CN203038038U

CN203038038U - 智能电动执行机构控制系统

Info

Publication number: CN203038038U
Application number: CN 201220749230
Authority: CN
Inventors: 李广华; 武自才
Original assignee: CHONGQING GUANGDA INSTRUMENT Co Ltd
Current assignee: CHONGQING GUANGDA INSTRUMENT Co Ltd
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2022-12-31

Abstract

本实用新型涉及电动单元组合仪表技术领域，具体公开了一种智能电动执行机构控制系统，其包括依次电性连接的控制器、电机、减速器，以及一端电性连接于减速器的输出轴上，另一端与控制器输入端电性连接的位移检测机构；所述控制器采用微处理器，位移检测机构内包括一差动变压器，位移检测机构通过该差动变压器分别与减速器的输出轴及控制器输入端电性连接。本实用新型以单片微控制器为核心，系统构成灵活，适应性强，且不需另配伺服放大器，具有电制动功能。

Description

智能电动执行机构控制系统

技术领域

本实用新型涉及电动单元组合仪表技术领域，尤其涉及一种电动单元组合仪表中的执行单元仪表。

背景技术

电动单元组合仪表是由若干种具有独立功能的标准单元组成的一套电动调节仪表，汉语拼音缩写为DDZ。标准单元是按仪表在自动检测系统和自动调节系统中的作用划分的，各单元间使用统一标准的直流电流(或电压)信号。电动单元组合仪表主要由变送、转换、计算、显示、给定、调节、辅助、执行等8类单元组成。其中的执行单元用于将调节单元送来的信号转换成机械位移，操纵阀门等执行元件，以实现自动调节。执行单元主要分为两类：一类是以电机为动力的位置伺服机构（如直行程执行器），另一类是电气阀门定位器。它们将调节单元的信号转换成阀门的位置变化，使阀门开大或关小，因而直接或间接改变被调量，如改变管道中燃油流量或煤气流量。

目前，一般的阀门电动执行机构采用的是模拟电路作为核心控制电路，其系统灵活性不够，适应性较差，且其不具有智能定位功能，因此阻尼性较差；再者，现有的电动执行机构通过机械制动器进行制动，摩擦损耗较大，因此其工作寿命也较短；此外，以往的电动执行机构需要另行配置伺服放大器，体积与重量均较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提出一种智能电动执行机构控制系统，其以单片微控制器为核心，系统构成灵活，适应性强，且不需另配伺服放大器，具有电制动功能。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种智能电动执行机构控制系统，其包括：依次电性连接的控制器、电机、减速器，以及一端电性连接于减速器的输出轴上，另一端与控制器输入端电性连接的位移检测机构；所述控制器采用微处理器，位移检测机构内包括一差动变压器，位移检测机构通过该差动变压器分别与减速器的输出轴及控制器输入端电性连接。

其中，所述控制器包括有主控电路板，微处理器设于该主控电路板上，该主控电路板上还设有分别与微处理器电性连接的模/数转换电路及数/模转换电路，该模/数转换电路还与一位置发送模块电性连接，数/模转换电路还与一电压/电流转换模块电性连接。

再者，所述控制器内还包括有键盘输入模块、开关及LED指示灯，该键盘输入模块、开关及LED指示灯分别与微处理器电性连接。

此外，所述控制器上还设有分别与主控电路板电性连接的数个接线端子、开关插座、显示器插座、差动变压器插座、电源变压器插座、数个按键开关及调幅旋钮，该显示器插座与一显示器电性连接，差动变压器插座与差动变压器电性连接，电源变压器插座与一电源变压器电性连接。

具体的，所述控制器上设有3个按键开关，显示器上设有与该3个按键开关对应设置的设定键。

本实用新型中，所述控制器内还包括电可擦可编程只读存储器及看门狗，该电可擦可编程只读存储器及看门狗分别与微处理器电性连接。

本实用新型的电机可以采用伺服电机，所述减速器采用行星齿轮减速器。

进一步地，所述位移检测机构通过一杠杆及弹簧片与减速器的输出轴联动设置，该减速器的输出轴上设有可调凸轮，与该可调凸轮对应还设置有微动开关。

本实用新型的智能电动执行机构控制系统，其以单片微控制器为核心，兼具模拟信号及符合HART通信协议的数字信号,系统构成灵活，适应性强；其采用一体化结构，不需另配伺服放大器，且其能够智能定位，阻尼特性较好；同时，其具有电制动功能，不带机构制动器，无摩擦损耗，工作寿命较长；再者，其通过数字滤波，具有较强的抗干扰能力，无触点位移传感器，可靠性较高；此外，其体积小、重量轻，比传统同类产品减小了三分之一。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型智能电动执行机构控制系统的原理示意图；

