CN1047746A

CN1047746A - 智能电动执行器

Info

Publication number: CN1047746A
Application number: CN 89103722
Authority: CN
Inventors: 钱明; 冯晓平; 杭唯生
Original assignee: Shanghai Industrial Automatic Instrument And Meter Inst Ministry Of Mechanism
Current assignee: Shanghai Industrial Automatic Instrument And Meter Inst Ministry Of Mechanism
Priority date: 1989-05-27
Filing date: 1989-05-27
Publication date: 1990-12-12

Abstract

本发明涉及一种微处理机直接和执行器所构成的智能电动执行器，特征是带微机的交流控制器取代现有技术中的伺服放大器，它包括电机、带数字显示的操作器、减速机构、位置反馈机构、功率转换器等，它可以实现各种阀门的流量特性修正，改善电动执行器的控制特性并能对电动执行器的工作情况进行在线检测、诊断、故障报警，可广泛用于冶金、石油、电站、化工、轻纺等工业部门的生产过程自动调节。

Description

本发明涉及一种微处理机直接和执行器所构成的智能电动执行器，它适用于控制系统中的流量、压力、温度等工艺参数或生产过程的自动调节、远距离控制等，可广泛用于冶金、石油、电站、化工、轻纺、造纸等工业部门。

调节阀的流量特性是指位移与流量间关系，而执行机构输入信号与位移间的特性一般为线性特性，要获得不同的流量特性，通常用两种方法，1.设计不同的阀芯，2.改变执行机构的位移特性，对于有的流量特性是不能依靠改变阀芯形状而改变的，如蝶阀、O型球阀、偏心旋转阀、隔膜阀等，这些只能依靠执行机构的非线性位移特性来实现流量特性的改变，气动调节阀就使用阀门定位器不同的外形反馈凸轮来实现流量特性的改变。近年来，以微机对输入调节信号进行处理的工作已开始，它可相对实现执行器位移特性非线性修正进而获得不同的流量特性，如北京工业大学于1985年申请了“智能调节阀”实用新型专利（申请号：CN85202877U），采用了带微机的智能仪与电动执行器相结合，智能仪由模/数转换器、单片机、数/模转换器组成，其原理为：输入0～10mA调节信号，经A/D转换进入单片微机，按固化的特性处理程序，对输入信号加工、处理，输出经D/A转换后，再进入电动执行器，这并没有使微机直接和电动执行器相结合，不是放在电动执行器之内，而是把微机接于上位调节器和电动执行器之间，构成串联环节，这样两者的误差产生叠加，它仍无法了解后面的执行器工作情况，不能实现执行器的故障检测，执行器仍然是原来的执行器，未作任何改变，还是由操作器、单相或三相电机、伺服放大器、电机减速机构、位置反馈机构等组成，因而，原执行器的缺点，如模拟量操作器指针式表头易损坏，机械式摩擦制动器常发生故障，整机灵敏度和工作死区指标难以提高，三相电机的控制易发生相间短路等缺点依然存在。

本发明的目的是使微处理机直接与电动执行器相结合，以带微处理机的交流控制器取代现有技术中的伺服放大器，克服原电动执行器的缺点，设计出一种能在线的对执行器故障进行检测、诊断、报警的真正智能电动执行器。

为此，本发明的技术方案是以可接收模拟量调节信号及上位机通讯控制信号带微处理机的交流控制器取代原执行器中的伺服放大器，它和电机、操作器、减速机构、位置反馈机构连接成一个智能电动执行器，在三相电机与带微处理机的交流控制器之间可连接一个三相功率转换器，操作器的指示部分用数字显示器。

本发明实施例结合附图加以详细描述。

图1为智能调节阀原理框图，

图2为单相智能电动执行器原理框图;

图3为三相智能电动执行器原理框图;

图4为操作器数字显示器部分原理框图;

图5为操作器数字显示器部分原理线路图;

图6为带微处理机的交流控制器原理线路图;

