0 引言

  電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)扼制器廣泛應(yīng)用于燃料、化工、電力、士敏土等各類(lèi)半自動(dòng)化扼制系統(tǒng)中，可以對(duì)壓力、流量、溫度等施行調(diào)節(jié)。到現(xiàn)在為止國(guó)里外工業(yè)在場(chǎng)運(yùn)用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)扼制器多以摹擬儀表為主，硬件電路非常復(fù)雜、靠得住性差、扼制精密度低［1］。隨著徽標(biāo)扼制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，“智能型”扼制器越來(lái)越遭受看得起。愈宏興等紹介了DDYZ-55型電子型電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要技術(shù)性能、辦公原理［2］。羅真等預(yù)設(shè)研發(fā)了適合使用于加熱爐冷風(fēng)、煙道扼制的DYZⅡ電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在DCS組態(tài)后行扼制，使之依據(jù)煙氣氧氣量和爐腔負(fù)壓調(diào)試?yán)滹L(fēng)和煙道擋板變成有可能［3］。楊秀英等接合玻璃成型過(guò)程中液壓供料機(jī)的辦公原理，提出利用計(jì)算機(jī)技術(shù)代替機(jī)械凸輪成功實(shí)現(xiàn)對(duì)電液伺服閥的非常準(zhǔn)確扼制辦法［4］。張慶思等從剖析電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各個(gè)局部動(dòng)身，推導(dǎo)出以供電電壓為輸入，反饋電壓為輸出的開(kāi)環(huán)傳交函數(shù)，通不為己甚析求解微分方程，提出一種迅速確認(rèn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳交函數(shù)參變量的新辦法［5］。李紀(jì)紅等針對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器的扼制不容易解決的地方，紹介了一種具備PROFIBUS-DOS在場(chǎng)總線從站接口智能電動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)原理［6］。

  在本系統(tǒng)扼制策略中，電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的扼制輸入信號(hào)與閥位反饋信號(hào)均為4～20mA電流信號(hào)。位置放大器接納主控室來(lái)的4～20mA電流信號(hào)，位置放大器中收繳的信號(hào)叫輸入信號(hào)，位移傳感器檢驗(yàn)測(cè)定出的信號(hào)傳遞到改換放大器后的信號(hào)叫反饋信號(hào)，二者通過(guò)一個(gè)比較放大器和功率放大器后，向電液伺服閥輸入一個(gè)成比例的電流信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)伺服閥。當(dāng)輸入信號(hào)與反饋信號(hào)比較后有偏差，閥半自動(dòng)調(diào)節(jié)。扼制壓力，使液壓油流經(jīng)伺服油缸的前后，經(jīng)過(guò)扼制液壓缸推桿的動(dòng)作，因此成功實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)或調(diào)節(jié)效用［7-8］。

  1 扼制器的硬件預(yù)設(shè)

  整個(gè)兒扼制器系統(tǒng)主要由ATmega16L單片機(jī)、GLS-160128液態(tài)晶體顯露器、MAX1247四通道串行12位A/D改換器、位置檢驗(yàn)測(cè)定電路、電壓與電流檢驗(yàn)測(cè)定電路組成。其硬件原理框圖如圖1所示。整個(gè)兒扼制器系統(tǒng)預(yù)設(shè)成三塊電路板，即CPU電路板，檢驗(yàn)測(cè)定與扼制輸出電路板以及顯露、扼制面板。

  圖1 扼制器的硬件組成結(jié)構(gòu)框圖

  1.1 單片機(jī)主機(jī)局部及其擴(kuò)展局部

  CPU電路板上主要涵蓋單片機(jī)ATmega16L、A/D與D/A改換局部以及看門(mén)狗接口電路。ATmega16是基于加強(qiáng)的AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微扼制器。MAX1247是美國(guó)MAXIM企業(yè)推出的一種低功耗、4通道、12位串行模數(shù)改換芯片，其內(nèi)里自帶與微處置器的串行接口SPI。該芯片是一種逐次迫臨式模數(shù)改換芯片，可以在蟬聯(lián)改換標(biāo)準(zhǔn)樣式下對(duì)外部4通道模數(shù)摹擬信號(hào)施行順著次序改換，其集成度高、辦公性能較好。