图2为本实用新型中控制器一种具体实施例的内部模块结构示意图；

图3为本实用新型中控制器一种具体实施例的结构示意图；

图4为本实用新型中位移检测机构一种具体实施例的结构示意图；

图5为本实用新型中显示器一种具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-4所示，本实用新型提供一种智能电动执行机构控制系统，其包括：依次电性连接的控制器10、电机20、减速器30，以及一端电性连接于减速器30的输出轴31上，另一端与控制器10输入端电性连接的位移检测机构40；所述控制器10采用微处理器（MPU：Microprocessor Unit）11，位移检测机构40内包括一差动变压器41，位移检测机构40通过该差动变压器41分别与减速器30的输出轴31及控制器10输入端电性连接。本实用新型当控制器10的输入端有一个信号输入时，此信号与位置信号进行比较，当两个信号的偏差值大于规定的死区时，控制器10产生功率输出，进而促使电机20转动，使减速器30的输出轴朝减小这一偏差的方向转动，直到偏差小于死区位置，此时减速器30的输出轴31就稳定在与输入信号相对应的位置上。由于本实用新型以单片的微处理器21为核心，其兼容4～20mA d.c.模拟信号及符合HART通信协议的数字信号，系统构成灵活，适应性强；同时，其可以进行智能定位，阻尼特性较好。

在本实用新型具体实施例中，所述控制器10包括有主控电路板（未图示），微处理器11设于该主控电路板上，该主控电路板上还设有分别与微处理器11电性连接的模/数（A/D）转换电路12及数/模（D/A）转换电路13，该A/D转换电路12还与一位置发送（S/V）模块14电性连接，D/A转换电路13还与一电压/电流（V/A）转换模块15电性连接。其中，所述A/D转换电路12用于将接收到的模拟信号量转化为数字信号量；D/A转换电路13用于将系统内表征阀位开度的数字信号转换为模拟信号；S/V模块14用于将电动执行机构的当前位置实时的转换成电信号，反馈输送到A/D转换电路12；V/A转换模块15用于将表征阀位开度的电压信号转换为电流信号对外远距离输出，以告诉中央控制室（未图示）电动执行机构的当前位置。作为本实用新型的一种选择性实施例，该微处理器11可以采用如TMS320F240等现有技术中的电机控制专用信号处理芯片为基础，接收统一的标准直流信号（如4～20mA的电流信号），经信号处理及A/D转换送至微处理器11，微处理器11将处理后的数据送至显示单元显示调节结果，运算处理后产生的控制信号通过控制器10输出端输出，进而驱动电机20正转或反转。在本实用新型具体实施例中，图2中A位置处的箭头输出驱动电机正转的控制信号，B位置处的箭头输出驱动电机反转的控制信号。

再者，所述控制器10内还包括有键盘输入模块16、开关17及LED指示灯18，该键盘输入模块16、开关17及LED指示灯18分别与微处理器11电性连接。该键盘输入模块16作为人机接口的输入接口，可以供调试阶段人机交互操作；开关17用于对外故障指示，当电动执行机构使用环境出现异常，电动执行机构停止工作并将此故障信息提供给中央控制室。进一步地，所述控制器10上还设有分别与主控电路板电性连接的数个接线端子101、开关插座102、显示器插座103、差动变压器插座104、电源变压器插座105、数个按键开关106及调幅旋钮107，该显示器插座103与一显示器21（图5所示）电性连接，差动变压器插座104与差动变压器41电性连接，电源变压器插座105与一电源变压器42电性连接。作为本实用新型的一种具体实施例，所述控制器上设有3个按键开关S1、S2、S3，显示器21具体包括有上排数码管22及下排数码管23，该显示器21上还设有与该3个按键开关S1、S2、S3对应设置的设定键24，其分别为增加键、减少键及设定键。其中，该上排数码管22一般用于显示阀位开度信号，在设定工况或故障时也可显示菜单或故障信息。下排数码管23一般用于显示调节信号，在设定工况或故障时也可显示菜单或故障信息。按键开关106中的S1及S2在自动工况下操作无效；在手动工况下，按下按键开关S1，阀位增大，按下按键开关S2，则阀位减小；在设定工况下，该按键开关S1、S2可以用于操作设定值参数的增大或减小。

