CN2816873Y - 一种电气比例阀控制电路 - Google Patents

Abstract

一种电气比例阀控制电路，包括：传感器部件，用于前置放大、温度补偿和A/D、D/A转换，直接输出与所测压力成比例的电压信号；中央控制电路，具有全内置的A/D转换、基准电压、时钟电路、看门狗、PWM等控制功能。接收传感器部件发出的测量电压信号，和由外部调节器导入的设定(电压/电流)信号，并对这些模拟量信号进行A/D转换、标度变换和PID控制运算，运算结果以开关量形式输出数字信号，供输出模块执行调节功能；开关电源模块，提供高质量的低压电源；驱动输出模块接收来自微处理器的数字信号，用于调节输出压力，使之与输入电信号成比例。本实用新型实现了一种结构十分简单的电气比例阀，其生产制作过程也相对简单，性能可靠，生产成本也可以大幅度下降，具有很高的性价比。

Description

一种电气比例阀控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种电气比例阀控制电路，电气比例阀常应用于纺织、化工、服装机械和其他工业过程控制。

背景技术

电气比例阀是一种精密的由电量控制的气压调节阀。其工作机理为保持输出的气压压力与输入的电信号成比例。用两个高频电磁阀的开、关来调节输出压力，是实现这种功能的方法之一。当输入电信号确定后，控制电路将测量输出压力是否与之符合，如果输出高于设定，则打开排气阀，以降低输出压力；如果输出低于设定压力，则打开进气阀，以提高输出压力；如果输出压力与设定相等，则进气阀与排气阀都关闭，如果系统没有消耗气流，即使电源断开，压力也是保持的。

电气比例阀常应用于纺织、化工、服装机械和其他工业过程控制。由于传统的电气比例阀结构复杂，元器件密集，且经常连续工作在高温、高湿的环境下，对设计水平和制作工艺水平的要求都非常高，对工作气源的清洁度要求也很苛刻，使得其在更广泛应用上难以普及而且价格昂贵。目前国内还没有厂家在批量生产。

电气比例阀的关键技术之一是传感器和放大电路。

压力传感器也有多种形式，适合在电气比例阀上应用的压力传感器必须具备体积小、量程宽、精度高、线性度好、温度稳定性好、寿命长等特点。曾有类似的传感器已经采用了激光校准技术，但是后续的差分放大电路也相当复杂。由于分立器件不可避免的离散性，生产过程中必须对每一个环节仔细调整，使得生产成本提高，质量却难以保证。

电气比例阀的关键技术之二是微处理器。

微处理器是电气比例阀的心脏，要处理来自传感器和放大器的信号、调节器给定的信号、辅助输入信号、辅助输出信号以及数字的开关量输出信号。要求处理器具有AD/DA转换功能，高速，高可靠以及微型化等特征。

传统的电气比例阀一般采用内部集成有AD转换的8位单片机，分辨率也往往只有8位，运行速度也不高。使得比例阀的性能或性价比受到一定的限制。

实用新型内容

鉴于现有电气比例阀的不足，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、性能提高、制作方便和成本降低的电气比例阀控制电路。

本实用新型所提供的一种电气比例阀控制电路，包括传感器部件、第一衰减滤波电路、第二衰减滤波电路、开关电源模块、中央控制电路、线性稳压电源电路和驱动输出模块，其特征在于：传感器部件与第一衰减滤波电路相连，中央控制电路分别与第一衰减滤波电路、第二衰减滤波电路和驱动输出模块相连，线性稳压电源电路分别与第二衰减滤波电路和驱动输出模块相连，开关电源模块分别与中央控制电路和传感器部件相连，其中：传感器部件，用于前置放大、温度补偿和A/D、D/A转换等功能，直接输出与所测压力成比例的电压信号；第一衰减滤波电路，将传感器部件输出的电压信号经衰减后，送往中央控制电路；第二衰减滤波电路，将来自外部调节器的设定电压或电流信号经缓冲后，送往中央控制电路；中央控制电路，具有全内置的A/D转换、基准电压、时钟电路、看门狗和PWM的控制功能，接收来自第一衰减滤波电路的输出电压信号和来自第二衰减滤波电路的输出电压信号，对两信号进行运算决策后，以开关量形式输出数字信号，供驱动输出模块执行调节功能；驱动输出模块，根据中央控制电路的输出数字信号，用于打开或关闭高速的电磁阀，调节比例阀的输出压力，使得输出压力与输入电信号成比例；开关电源模块，将外部标准电压的直流电源用DC/DC开关方式转换为设定值的低压电源，供电给微处理器和传感器；线性稳压电源电路，与外部总的电源、设定信号连接，提供线性稳压电源，向第一、第二衰减滤波电路供电。

