CN103244736A - 一种带有电位器的电动执行器及其控制方法 - Google Patents

一种带有电位器的电动执行器及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种带有电位器的电动执行器及其控制方法，包括控制线路板、传动机构、输出轴和电机，电机与传动机构相连接并通过传动机构驱动输出轴旋转，在输出轴上设置有控制线路板，输出轴上同轴固装空心电位器；控制线路板包括定位模块、用户输入模块、MCU、电源模块和电机驱动模块，MCU与定位模块、用户输入模块、电源模块和电机驱动模块相连接，该电源模块输出端连接到MCU和电机驱动模块，MCU通过定位模块采集位置信号、通过用户输入模块采集控制信号。本发明实现将多种控制方式及多种阀门流通形式的线路板集成在一起，并通过拨码开关的形式进行选择，极大地提高生产效率、降低了管理成本，实现了电动执行器的标准化生产。

Description

一种带有电位器的电动执行器及其控制方法
技术领域
本发明属于电动执行器领域，具体地说，是一种带有电位器的电动执行器及其控制方法。
背景技术
电动执行器是一种提供直线或旋转运动的驱动装置，传统电动执行器通常采用机械开关，如簧片定位、微动开关定位等方式，主要的结构一般包括凸轮、定位机构、控制线路板，凸轮竖直安装在控制线路板上，在该凸轮一侧的控制线路板上竖直设置有定位机构，该凸轮转动时触碰所述定位机构的簧片或接口，从而产生控制信号。
上述定位方式存在如下缺点：1、机械开关体积较大，占用了执行器内部的大部分空间，使得执行器体积增大；2、簧片定方式的结构简单，但安装及调试过程复杂，机械寿命短；微动开关定位方式的安装及调试过程虽然简单，但机械结构复杂，机械寿命短，而且两种定位方式的重复定位精度低；3、由于阀门的流通形式根据使用情况确定，而且每一种流通形式对应一种控制线路板，因此产生多种控制电路板；4、传统电动执行器的控制连接方式有四种，如图1至图4所示，一种连接方式对应一种控制线路板，这样势必需要准备大量的库存，从而降低生产效率、提高管理成本。
经检索，发现一篇与本专利内容相关的专利文献，公开号为CN2716876的中国专利公开了，专利名称为：一种CAN总线式智能电动执行器控制装置，该专利是针对由模拟信号控制的电动阀门控制器的控制精度较低，接线和维护不方便，且无法进行网络通信的不足而设计的。该装置采用了数字控制技术和总线通信技术，以微处理器AD89C55为控制核心，设置有输入通道及反馈通道、电流输出、程序存储器、按键及显示、电机控制、总线通信和电源等模块组成。
通过对比，上述专利公开文献与本专利申请在技术方案上有较大不同。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种带有电位器的电动执行器及其控制方法，该执行器体积小、工作稳定、寿命长，而且可有效提高生产效率、降低库存管理成本。
本发明的方案是这样实现的：
一种带有电位器的电动执行器，包括控制线路板、传动机构、输出轴和电机，所述电机与传动机构相连接并通过传动机构驱动输出轴旋转，在输出轴的上部同轴设置有控制线路板，其特征在于：所述控制线路板上方的输出轴上同轴固装一空心电位器；
所述控制线路板包括定位模块、用户输入模块、MCU主控模块、电源模块和电机驱动模块，MCU主控模块分别与定位模块、用户输入模块、电源模块和电机驱动模块相连接，该电源模块的输出端连接到MCU主控模块和电机驱动模块，MCU主控模块通过定位模块采集位置信号、通过用户输入模块采集控制信号，MCU主控模块通过电机驱动模块驱动电机工作。
而且，所述定位模块包括阻值电压转化电路，该阻值电压转换电路的输入端与空心电位器连接在一起。