本实用新型中，所述控制器10内还包括电可擦可编程只读存储器（E²PROM：Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）19及看门狗（WD：watchdog）31，该电可擦可编程只读存储器19及看门狗31分别与微处理器11电性连接。该看门狗31可以对控制器10内的程序运行状态进行监测，防止软件跑飞，提高软件的可靠性，使控制器10可以在无人状态下实现连续工作，增强产品的抗干扰能力。

本实用新型的电机20可以采用伺服电机，该伺服电机是本实用新型的动力源，其采用无接触能耗制动技术对传统的交流伺服电机进行了改进，取消传统的摩擦制动方式，大大地提高了驱动电机的可靠性，可以使驱动电机无故障、无调整地长期动行。

作为本实用新型的一种选择性实施例，所述减速器30可以采用具有高效率带自锁的零齿差行星齿轮减速器，其用于将电机20输出的高转速、小转矩的运送转化为低转速、大转矩的输出，以带动阀门机构动作。

进一步地，本实用新型中，所述位移检测机构40通过一杠杆43及弹簧片44与减速器30的输出轴31联动设置，该减速器30的输出轴31上设有可调凸轮45，与该可调凸轮45对应还设置有微动开关46。该位移检测机构40通过差动变压器41将减速器30的输出轴31的机械变化成比例的转化为电信号，输入到控制器10，参与执行机构的调节控制，同时可以送回中央控制室，用于中央控制室的监控和管理。在本实用新型具体实施例中，位移检测机构40内设置了两个限位用的微动开关46，以保证运行安全，同时还可输出两组开关量信号，参与系统控制。

本实用新型的智能电动执行机构控制系统在具体使用时，由上位调节仪表来的4～20mA d.c.调节信号经A/D转换后，在控制器10内与阀位信号进行运算比较，输出相应的开关信号，用于驱动电机20的正反转动，经机械减速后驱动阀门。阀位开度经位移检测机构40检测变换为与位移成比例的电压信号，这些信号经A/D转换后用于调节控制。在微处理器11内部，阀位信号经过各种变换，可对阀门的行程特性进行变化。本实用新型具有自动及手动两种工况。在自动工况下，阀位开度由调节输入信号控制，实时跟踪调节信号。在手动工况下，阀位开度由手动操作按键开关106来控制。阀位信号在微处理器11内部通过变换及反变换后，再经D/A及V/A转换，输出4～20mA d.c.，供系统显示及跟踪控制用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种智能电动执行机构控制系统，其特征在于，包括依次电性连接的控制器、电机、减速器，以及一端电性连接于减速器的输出轴上，另一端与控制器输入端电性连接的位移检测机构；所述控制器采用微处理器，位移检测机构内包括一差动变压器，位移检测机构通过该差动变压器分别与减速器的输出轴及控制器输入端电性连接。

2.如权利要求1所述的智能电动执行机构控制系统，其特征在于，所述控制器包括有主控电路板，微处理器设于该主控电路板上，该主控电路板上还设有分别与微处理器电性连接的模/数转换电路及数/模转换电路，该模/数转换电路还与一位置发送模块电性连接，数/模转换电路还与一电压/电流转换模块电性连接。

3.如权利要求2所述的智能电动执行机构控制系统，其特征在于，所述控制器内还包括有键盘输入模块、开关及LED指示灯，该键盘输入模块、开关及LED指示灯分别与微处理器电性连接。

4.如权利要求3所述的智能电动执行机构控制系统，其特征在于，所述控制器上还设有分别与主控电路板电性连接的数个接线端子、开关插座、显示器插座、差动变压器插座、电源变压器插座、数个按键开关及调幅旋钮，该显示器插座与一显示器电性连接，差动变压器插座与差动变压器电性连接，电源变压器插座与一电源变压器电性连接。

5.如权利要求4所述的智能电动执行机构控制系统，其特征在于，所述控制器上设有3个按键开关，显示器上设有与该3个按键开关对应设置的设定键。

6.如权利要求2所述的智能电动执行机构控制系统，其特征在于，所述控制器内还包括电可擦可编程只读存储器及看门狗，该电可擦可编程只读存储器及看门狗分别与微处理器电性连接。

7.如权利要求1所述的智能电动执行机构控制系统，其特征在于，所述电机为伺服电机。

8.如权利要求1所述的智能电动执行机构控制系统，其特征在于，所述减速器采用行星齿轮减速器。

9.如权利要求1所述的智能电动执行机构控制系统，其特征在于，所述位移检测机构通过一杠杆及弹簧片与减速器的输出轴联动设置；该减速器的输出轴上设有可调凸轮，与该可调凸轮对应还设置有微动开关。