專利名稱：智能電動執行器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種微處理機直接和執行器所構成的智能電動執行器，它適用于控制系統中的流量、壓力、溫度等工藝參數或生產過程的自動調節、遠距離控制等，可廣泛用于冶金、石油、電站、化工、輕紡、造紙等工業部門。
調節閥的流量特性是指位移與流量間關系，而執行機構輸入信號與位移間的特性一般為線性特性，要獲得不同的流量特性，通常用兩種方法，1.設計不同的閥芯，2.改變執行機構的位移特性，對于有的流量特性是不能依靠改變閥芯形狀而改變的，如蝶閥、O型球閥、偏心旋轉閥、隔膜閥等，這些只能依靠執行機構的非線性位移特性來實現流量特性的改變，氣動調節閥就使用閥門定位器不同的外形反饋凸輪來實現流量特性的改變。近年來，以微機對輸入調節信號進行處理的工作已開始，它可相對實現執行器位移特性非線性修正進而獲得不同的流量特性，如北京工業大學于1985年申請了“智能調節閥”實用新型專利(申請號CN85202877U)，采用了帶微機的智能儀與電動執行器相結合，智能儀由模/數轉換器、單片機、數/模轉換器組成，其原理為輸入0～10mA調節信號，經A/D轉換進入單片微機，按固化的特性處理程序，對輸入信號加工、處理，輸出經D/A轉換后，再進入電動執行器，這并沒有使微機直接和電動執行器相結合，不是放在電動執行器之內，而是把微機接于上位調節器和電動執行器之間，構成串聯環節，這樣兩者的誤差產生疊加，它仍無法了解后面的執行器工作情況，不能實現執行器的故障檢測，執行器仍然是原來的執行器，未作任何改變，還是由操作器、單相或三相電機、伺服放大器、電機減速機構、位置反饋機構等組成，因而，原執行器的缺點，如模擬量操作器指針式表頭易損壞，機械式摩擦制動器常發生故障，整機靈敏度和工作死區指標難以提高，三相電機的控制易發生相間短路等缺點依然存在。
本發明的目的是使微處理機直接與電動執行器相結合，以帶微處理機的交流控制器取代現有技術中的伺服放大器，克服原電動執行器的缺點，設計出一種能在線的對執行器故障進行檢測、診斷、報警的真正智能電動執行器。
為此，本發明的技術方案是以可接收模擬量調節信號及上位機通訊控制信號帶微處理機的交流控制器取代原執行器中的伺服放大器，它和電機、操作器、減速機構、位置反饋機構連接成一個智能電動執行器，在三相電機與帶微處理機的交流控制器之間可連接一個三相功率轉換器，操作器的指示部分用數字顯示器。
本發明實施例結合附圖加以詳細描述。
圖1為智能調節閥原理框圖，圖2為單相智能電動執行器原理框圖;
圖3為三相智能電動執行器原理框圖;
圖4為操作器數字顯示器部分原理框圖;
圖5為操作器數字顯示器部分原理線路圖;
圖6為帶微處理機的交流控制器原理線路圖;
圖7為三相功率轉換器原理線路圖。
圖1表示的現有技術即北京工大申請的“智能調節閥”原理框圖，后面虛線內為原來執行器部分，左面虛線內為帶微機的智能儀，圖2和圖3是單相和三相智能電動執行器原理框圖，由一個帶微處理機的交流控制器取代了伺服放大器，它和單相電機、操作器、減速機構、位置反饋機構連接成一個單相智能執行器，電機采用三相電機，在三相電機和帶微機的交流控制器之間連接一個三相功率轉換器組成一個三相智能電動執行器。帶微處理機的交流控制器是智能電動執行器的控制中心，它包括通訊控制接口1、報警電路2、單片微處理器3、只讀存貯器4、輸出回路5、外部設置及信號輸出回路6、可擦只讀存貯器7、調節信號輸入回路8及反饋信號輸入回路9，通訊控制接口1和單片微處理器3的RXD、和TXD端連接，報警電路2及由電壓頻率(V/F)轉換器10、光電耦合器11連接而成的調節信號輸入回路8和反饋信號輸入回路9與微處理器3的P3口相連接，只讀存貯器4和可擦除只讀存貯器7通過總線和微處理器3連接，微處理器3和P1口接有輸出回路5和外部設置及信號輸出回路6，單片微處理器用P8031單片機，可擦除只讀存儲器用DQ2816，只讀存貯器用MS2764，電壓頻率(V/F)轉換器用MC14046集成塊，光電耦合器用TIL117。