而且，所述用户输入模块包括依次连接的用户输入单元和控制信号采集单元，该用户输入单元与电源模块连接，控制信号采集单元将用户输入转化为数字编码信号后输出给MCU控制模块。
而且，所述MCU的输出端连接一反馈模块，该反馈模块为晶体管OC门反馈、继电器反馈、可控硅反馈。
而且，所述电源模块包括两个电源电路，在两个电源电路之间并联一法拉电容。
而且，所述MCU主控模块的输入端还连接一阀门流通模式选择模块。
而且，所述选择模块为拨码开关。
而且，所述MCU主控模块采用单片机、CPLD、FPGA或ARM等智能芯片。
一种带有电位器的电动执行器控制方法，其特征在于：步骤为：
步骤一，首先用户需要确认一种阀门流通形式的控制线路板，该控制线路板根据流通形式分为三种：两位置阀门控制线路板、三位置阀门控制线路板、四位置阀门控制线路板；
步骤二，用户输入控制命令，用户输入模块将外部控制命令转换成位置命令信号；
步骤三，MCU主控模块根据位置命令信号驱动电机旋转至相应的位置后停止。
一种带有电位器和阀门流通模式选择模块电动执行器控制方法，其特征在于：步骤为：
步骤一，首先在一块控制线路板上通过阀门流通模式选择模块选择阀门的一种流通形式，该流通形式分为三种：两位置回转型阀门、三位置回转型阀门、四位置回转型阀门；
步骤二，用户输入控制命令，用户输入模块将外部控制命令转换成位置命令信号；
步骤三，MCU主控模块根据接收的位置命令信号驱动电机旋转至相应的位置后停转。
本发明的优点和积极效果是：
1、本电动执行器使用空心电位器代替传统的机械开关等方式采集位置信号，使得电动执行器的重复定位精度高，安装调试简单，提高工作效率。
2、本电动执行器的控制电路中增加一反馈模块，该反馈模块彻底解决了阀门回差问题，使执行器能够实现全开、全关状态，避免了执行器开不全或关不全的情况发生。
3、本电动执行器控制线路板上的MCU主控模块连接一阀门流通模式选择模块，该模块实现了将多种阀门的流通形式集成在一块线路板控制板上，并通过拨码开关选择流通形式，极大地提高了生产效率，降低了管理成本。
4、本电动执行器通过若干接口的优化组合，最终将控制信号仅转换为OP（开）、CL（关）两种状态，可以实现将多种控制方式的线路板集成在一起，并通过拨码开关的形式进行选择，极大地提高生产效率、降低了管理成本，实现了电动执行器的标准化生产。
附图说明
图1为现有技术B2控制方式连接图；
图2为现有技术B3控制方式连接图；
图3为现有技术BD3控制方式连接图；
图4为现有技术KT2控制方式连接图；
图5为本发明结构示意图；
图6为本发明电路原理框图；
图7为本发明用户输入模块原理框图；
图8为本发明采用B2、B3、BD3控制方式的电源连接示意图；
图9为本发明采用KT2控制方式的电源连接示意图；
图10为本发明阀门流通形式示意图；
图11为本发明简易控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种带有电位器的电动执行器，其结构如图5所示，包括控制线路板2、传动机构3、电机4和输出轴5，所述电机与传动机构相连接并通过传动机构驱动输出轴旋转，在输出轴的上部同轴设置有控制线路板。
本发明的创新点在于：
所述控制线路板上方的输出轴上同轴固装一空心电位器1，输出轴带动空心电位器旋转从而输出位置信号。所述控制线路板包括定位模块6、用户输入模块7、MCU主控模块、电源模块和电机驱动模块，如图6所示，所述MCU主控模块分别与定位模块、用户输入模块、电源模块和电机驱动模块相连接，该电源模块将用户输入的控制信号进行电源变换，为控制线路板上的各个模块供电。MCU主控模块通过定位模块采集位置信号、通过用户输入模块采集控制信号，该定位模块包括阻值电压转换电路，该阻值电压转换电路与空心电位器连接，空心电位器的转动会使其电阻值变化，并将变化的阻值转化为模拟电压值并输出给MCU主控模块，MCU主控模块则实时采集电位器上的电压值的变化，用不同的电压值代表电位器的不同阻值，从而间接代表阀门转动的角度。所述用户输入模块由用户输入单元和控制信号采集单元构成，该用户输入模块既可以将用户的控制信号转变为执行器内部的控制线路板的电源，又可以将用户的控制信号转换成数字信号供MCU主控模块采集用户的外部控制命令；MCU主控模块通过电机驱动模块驱动电机工作。控制线路板上的MCU控制模块可以采用单片机、CPLD、FPGA、ARM等智能芯片。