  1.2 單片機(jī)輸入通道的預(yù)設(shè)

  該電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)扼制器的輸入通道主要涵蓋整定參變量（零點(diǎn)、行程、銳敏度和電機(jī)定額電流）信號(hào)、開(kāi)度扼制信號(hào)、位置反饋信號(hào)以及電機(jī)電流信號(hào)的撿拾、調(diào)節(jié)和變動(dòng)。顯露、扼制面板上有銳敏度調(diào)試、零點(diǎn)調(diào)試、行程調(diào)試電路，狀況指使燈的閃光二極管接口電路，LCD顯露接口電路，狀況挑選開(kāi)關(guān)電路。其反饋信號(hào)的電路原理圖如圖2所示。

  圖2 反饋信號(hào)撿拾電路原理圖

  1.3 單片機(jī)輸出通道的預(yù)設(shè)

  本智能電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的扼制對(duì)象為馬達(dá)，其檢驗(yàn)測(cè)定與扼制輸出電路板上主要有正反互鎖思維規(guī)律電路和交流固態(tài)替續(xù)器的扼制輸出、長(zhǎng)程輸出信號(hào)V/I改換電路、基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路。其輸出通道的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

  圖3 輸出通道的結(jié)構(gòu)框圖

  1.4 位置檢驗(yàn)測(cè)定電路

  位置檢驗(yàn)測(cè)定電路是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)緊組成局部，它的功能是供給正確的位置。此電路認(rèn)為合適而使用的是信號(hào)電子脈沖數(shù)碼式傳感器，這種傳感器是無(wú)觸點(diǎn)的，具備精密度高、無(wú)線性區(qū)限止、牢穩(wěn)性高、無(wú)溫度限止等獨(dú)特的地方。

  1.5 電壓電流檢驗(yàn)測(cè)定

  為了迅速而非常準(zhǔn)確地反映出電流的體積，用霍爾型電流互感器檢驗(yàn)測(cè)定IPM輸出的電流，對(duì)于IPM輸出電壓的檢驗(yàn)測(cè)定認(rèn)為合適而使用分壓電路。

  2 扼制器的軟件預(yù)設(shè)

  2.1 主手續(xù)預(yù)設(shè)

  系統(tǒng)自檢扼制系統(tǒng)的軟件認(rèn)為合適而使用中斷形式預(yù)設(shè)．在主手續(xù)中施行系統(tǒng)的起初化、扼制形式挑選、位置檢驗(yàn)測(cè)定等辦公。

  系統(tǒng)上電后，首先施行起初化設(shè)置，涵蓋I/O起初化、A/D起初化、EVA以及SCI起初化等，然后從EEROM中讀取上次運(yùn)行設(shè)定的參變量值，涵蓋行程初值、終值、速度、力矩以及扼制形式挑選微記位，并將這些個(gè)參變量存入數(shù)值寄放器中。AT-mega16L單片機(jī)依據(jù)扼制形式微記，進(jìn)入了相應(yīng)的手續(xù)分支，可選本地遙感扼制、手操器扼制以及標(biāo)準(zhǔn)4～20mA電流信號(hào)扼制［9］。3種扼制形式可依據(jù)需求由扼制者切換，切換形式簡(jiǎn)單靠得住。

  2.2 子手續(xù)預(yù)設(shè)

  子手續(xù)如圖所5示，主要涵蓋信號(hào)處置板塊，主要涵蓋數(shù)值搜集、管用值的計(jì)算、向量變換、行程在線測(cè)定、A/D采集樣品、SCI通信、PWM輸出、向量變換、系統(tǒng)的監(jiān)控及故障處置板塊等。