帶微處理機的交流控制器的主要輸入信號有上位計算機控制信號，外部設置信號，上位調節器控制信號，位置反饋信號和報警信號，其輸出可直接驅動單相交流伺服電機。帶微處理機的交流控制器有兩種工作方式，一種是計算機通訊控制方式，由上位機信號通過通訊控制接口1送入單片微處理器3按程序執行上位機的位移特性修正參數和控制命令;另一種為模擬量調節器控制方式，由輸入模擬量信號經調節信號輸入回路8的電壓頻率(V/F)轉換器10轉換成頻率量經光電耦合器11送入單片微處理器3和反饋信號輸入回路9的位置反饋頻率量比較，單片微處理器3按特性修正程序對輸入信號運算、處理并發出輸出命令經輸出回路5至伺服電機。
這一交流控制器的主要功能為1.特性修正一般的伺服放大器輸入信號和反饋信號達到平衡時，才無輸出，不平衡時有輸出，反映在執行機構上不平衡就調節，這種執行器輸入信號與輸出位移之間的函數關系是線性的，對本交流控制器來說，要獲得這種線性函數是容易實現的，若調節信號輸入回路8與反饋信號輸入回路9的信號不一致即發出輸出命令。當需要非線性函數關系時，本交流控制器就對輸入回路信號按數學模型進行處理，單片微處理器3不再是直接比較調節輸入信號和反饋信號，而是按預先編好的數字模型公式進行運算處理，得到多種用戶需要的輸入-輸出特性。
2.故障判別這種故障判別可在開機時檢測，也可在系統運行時隨時進行，基本原理是利用單片機，按預先編好的程序，判斷輸入信號與輸出信號的關系是否正常。例如當單片微處理器3發出輸出命令后，及時檢測反饋信號的變化，如發現反饋信號無變化或變化方向不對，此時即可判斷，另外，當控制器本身的某些環節或外部接線、設備出現故障時，本控制器也可進行相應的處理，及時向操作人員報警，指明故障所在，以便操作人員及時排除。
由圖7可知三相功率轉換器包括換向交流接觸器12、熱過載繼電器13、F1、F2、F3組成的三相熔絲14、T1、T2、T3三相可控硅電路15、Q1、Q2、Q3連接而成的可控硅觸發電路16，可控硅觸發器Q1、Q2、Q3均用MOC3022集成塊，其輸出端經相應的限流電阻R1～R6，保護電容C1～C3與主可控硅T1、T2、T3連接，主可控硅T1、T2、T3輸出接有F1、F2、F3三相熔絲，三相電源的輸入端連接熱過載繼電器T16，換間接觸器J和來自帶微處理機的交流控制器方向控制信號的輸入端相接，熱過載繼電器T16與主可控硅T2、T3之間接有換向接觸器J的常開和常閉接點J1-1、J2-2、J1-3J1-4，通常改變三相電機的運行方向是靠改變三相電源的相序來實現的，這種相序改變可用兩只交流接觸器實現，也可采用5只主可控硅實現，若采用交流接觸器開關電機時，接觸器的觸點之間產生大的電火花，影響其使用壽命，當完全采用可控硅來實現相序調整時，由于現場工況變化會使可控硅誤觸發，造成事故，造成兩相電源間短路，會損壞可控硅及其他器件，本功率轉換器方案中考慮了提高交流接觸器的壽命和防止相間短路，其工作原理如下三相功率轉換器接收兩種信號，工作信號和方向信號，輸出為三相交流功率電源，先由帶微處理機的交流控制器發出方向控制信號，然后再令主可控硅T1、T2、T3導通，若要反向調節，就先關閉主可控硅，再改變方向控制信號，然后再使主可控硅導通，這樣通過微機的控制可以保證交流接觸器僅在主可控硅關閉時進行切換，這就避免了產生大的電火花及兩相間的意外短路，熱過載繼電器13保護電機，防止出現較長時間電流偏大(如電機的斷相運行)，三相熔絲14主要防止瞬時大電流沖擊，造成主可控硅損壞。
