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新一代變頻式智能型電動執行機構,主要是具備智能型和變頻式這兩大特點。智能型能適應工業自動化的要求具備功能豐富的人機界面;變頻式即應用先進的電機控制技術來提高裝置整體運行性能。變頻式智能型電動執行機構是一套完整的機電一體化設備,系統包括電氣和機械兩大部分具體機構組成見下圖1:







1系統結構組成框圖


主體構成主要包括以下部分:

(1)控制單元是電動執行機構的控制中樞,它綜合處理各種輸入控制指令和各種反饋信息,指導整個裝置的動作??刂茊卧苯芋w現了裝置的智能性;

(2)驅動單元主要接收控制單元下傳的命令參數,并將相關命令轉化為準確穩定的電機動作;

(3)執行單元是電動執行機構的機械部分,它通過減速箱及傳動機構完成裝置最終的動作姿態;

(4)檢測單元把電動執行機構自身狀態,管道及環境信息回饋給上級控制電路,來提供狀態顯示及裝置下一時刻動作的參考。

以控制單元及驅動單元進行介紹??刂茊卧?/span>TMS320LF2407為核心處理器構建結構完整、功能強大的人機界面。驅動單元在充分分析電動執行機構拖動特性的基礎上,應用具有高速運算能力的DSPIC30F4011核心處理器構建矢量控制電機控制模塊。整個系統采用新穎的雙CPU全數字技術,實現變頻式智能型電動執行機構的設計要求。


控制單元設計方案

控制單元負責管理整個電動執行機構的運作,其接收外部控制指令并結合裝置反饋信息,通過中央處理器TMS320LF2407計算處理。發出驅動指令及把裝置狀態提供給人機操作平臺??刂破饕?/span>TMS320LF2407為核心,附加適當的外圍電路主要來實現信號接發、窗口顯示及與附加控制模塊連接的功能??刂茊卧Y構框圖見下圖2。











2 控制單元結構框圖


  (1)接收紅外遙控信號

  電動執行機構采用紅外遙控控制可以把傳統的接觸式控制方式轉化為非接觸式控制方式,在一些操作人員不方便觸及的工作現場起到非常重要作用。紅外線具有很好的方向性,在裝置密集的現場可以用一個遙控器分別控制單個裝置個體而不相互串擾。遙控器輸出指令包括閥門開、關、停及參數設置。開、關、停對應遙控器上專用按鍵方便操作,參數設置采用按鍵復用來節省硬件電路開銷簡化結構、降低成本。


  (2)接發模擬信號控制器具備雙通道模擬輸入端口,可識別DC420mA電流和15V電壓標準信號。并提供一路電壓或電流可選模擬信號輸出通道。模擬輸出信號對應的狀態可由用戶自行配置。


  (3)接收閥門位置反饋信號

閥門位置反饋信號來自裝置本體,系統采用單圈精密電位器提供反饋信號,信號轉為模擬信號后返回控制器。


   (4)接收故障信息

故障信號來自變頻器故障輸出及裝置本體故障信號,包括電機過熱、電機過流或過壓、變頻器過熱、輸出過力矩等。各種故障信號全部返回控制器,根據不同故障控制器將采用相應保護措施防止故障擴大而增加損失,同時提供故障顯示。


  (5)接發干節點信號端口定義可根據用戶需要進行編排,例如輸入開閥、關閥、立即停機信號,輸出閥門開/關運行中及閥門在全開/關位置等。


  (6)接發變頻器通訊信號

控制器與變頻器采用串行異步通訊接口連接,雙向通訊遵循自定協議??刂破靼l送動作指令及參數數據,變頻器接收指令并回傳確認信息及回傳變頻器故障報警信息。


  (7)窗口顯示采用液晶顯示。窗口主界面顯示閥門開度、閥門當前運行狀態等基本信息。下級頁面提供參數設置、狀態查詢及故障監測顯示。窗口顯示部分同時提供用戶按鈕方便現場參數設置。


  (8)附加模塊采用以RS485為硬件載體的串行通訊接口,可選擇異步通訊或MODBUDS通訊方式。包括與可移動控制器或總線模塊的連接??梢苿涌刂破髯鳛楦郊訑U展控制器一般置于控制柜面板上,方便操作??偩€模塊采用PROFIBUS總線協議,在需要集中和遠程控制的系統中應用。


  控制單元主要功能集中于對各種輸入輸出信號的處理及提供人機交流界面??梢娍刂破髯饔镁褪枪芾硌b置各個部分的協調運轉,一個良好的控制器將大大提高整個裝置的智能化程度??刂破饕?/span>TMS320LF2407為核心構成獨立控制模塊,在沒有驅動單元的情況下可以與機械系統組合構成智能型電動執行機構。


驅動單元設計方案

  驅動單元以DSPIC30F4011為核心構成一個完整的矢量控制驅動模塊。同時驅動單元接收控制單元指令,根據控制指令驅動電動機的運動。驅動單元的設計要滿足電動執行機構自身性能特點并適合它所針對的閥門類負載,其性能的優劣直接反映了裝置對電動機的控制能力。驅動單元框圖見圖3。















3驅動單元結構框圖


驅動單元的設計方案要結合電動執行機構所針對的閥門類負載的特點,閥門在管道中不同位置對應不同的管道壓力,所以閥門的整個行程負載是實時變化的,這就要求電機控制模塊具備良好的動態性能。


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