图7为三相功率转换器原理线路图。

图1表示的现有技术即北京工大申请的“智能调节阀”原理框图，后面虚线内为原来执行器部分，左面虚线内为带微机的智能仪，图2和图3是单相和三相智能电动执行器原理框图，由一个带微处理机的交流控制器取代了伺服放大器，它和单相电机、操作器、减速机构、位置反馈机构连接成一个单相智能执行器，电机采用三相电机，在三相电机和带微机的交流控制器之间连接一个三相功率转换器组成一个三相智能电动执行器。带微处理机的交流控制器是智能电动执行器的控制中心，它包括通讯控制接口1、报警电路2、单片微处理器3、只读存贮器4、输出回路5、外部设置及信号输出回路6、可擦只读存贮器7、调节信号输入回路8及反馈信号输入回路9，通讯控制接口1和单片微处理器3的RXD、和TXD端连接，报警电路2及由电压频率（V/F）转换器10、光电耦合器11连接而成的调节信号输入回路8和反馈信号输入回路9与微处理器3的P₃口相连接，只读存贮器4和可擦除只读存贮器7通过总线和微处理器3连接，微处理器3和P₁口接有输出回路5和外部设置及信号输出回路6，单片微处理器用P8031单片机，可擦除只读存储器用DQ2816，只读存贮器用MS2764，电压频率（V/F）转换器用MC14046集成块，光电耦合器用TIL117。带微处理机的交流控制器的主要输入信号有上位计算机控制信号，外部设置信号，上位调节器控制信号，位置反馈信号和报警信号，其输出可直接驱动单相交流伺服电机。带微处理机的交流控制器有两种工作方式，一种是计算机通讯控制方式，由上位机信号通过通讯控制接口1送入单片微处理器3按程序执行上位机的位移特性修正参数和控制命令;另一种为模拟量调节器控制方式，由输入模拟量信号经调节信号输入回路8的电压频率（V/F）转换器10转换成频率量经光电耦合器11送入单片微处理器3和反馈信号输入回路9的位置反馈频率量比较，单片微处理器3按特性修正程序对输入信号运算、处理并发出输出命令经输出回路5至伺服电机。

这一交流控制器的主要功能为：

1.特性修正

一般的伺服放大器输入信号和反馈信号达到平衡时，才无输出，不平衡时有输出，反映在执行机构上不平衡就调节，这种执行器输入信号与输出位移之间的函数关系是线性的，对本交流控制器来说，要获得这种线性函数是容易实现的，若调节信号输入回路8与反馈信号输入回路9的信号不一致即发出输出命令。当需要非线性函数关系时，本交流控制器就对输入回路信号按数学模型进行处理，单片微处理器3不再是直接比较调节输入信号和反馈信号，而是按预先编好的数字模型公式进行运算处理，得到多种用户需要的输入-输出特性。

2.故障判别

这种故障判别可在开机时检测，也可在系统运行时随时进行，基本原理是利用单片机，按预先编好的程序，判断输入信号与输出信号的关系是否正常。例如：当单片微处理器3发出输出命令后，及时检测反馈信号的变化，如发现反馈信号无变化或变化方向不对，此时即可判断，另外，当控制器本身的某些环节或外部接线、设备出现故障时，本控制器也可进行相应的处理，及时向操作人员报警，指明故障所在，以便操作人员及时排除。

由图7可知三相功率转换器包括换向交流接触器12、热过载继电器13、F₁、F₂、F₃组成的三相熔丝14、T₁、T₂、T₃三相可控硅电路15、Q1、Q2、Q3连接而成的可控硅触发电路16，可控硅触发器Q1、Q2、Q3均用MOC3022集成块，其输出端经相应的限流电阻R1～R6，保护电容C1～C3与主可控硅T₁、T₂、T₃连接，主可控硅T₁、T₂、T₃输出接有F₁、F₂、F₃三相熔丝，三相电源的输入端连接热过载继电器T₁₆，换间接触器J和来自带微处理机的交流控制器方向控制信号的输入端相接，热过载继电器T₁₆与主可控硅T₂、T₃之间接有换向接触器J的常开和常闭接点J_1-1、J_2-2、J_1-3J_1-4，通常改变三相电机的运行方向是靠改变三相电源的相序来实现的，这种相序改变可用两只交流接触器实现，也可采用5只主可控硅实现，若采用交流接触器开关电机时，接触器的触点之间产生大的电火花，影响其使用寿命，当完全采用可控硅来实现相序调整时，由于现场工况变化会使可控硅误触发，造成事故，造成两相电源间短路，会损坏可控硅及其他器件，本功率转换器方案中考虑了提高交流接触器的寿命和防止相间短路，其工作原理如下：三相功率转换器接收两种信号，工作信号和方向信号，输出为三相交流功率电源，先由带微处理机的交流控制器发出方向控制信号，然后再令主可控硅T₁、T₂、T₃导通，若要反向调节，就先关闭主可控硅，再改变方向控制信号，然后再使主可控硅导通，这样通过微机的控制可以保证交流接触器仅在主可控硅关闭时进行切换，这就避免了产生大的电火花及两相间的意外短路，热过载继电器13保护电机，防止出现较长时间电流偏大（如电机的断相运行），三相熔丝14主要防止瞬时大电流冲击，造成主可控硅损坏。