由圖4、圖5所示，操作器的數字顯示部分由復位電路、譯碼、驅動電路及數碼管組成，復位電路采用集成電路4528，譯碼電路用4510，驅動電路用4511，本數字顯示部分與眾不同之處在于它采用接收串行脈沖自動復位顯示方式，常用的串行信號接收顯示需要信號線、信號地線和復位控制線三根線，而本顯示器只需信號及信號接地線二根線。其原理為當復位電路接收到一組外來串行脈沖的第一個脈沖時，即發出一個復位信號，清除原來顯示值，對緊接其后的脈沖，復位電路不予響應，同時譯碼驅動電路接收顯示新的脈沖個數，顯示的值固定的比實際輸入值少“1”，該顯示器結構簡單，成本低，控制線少，對較遠距離的數字傳送顯示尤其適合。
本發明以帶微處理器的交流控制器取代了現有技術中的伺服放大器，未增加結構，可靠性高，成本低，并用微機的特點實現各種閥門的流量特性修正，簡化調節閥的生產工藝，改善電動執行器的控制特性，并能對電動執行器的工作情況進行在線檢測、診斷、出現故障可隨時處理或向系統報警，三相功率轉換器與帶微處理機的交流控制器的結合消除了現有技術中可控硅三相交流伺服放大器可能產生的相間短路等故障，操作器的數字顯示器可觸接顯示閥門調節情況，控制線少，顯示穩定清楚，抗振動。
權利要求
1.一種由操作器、電機、減速機構、位置反饋機構、微處理機組成的智能電動執行器，其特征在于可接收模擬量調節信號及上位機通訊控制信號的帶微處理機交流控制器和電機、操作器、減速機構、位置反饋機構連接成一個智能電動執行器。
2.根據權利要求1所述的智能電動執行器，其特征在于在電機與帶微處理機的交流控制器之間可連接一個功率轉換器。
3.根據權利要求1所述的智能電動執行器，其特征在于帶微處理機的交流控制器由通訊控制接口1、報警電路2、單片微處理器3、只讀存貯器4、輸出回路5、外部設置及信號輸出電路6、可電擦除只讀存貯器7、調節信號輸入回路8、反饋信號輸入回路9組成。
4.根據權利要求1所述的智能電動執行器，其特征在于操作器的指示器部分是由復位電路、譯碼、驅動電路及數碼管組成的數字顯示器、它采用接收串行脈沖自動復位顯示方式，由信號線及信號接地線兩線輸入。
5.根據權利要求2所述的智能電動執行器，其特征在于功率轉換器為三相功率轉換器，它包括換向交流接觸器12、Q1、Q2、Q3組成的可控硅觸發電路16、T1、T2、T3的三相主可控硅電路15、熱過載繼電器13以及F1、F2、F3三相熔絲14。
6.根據權利要求3所述的智能電動執行器，其特征在于調節信號輸入回路8和反饋信號輸入回路9均是由電壓頻率(V/F)轉換器10與光電偶合器11相連接組成。
7.根據權利要求1和3所述的智能電動執行器其特征在于帶微微機的交流控制器有兩種工作方式，一種是計算機通訊控制方式，由上位機信號通過通訊控制接口1送入單片微處理器3按程序執行上位機的位移特性修正參數和控制命令;另一種為模擬量調節器控制方式，由輸入模擬量信號經調節信號輸入回路3的電壓頻率(V/F)轉換器10轉換成頻率量經光電偶合器11送入單片微處理器3和反饋信號輸入回路9的位置反饋頻率量比較，單片微處理器3按特性修正程序對輸入信號運算、處理并發出命令經輸出回路5至伺服電機。
全文摘要
本發明涉及一種微處理機直接和執行器所構成的智能電動執行器，特征是帶微機的交流控制器取代現有技術中的伺服放大器，它包括電機、帶數字顯示的操作器、減速機構、位置反饋機構、功率轉換器等，它可以實現各種閥門的流量特性修正，改善電動執行器的控制特性并能對電動執行器的工作情況進行在線檢測、診斷、故障報警，可廣泛用于冶金、石油、電站、化工、輕紡等工業部門的生產過程自動調節。
文檔編號G08C19/38GK1047746SQ8910372
公開日1990年12月12日 申請日期1989年5月27日 優先權日1989年5月27日
發明者錢明, 馮曉平, 杭唯生 申請人:機械電子工業部上海工業自動化儀表研究所