采用了上述的技术解决方案，本实用新型利用高集成的电路部件实现了一种结构十分简单的电气比例阀，其生产制作过程也相对简单，性能可靠，生产成本也可以大幅度下降，具有很高的性价比。

附图说明

图1是本实用新型电气比例阀控制电路的原理图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型电气比例阀控制电路包括传感器部件1、第一衰减滤波电路2、第二衰减滤波电路3、开关电源模块5、中央控制电路4、线性稳压电源电路6和驱动输出模块7。

传感器部件1，用于前置放大、温度补偿和A/D、D/A转换等功能，直接输出与所测压力成比例的电压信号(0.5-4.5V)。可采用美国霍尼韦尔(HONEYWELL)的ASDX系列，高集成的压力传感器U1，适用压力范围0-100PSI(约0.7MPA)。

第一衰减滤波电路2，接收传感器部件1输出的电压信号，把传感器输出的电压信号衰减后送往中央控制电路4，与微处理器U2的AD0通道连接。第一衰减滤波电路由双运算放大器U5之一U5/B和R1、C3组成，其中运算放大器U5/B可采用MOTOROLA公司的型号为LM358的芯片。

第二衰减滤波电路3，来自外部调节器(可以是一个控制系统，也可以是一个简单电位器)的设定信号(0-10V电压或者4-20MA电流)，在输入电阻R4和滤波电容C4上产生电压信号，经运算放大器U5/A运算放大器缓冲，电阻R2衰减，电容C7滤波，进入微处理器U2的AD1通道。其中运算放大器U5/A与U5/B为同一块芯片。

中央控制电路4，具有全内置的A/D转换、基准电压、时钟电路、看门狗和PWM(脉宽调制输出)等控制功能，接收来自第一衰减滤波电路2的AD0通道电压信号和来自第二衰减滤波电路3的AD1通道的设定信号，由内部定时器产生的固定时钟周期，微处理器U2对这些信号进行10位AD转换(传统的比例阀采用8位的AD转换)、标度变换、PID运算后，通过OUT0和OUT1两根数字输出线驱动输出模块7。该中央控制电路4是有微处理器U2(采用了美国ATMEL公司的ATMEGA8单片机(增强型的版本用美国SILICON LABS公司的C8051F330单片机))，加上极少的外围零件(电阻R3、电感L1、电容C1和C2，其中：L1是一个100微亨的电感，和C2组成滤波电路，提高模拟电源的稳定性，R3用于芯片可靠复位，C1用于稳定内部基准电压)组成，以满足上述控制要求。

驱动输出模块7，由电磁阀J1、J2、三极管T1、T2、二极管D2、D3、电阻R5、R6、电容C8所组成U4，J1和J2连接电磁阀的线圈，D2，D3用于电磁阀关断时续流。C8用于24V电源滤波。其根据中央控制电路的输出信号，即：当OUT0输出为高电平、OUT1为低电平时，电磁阀J1失电关闭，流过电阻R6的电流，使得三极管T2导通，J2放气电磁阀得电，阀体内有压力的气体向外部大气释放，达到降低比例阀输出压力的目的；当控制决策让OUT1为高电平、OUT0为低电平，则J2放气电磁阀关闭，J1充气电磁阀打开，外部气源(气源压力高于比例阀最高输出压力0.1MP以上)向比例阀充气，使得比例阀的输出压力升高；当OUT0和OUT1都输出低电平，则两个阀门都关闭。控制这些输出高电平在每个周期中所占的时间宽度，可以调节输出压力的精细程度和稳定性。电磁阀J1、J2可采用德国NAIS高频先导阀。具有体积小，响应快，价格便宜等优点。配合无放大气路的结构，适用于小容量的负载。如果要驱动较大的汽缸或者气囊，则需要配合具有气流放大功能的阀座。本实用新型的另外一个实施例采用了美国MAC公司的大口径高频电磁阀，使用无气流放大的简单阀座，就可以满足很大部分的应用，既提高了可靠性，也降低了生产成本。

