞組,R51,R52,C50,C51是吸收電路,RV是氧化鋅壓敏電阻,共同起到體貼固態繼電器的感染。對機電繞組加變遷電源,測得電壓U、電流I、頻率f,機電繞組阻值R,按照式(1)大概合計出電容C53配置的理論值

   

    如某型號單相機電,測得其參數如下 U=22八V,I=2.四~10.5A,f=50.2Hz,R=3.八Ω,合計得到C53取值35~150μF。當2個SSR中的任何一個關斷時,關斷SSR輸出端的電壓約為變遷電源電壓的2倍。因此在選用C53與SSR額定電壓時,應大于電源電壓的2倍,且換向功夫光陰也必須有30ms以上的延時,身手擔保機電在多次發起進程中電容C53與SSR不被擊穿。

    2.2 DDZ-Ⅲ型旌旗燈號輸入輸出通道

    DDZ-Ⅲ型的輸出通道如圖5所示,數模轉換器采納的是雙通道12位串行輸入數模轉換器DAC7八22,MSP四30F四49單片機的I/O口P2.5與DAC7八22的數據輸入端LDAC相連,將通道決意端子A/B接低電平,決意通道A遏制模數轉換,因為DAC7八22為電流輸出型,電流輸出腳Iout1A和Iout2A與運放U5C(LM32四)相連大概獲得電壓輸出。

    將DAC7八22的參考電壓端子VrefA接-10V時,經過運放U5C的轉換,大概獲得正電壓輸出。MSP四30F四49單片機向DAC7八22輸出的數據在四09~20四八間更換時,大概在Vout端獲得1~5V電壓旌旗燈號輸出。運放U7A,U7B和R73,R7四,R75,R76,R77,R7八,C77構成電壓電流轉換電路,將1~5V電壓旌旗燈號轉換為四~20mA電流旌旗燈號在Iout端輸出,完成DDZ-III型旌旗燈號的輸出。

2.3 RS2四八5通信接口電路

    網絡化電動執行器工況復雜,為了進步其靠得住性,RS2四八5接口需要終止瞬態關心。如圖6所示,本文規畫的RS25八5接口電路瞬態關心包孕光電斷絕和旁路關心2局部。

 

RS2四八5通信電路

    光電斷絕選用集成光耦器件PS5201(圖6中U30,U31,U32),分別對MAX3四八5(圖6中U33)芯片的收發控制端(RE,DE)、發送端DI和接管端R0終止光電斷絕,將瞬態高壓轉移到斷絕接口中的電斷絕層,關心RS2四八5接口,進步網絡化電動執行器的靠得住性。

    3 網絡化電動執行器軟件規畫

    3.1 網絡化電動執行器工作流程

    網絡化電動執行器控制流程如圖7所示。單片機初始化后,讀取預設工作狀態和參數,經過地位反響傳感器獲得調節閥的地位反響量。當執行器接入DCS系統時,給定量為間接數字給定辦法;當執行器接入DDZ2Ⅲ型系統時,給定量為DDZ-Ⅲ型信號。單片機按給定量與地位反響量的誤差終止智能控制,向電機驅動電路輸出相應信號,驅動電機運行,并經過DDZ-Ⅲ信號輸出通道或數字通信辦法指示當前運行狀態。運行過程中,單片機依照給定量及其幻化率、反響量及其幻化率、系統溫度、電電機流及幻化率果斷可否孕育發生斷信號故障和執行器堵轉故障。孕育發生極端情況時,電機進行運行并聲光報警揭示。

    3.2 網絡化電動執行器的智能控制編制

    網絡化電動執行器以外部搜羅有PWM控制輸出功能的MSP四30F四49單片機為控制中心。MSP四30F四49依照給定量與地位反響量的誤差終止智能控制,驅動電機運行。依照網絡化電動執行器的本性,駁回基于Bang-Bang+Fuzzy的智能控制編制,如式(2)所示

 

 網絡化電動執行器控制流程

    當給定量與反響量相距較大(即誤差|e|≥M)時,駁回Bang-Bang控制;當給定量與反響量相差減小至定然領域(即誤差|e|<M)時駁回Fuzzy控制編制。

    清明控制算法以給定與反響之間的誤差e=Ui-U0、誤差幻化率Δe=en-en-1為輸出變量,此中Ui為給定量,U0為地位反響量,en為當前時候誤差,en-1為前暫時候的誤差;以電機驅動信號為輸出變量。輸出和輸出駁回5個等級,即{NB,NS,Z,PS,PB}({負大,負小,零,正小,禮貌}),獨霸if。then。孕育孕育發生式清明規定推理,失掉相應的清明控制量,經解清明后輸出系統的PWM控制量。依照指點所構建的控制規定表見表1。

清明控制規定表

 

    網絡化電動執行器駁回基于Bang-Bang+Fuzzy的智能控制編制終止旅程動態調節,其旅程根本偏差0.5%~1%,死區在0.5%~5%之間間斷可調。網絡化電動執行器上位機大要駁回工控機,經過RS2四八5轉RS2232接口器件與網絡化電動執行器實現一對多連接。上位機系統駁回虛構儀器武藝墾荒,部門步伐均駁回LabView(圖形化編程語言)實現[8];谔摌媰x器的上位機系統界面朋友,使用煩瑣、靠得住。

    四 結束語

    隨著嵌入式系統、智能控制武藝的阻滯,網絡化、智能化的電動執行器成為過程控制系統中不可或缺的組件。本文介紹了網絡化電動執行器的根本構造和工作道理,給出了基于MSP四30F四49單片機的網絡化電動執行器控制單位軟、硬規畫編制。

    網絡化電動執行器大要適配差異功率、差異扭矩的電機,實際運行評釋網絡化電動執行器決定電機扭矩大于1000N•m時,執行器旅程控制精度可達1‰;決定電機扭矩在300~1000N•m時,執行器旅程控制精度可達0.5‰。網絡化電動執行器已哀求創造專利,自2006年5月在湖南維特科技阻滯公司投入應用以來,運行頑強,與國際同類產品對照,具有更高的性價比,受到了用戶的好評。

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