本实施例中，所述用户输入模块的原理框图如图7所示，由J1、J2、J3和COM四个接口组成的输入单元，其中，J1、J2既作为控制信号输入同时也提供电源，J3只提供电源。按照表1的接线方法（●表示焊接），焊接J1和J2接口为B2控制方式；焊接J1、J2和COM接口为B3控制方式；焊接J1、J3和COM接口为BD3控制方式；焊接J2和COM接口为KT2控制方式。
通过不同接口的连接实现信号的优化组合，接口的连通可通过焊接的方式完成，也可通过一组拨码开关实现，从而可将B2、B3、BD3、KT2四种控制方式整合在一块电路板上，实现执行器的标准化生产，有效提高工作效率、降低管理成本。
J1 J2 J3 COM
B2 ● ●
B3 ● ● ●
BD3 ● ● ●
KT2 ● ●
表一
当JX通电时，OP（开）、CL（关）有信号为1，无信号为0（见表二），其中，NC表示悬空无信号。
表二
由表二得出的结论为：
开阀状态时，OP=1，CL=0；关阀状态时，OP=0，CL可为任何值。
所述电源模块为控制电路板上的各个模块进行供电，可以支持交直流、宽电压通用以及防接反设计。当使用B2、B3、BD3控制方式时，使用如图8所示的电源连接框图，J1、J2、J3和COM分别与电源电路输入端连接，该电源电路的输出端分别与控制板供电和电机供电电路连接。当使用KT2控制方式时，使用如图9所示的电源连接框图，其区别上述控制方式的是执行器内部在两个电源电路之间连接一法拉电容，作为外部掉电后继续为控制系统供电的备用电源，增加法拉电容实现KT2控制方式，与其他控制方式形成统一的外部接口。
如图6所示，所述MCU的输出端连接一反馈模块，常用的反馈方式有晶体管OC门反馈、继电器反馈、可控硅反馈，当MCU模块处理位置信号后，通过软件程序计算出执行器的回差，彻底解决了阀门回差问题，使所有执行器都能实现全开、全关状态，避免开不全或关不全的情况。
在MCU的输入端还连接一阀门流通模式选择模块，该阀门流通模式选择模块可以根据用户要求在控制电路中设定阀门不同的流通形式，该选择模块的选择方式可以通过拨码开关实现。阀门的流通形式如图10所示分为四种阀门，将阀门不同的流通形式进行编码并预置在控制电路中，此预置编码如表三所示，可以根据需要进行扩展。
流通形式 编码
两位置90°型阀门 000
两位置180°型阀门 001
三位置型阀门 010
四位置型阀门 011
… …
表三
一种带有电位器的电动执行器控制方法，如图11所示，步骤为：
步骤一，首先用户需要确认一种阀门流通形式的控制线路板，目前流通形式如表三所示，可以分为四种：两位置90°型阀门、两位置180°型阀门、三位置型阀门、四位置阀门，因此对应不同的流通形式制有不同的四块控制线路板；
步骤二，用户输入控制命令，用户输入模块将外部控制命令转换成位置命令信号；
步骤三，MCU主控模块根据位置命令信号驱动电机旋转至相应的位置后停止。
一种带有电位器和阀门流通模式选择模块的电动执行器的控制方法，如图11所示，首先，用户在一块控制线路板上通过阀门流通模式选择模块选择如图10阀门中任一流通形式，其步骤如下：
第一种，选择两位置90度回转型阀门
步骤一，用户输入控制命令，用户输入模块将外部控制命令转换成位置命令信号；
步骤二，MCU主控模块根据接收的位置命令信号驱动电机旋转至相应的位置后停转。
第二种，选择两位置180度回转型阀门