由图4、图5所示，操作器的数字显示部分由复位电路、译码、驱动电路及数码管组成，复位电路采用集成电路4528，译码电路用4510，驱动电路用4511，本数字显示部分与众不同之处在于它采用接收串行脉冲自动复位显示方式，常用的串行信号接收显示需要信号线、信号地线和复位控制线三根线，而本显示器只需信号及信号接地线二根线。其原理为：当复位电路接收到一组外来串行脉冲的第一个脉冲时，即发出一个复位信号，清除原来显示值，对紧接其后的脉冲，复位电路不予响应，同时译码驱动电路接收显示新的脉冲个数，显示的值固定的比实际输入值少“1”，该显示器结构简单，成本低，控制线少，对较远距离的数字传送显示尤其适合。

本发明以带微处理器的交流控制器取代了现有技术中的伺服放大器，未增加结构，可靠性高，成本低，并用微机的特点实现各种阀门的流量特性修正，简化调节阀的生产工艺，改善电动执行器的控制特性，并能对电动执行器的工作情况进行在线检测、诊断、出现故障可随时处理或向系统报警，三相功率转换器与带微处理机的交流控制器的结合消除了现有技术中可控硅三相交流伺服放大器可能产生的相间短路等故障，操作器的数字显示器可触接显示阀门调节情况，控制线少，显示稳定清楚，抗振动。

Claims

1、一种由操作器、电机、减速机构、位置反馈机构、微处理机组成的智能电动执行器，其特征在于：可接收模拟量调节信号及上位机通讯控制信号的带微处理机交流控制器和电机、操作器、减速机构、位置反馈机构连接成一个智能电动执行器。

2、根据权利要求1所述的智能电动执行器，其特征在于：在电机与带微处理机的交流控制器之间可连接一个功率转换器。

3、根据权利要求1所述的智能电动执行器，其特征在于：带微处理机的交流控制器由通讯控制接口1、报警电路2、单片微处理器3、只读存贮器4、输出回路5、外部设置及信号输出电路6、可电擦除只读存贮器7、调节信号输入回路8、反馈信号输入回路9组成。

4、根据权利要求1所述的智能电动执行器，其特征在于：操作器的指示器部分是由复位电路、译码、驱动电路及数码管组成的数字显示器、它采用接收串行脉冲自动复位显示方式，由信号线及信号接地线两线输入。

5、根据权利要求2所述的智能电动执行器，其特征在于：功率转换器为三相功率转换器，它包括换向交流接触器12、Q₁、Q₂、Q₃组成的可控硅触发电路16、T₁、T₂、T₃的三相主可控硅电路15、热过载继电器13以及F₁、F₂、F₃三相熔丝14。

6、根据权利要求3所述的智能电动执行器，其特征在于：调节信号输入回路8和反馈信号输入回路9均是由电压频率（V/F）转换器10与光电偶合器11相连接组成。

7、根据权利要求1和3所述的智能电动执行器其特征在于：带微微机的交流控制器有两种工作方式，一种是计算机通讯控制方式，由上位机信号通过通讯控制接口1送入单片微处理器3按程序执行上位机的位移特性修正参数和控制命令;另一种为模拟量调节器控制方式，由输入模拟量信号经调节信号输入回路3的电压频率（V/F）转换器10转换成频率量经光电偶合器11送入单片微处理器3和反馈信号输入回路9的位置反馈频率量比较，单片微处理器3按特性修正程序对输入信号运算、处理并发出命令经输出回路5至伺服电机。