  圖4 主手續(xù)流程圖

  3 調(diào)整最后結(jié)果及其剖析

  3.1 銳敏度、零點(diǎn)、行程的調(diào)試

  圖5 監(jiān)控手續(xù)流程圖

  圖6 位移傳感器位移關(guān)系概況圖

  該智能電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)扼制器在對(duì)閥位開(kāi)度和閥位輸出電流的“調(diào)零”和“調(diào)滿”校準(zhǔn)時(shí)，無(wú)須調(diào)試電位器、無(wú)須用基準(zhǔn)勘測(cè)儀表施行復(fù)雜的調(diào)整，只要在閥門(mén)實(shí)際的“全關(guān)”和“整張紙”位置各按一次按鈕，便以新設(shè)定的區(qū)間半自動(dòng)正確的修正為0百分之百和100百分之百。如圖6所示，Zero處閥門(mén)全關(guān)，則明確承認(rèn)為0百分之百；End處閥門(mén)整張紙，則明確承認(rèn)為100百分之百。閥門(mén)可以在Zero和End之間移動(dòng)。

  位置傳感器反饋歸來(lái)的電壓為0～5V，A/D改換器是12位辯白率，即0～5V摹擬量對(duì)應(yīng)數(shù)碼量是0～4095。智能電液閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的銳敏度調(diào)試范圍是0～1百分之百，則對(duì)應(yīng)的數(shù)碼量為0～12。參變量的調(diào)試在欲設(shè)置的基礎(chǔ)上按鈕“+”和“－”成功實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)，即每按一次“+”參變量加1，每按一次“－”參變量減1。調(diào)試后的參變量值要寫(xiě)入EEPROM盡力照顧起來(lái)，下次上電后直接讀取，而不需要每每都設(shè)置。

  3.2 電機(jī)扼制板塊的調(diào)整

  電機(jī)扼制板塊的主邀功能也是整個(gè)兒系統(tǒng)的主邀功能，即收繳扼制信號(hào)，依據(jù)扼制信號(hào)執(zhí)行電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，完成位移量輸出。因?yàn)樵谠O(shè)定狀況開(kāi)關(guān)時(shí)有“電流/百分率”之分，因?yàn)檫@個(gè)，在紹介該板塊時(shí)，也將分為電流扼制和開(kāi)度百分率兩類(lèi)扼制。

  當(dāng)為電流信號(hào)扼制時(shí)，其摹擬扼制信號(hào)4～20mA的體積對(duì)應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)在零點(diǎn)到滿行程范圍的位移量的體積。因?yàn)榱泓c(diǎn)和行程是可調(diào)的，位置反饋器反饋的實(shí)際電壓值在不一樣的零點(diǎn)和行程下是不完全一樣的，所以在閉環(huán)扼制的比較過(guò)程中要施行量綱的一統(tǒng)，都用數(shù)碼量0～4095表達(dá)。反饋器在All位置時(shí)為最大值，在0位置時(shí)為最小值。Zero是閥門(mén)所有關(guān)閉時(shí)反饋器的實(shí)際位置，此時(shí)所調(diào)節(jié)閥門(mén)則達(dá)到開(kāi)度的0百分之百；End是某一型號(hào)閥門(mén)所有敞開(kāi)時(shí)，反饋器的實(shí)際位置，此時(shí)所調(diào)節(jié)的閥門(mén)則達(dá)到其開(kāi)度的100百分之百。由圖6可知，Zero～End是閥門(mén)可調(diào)試的范圍，閥門(mén)從整張紙到全關(guān)的過(guò)程中，反饋器動(dòng)作的范圍是（End～Zero）。反饋器在位置0時(shí)對(duì)應(yīng)的參照電壓為0V，在位置All時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓值為參照電壓+5V。開(kāi)度反饋值改換為數(shù)碼量（Now）對(duì)應(yīng)的物理位置為散布圖上Now所示。