该操作方法与第一种完全相同，只是两位置之间的角度不同。
第三种，选择三位置180度（0°、90°、180°）型阀门
步骤一，用户输入控制命令，用户输入模块将外部控制命令转换成位置命令信号；
步骤二，当用户控制命令为位置2时（开90度），执行器执行开90度动作，直至阀门转动90度，且MCU主控模块检测到开到位置1的到位信号才停止；
当用户控制命令为位置3时（开180度），执行器执行开180度动作，直至阀门转动到位置3，且MCU主控模块检测到开到位置3的到位信号才停止。
当用户控制命令为关阀时，执行器执行关阀动作，直至阀门转回关阀位置，且MCU主控模块检测到关到位信号才停止。
第四种，选择四位置90度（0°、30°、60°、90°）型阀门
该操作方法与第三种基本相同，只是在第三种的基础上增加一个位置。
阀门的流通形式不限于上述四种，可以根据用户需求设定；另外，阀门的旋转角度同样也可由用户根据需求设定。

Claims (10)

1.一种带有电位器的电动执行器，包括控制线路板、传动机构、输出轴和电机，所述电机与传动机构相连接并通过传动机构驱动输出轴旋转，在输出轴的上部同轴设置有控制线路板，其特征在于：所述控制线路板上方的输出轴上同轴固装一空心电位器；
所述控制线路板包括定位模块、用户输入模块、MCU主控模块、电源模块和电机驱动模块，MCU主控模块分别与定位模块、用户输入模块、电源模块和电机驱动模块相连接，该电源模块的输出端连接到MCU主控模块和电机驱动模块，MCU主控模块通过定位模块采集位置信号、通过用户输入模块采集控制信号，MCU主控模块通过电机驱动模块驱动电机工作。
2.根据权利要求1所述的带有电位器的电动执行器，其特征在于：所述定位模块包括阻值电压转化电路，该阻值电压转换电路的输入端与空心电位器连接在一起。
3.根据权利要求1所述的带有电位器的电动执行器，其特征在于：所述用户输入模块包括依次连接的用户输入单元和控制信号采集单元，该用户输入单元与电源模块连接，控制信号采集单元将用户输入转化为数字编码信号后输出给MCU控制模块。
4.根据权利要求1所述的带有电位器的电动执行器，其特征在于：所述MCU的输出端连接一反馈模块，该反馈模块为晶体管OC门反馈、继电器反馈、可控硅反馈。
5.根据权利要求1所述的带有电位器的电动执行器，其特征在于：所述电源模块包括两个电源电路，在两个电源电路之间并联一法拉电容。
6.根据权利要求1所述的带有电位器的电动执行器，其特征在于：所述MCU主控模块的输入端还连接一阀门流通模式选择模块。
7.根据权利要求6所述的带有电位器的电动执行器，其特征在于：所述选择模块为拨码开关。
8.根据权利要求1至6任一项所述的带有电位器的电动执行器，其特征在于：所述MCU主控模块采用单片机、CPLD、FPGA或ARM等智能芯片。
9.根据权利要求1至5任一项所述的带有电位器的电动执行器控制方法，其特征在于：步骤为：
步骤一，首先用户需要确认一种阀门流通形式的控制线路板，该控制线路板根据流通形式分为三种：两位置阀门控制线路板、三位置阀门控制线路板、四位置阀门控制线路板；
步骤二，用户输入控制命令，用户输入模块将外部控制命令转换成位置命令信号；
步骤三，MCU主控模块根据位置命令信号驱动电机旋转至相应的位置后停止。
10.根据权利要求6或7所述的带有电位器的电动执行器控制方法，其特征在于：步骤为：
步骤一，首先在一块控制线路板上通过阀门流通模式选择模块选择阀门的一种流通形式，该流通形式分为三种：两位置回转型阀门、三位置回转型阀门、四位置回转型阀门；
步骤二，用户输入控制命令，用户输入模块将外部控制命令转换成位置命令信号；
步骤三，MCU主控模块根据接收的位置命令信号驱动电机旋转至相应的位置后停转。
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