开关电源模块5，将外部的24V电源转换为5V或3V的低压电源，供微处理器和传感器用。该开关电源模块具有效率高，体积小，不发热，响应快等特点，而电气比例阀的一个重要技术指标，就是一旦工作中断电，要求输出气压仍然能够保持不变，本方案的快速响应性能可以满足这一要求，一般的线性电路就难以做到。该开关电源模块5用MOTOROLA公司的型号为34063DC/DC开关芯片U3。

线性稳压电源电路6，与外部总的电源、设定信号连接，由U6、电容C5和C6组成的线性稳压电路，从24V电源中获取12V的稳定电压，向运算放大器U5供电。其中二极管D1防止电源极性接反而损坏其他电路。U6可采用型号为78L12的微型芯片。

综上所述，本实用新型采用了高集成的传感器部件，避免了应用设计上小信号放大的精度和温度稳定性的难点；中央控制电路的微处理器其内置的10位高速AD转换器使得其分辨率远高于传统的8位分辨率的单片机，8K FLASH的程序空间，允许用户采用高级语言编程，可大大提高程序质量，缩短开发时间；开关电源模块，获得了高质量的低压电源，而且效率高，体积小，不发热；驱动输出模块采用高频先导阀，具有体积小，响应快，价格便宜等优点。尤其电气比例阀有一个重要指标就是一旦工作中断电，要求气压仍然保持不变，本实用新型可以做到这一点，而一般的线性电路就难以做到。

以上通过实施例，对本实用新型电气比例阀控制电路的设计原理和基本结构进行了举例说明，所以本实用新型的保护范围不局限于上述实施例，在不脱离本实用新型的基本精神和原理的情况下，任何等效的和类似的改变都包括在本实用新型的范围之内。

Claims (1)

1.一种电气比例阀控制电路，包括传感器部件、第一衰减滤波电路、第二衰减滤波电路、开关电源模块、中央控制电路、线性稳压电源电路和驱动输出模块，其特征在于：传感器部件与第一衰减滤波电路相连，中央控制电路分别与第一衰减滤波电路、第二衰减滤波电路和驱动输出模块相连，线性稳压电源电路分别与第二衰减滤波电路和驱动输出模块相连，开关电源模块分别与中央控制电路和传感器部件相连，其中：

传感器部件，用于前置放大、温度补偿和A/D、D/A转换等功能，直接输出与所测压力成比例的电压信号；

第一衰减滤波电路，将传感器部件输出的电压信号经衰减后，送往中央控制电路；

第二衰减滤波电路，将来自外部调节器的设定电压或电流信号经缓冲后，送往中央控制电路；

中央控制电路，具有全内置的A/D转换、基准电压、时钟电路、看门狗和PWM的控制功能，接收来自第一衰减滤波电路的输出电压信号和来自第二衰减滤波电路的输出电压信号，对两信号进行运算决策后，以开关量形式输出数字信号，供驱动输出模块执行调节功能；

驱动输出模块，根据中央控制电路的输出数字信号，用于打开或关闭高速的电磁阀，调节比例阀的输出压力，使得输出压力与输入电信号成比例；

开关电源模块，将外部标准电压的直流电源用DC/DC开关方式转换为设定值的低压电源，供电给微处理器和传感器；

线性稳压电源电路，与外部总的电源、设定信号连接，提供线性稳压电源，向第一、第二衰减滤波电路供电。