  用于比較的數(shù)碼量=（Now－Zero）/（End－Zero）4095。

  那里面，Zero、Now、End作別代表Zero、Now和End的A/D改換值。

  例如在閥門(mén)全關(guān)處Zero確認(rèn)為“零點(diǎn)”，即開(kāi)度為0百分之百，閥門(mén)反饋顯露為4mA，而實(shí)際通過(guò)A/D改換時(shí)，該處對(duì)應(yīng)的數(shù)碼量為200；在閥門(mén)整張紙?zhí)嶦nd確認(rèn)為“全部路程”，即開(kāi)度為100百分之百，閥門(mén)開(kāi)度反饋顯露為20mA，而實(shí)際通過(guò)A/D改換時(shí)，該處對(duì)應(yīng)的數(shù)碼量為1000。此時(shí)用來(lái)閥門(mén)處位置為Now處，對(duì)應(yīng)的數(shù)碼量為800。當(dāng)輸入的閥門(mén)扼制信號(hào)為12mA時(shí)，通過(guò)A/D改換變?yōu)?V，再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)碼量為2448。電機(jī)的動(dòng)作方向要通過(guò)扼制信號(hào)和反饋信號(hào)的比較來(lái)確認(rèn)。即用于比較的數(shù)碼量=（Now－Zero）/（End－Zero）4095=3069。很表面化3069＞2448，電機(jī)反轉(zhuǎn)。

  圖7 電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)扼制器的實(shí)物圖

  當(dāng)為開(kāi)度百分率扼制時(shí)，若在Zero處明確承認(rèn)為0百分之百，在End處明確承認(rèn)為100百分之百，那末閥門(mén)如今所處位置船用閥門(mén)Now表達(dá)的開(kāi)度百分率為：反饋開(kāi)度百分率=（Now－Zero）/（End－Zero）100。那里面：Now、Zero、End作別代表Now、Zero、End的A/D改換值．例如在閥門(mén)全關(guān)處Zero確認(rèn)為“零點(diǎn)”，即開(kāi)度為0百分之百，閥門(mén)反饋定義為4mA，而實(shí)際通過(guò)A/D改換時(shí)，該處對(duì)應(yīng)的數(shù)碼量為200；在閥門(mén)整張紙?zhí)嶦nd確認(rèn)為“全部路程”，即開(kāi)度為100百分之百，閥門(mén)開(kāi)度反饋定義為20mA，而實(shí)際通過(guò)A/D改換時(shí)，該處對(duì)應(yīng)的數(shù)碼量為1000。此時(shí)用來(lái)閥門(mén)所處位置為Now處，對(duì)應(yīng)的數(shù)碼量為900。反饋開(kāi)度百分率=（900－200）/（1000－200）100=87.5（百分之百），當(dāng)輸入閥門(mén)開(kāi)度百分率為60時(shí)，表面化87.5＞60，電機(jī)反轉(zhuǎn)。實(shí)際上物圖和主要參變量及其調(diào)整最后結(jié)果如圖7和表1所示。

  表1 主要參變量及其調(diào)整最后結(jié)果

  4 總結(jié)語(yǔ)

  此預(yù)設(shè)中，扼制器采取的是性?xún)r(jià)比較高的AVR單片機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的摹擬儀表作為扼制中心，因此成功實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門(mén)運(yùn)行速度的非常準(zhǔn)確扼制。該電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)認(rèn)為合適而使用ATmega16L智能扼制器，其銳敏度較高、操作靈活、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)；針對(duì)于暴發(fā)性的停電或泵停辦公、油管或水管、氣管兒內(nèi)里萌生的水錘現(xiàn)象等，認(rèn)為合適而使用液態(tài)晶體顯露技術(shù)，繼續(xù)往前減損水錘沖擊。針對(duì)閥門(mén)運(yùn)轉(zhuǎn)速度在不一樣階段的變動(dòng)事情狀況，扼制器能夠?qū)︸R達(dá)的轉(zhuǎn)速施行非常準(zhǔn)確的扼制。該預(yù)設(shè)已投產(chǎn)運(yùn)用，性能牢穩(wěn)，合乎工業(yè)需要。

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