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    新一代变频式智能型电动执行机构,主要是具备智能型和变频式这两大特点。智能型能适应工业自动化的要求具备功能丰富的人机界面;变频式即应用先进的电机控制技术来提高装置整体运行性能。变频式智能型电动执行机构是一套完整的机电一体化设备,系统包括电气和机械两大部分具体机构组成见下图1:







    1系统结构组成框图


    主体构成主要包括以下部分:

    (1)控制单元是电动执行机构的控制中枢,它综合处理各种输入控制指令和各种反馈信息,指导整个装置的动作。控制单元直接体现了装置的智能性

    (2)驱动单元主要接收控制单元下传的命令参数,并将相关命令转化为准确稳定的电机动作

    (3)执行单元是电动执行机构的机械部分,它通过减速箱及传动机构完成装置最终的动作姿态

    (4)检测单元把电动执行机构自身状态,管道及环境信息回馈给上级控制电路,来提供状态显示及装置下一时刻动作的参考。

    以控制单元及驱动单元进行介绍。控制单元以TMS320LF2407为核心处理器构建结构完整、功能强大的人机界面。驱动单元在充分分析电动执行机构拖动特性的基础上,应用具有高速运算能力的DSPIC30F4011核心处理器构建矢量控制电机控制模块。整个系统采用新颖的双CPU全数字技术,实现变频式智能型电动执行机构的设计要求。


    控制单元设计方案

    控制单元负责管理整个电动执行机构的运作,其接收外部控制指令并结合装置反馈信息,通过中央处理器TMS320LF2407计算处理。发出驱动指令及把装置状态提供给人机操作平台。控制器以TMS320LF2407为核心,附加适当的外围电路主要来实现信号接发、窗口显示及与附加控制模块连接的功能。控制单元结构框图见下图2











    2 控制单元结构框图


      (1)接收红外遥控信号

      电动执行机构采用红外遥控控制可以把传统的接触式控制方式转化为非接触式控制方式,在一些操作人员不方便触及的工作现场起到非常重要作用。红外线具有很好的方向性,在装置密集的现场可以用一个遥控器分别控制单个装置个体而不相互串扰。遥控器输出指令包括阀门开、关、停及参数设置。开、关、停对应遥控器上专用按键方便操作,参数设置采用按键复用来节省硬件电路开销简化结构、降低成本。


      (2)接发模拟信号控制器具备双通道模拟输入端口,可识别DC420mA电流和15V电压标准信号。并提供一路电压或电流可选模拟信号输出通道。模拟输出信号对应的状态可由用户自行配置。


      (3)接收阀门位置反馈信号

    阀门位置反馈信号来自装置本体,系统采用单圈精密电位器提供反馈信号,信号转为模拟信号后返回控制器。


       (4)接收故障信息

    故障信号来自变频器故障输出及装置本体故障信号,包括电机过热、电机过流或过压、变频器过热、输出过力矩等。各种故障信号全部返回控制器,根据不同故障控制器将采用相应保护措施防止故障扩大而增加损失,同时提供故障显示。


      (5)接发干节点信号端口定义可根据用户需要进行编排,例如输入开阀、关阀、立即停机信号,输出阀门开/关运行中及阀门在全开/关位置等。


      (6)接发变频器通讯信号

    控制器与变频器采用串行异步通讯接口连接,双向通讯遵循自定协议。控制器发送动作指令及参数数据,变频器接收指令并回传确认信息及回传变频器故障报警信息。


      (7)窗口显示采用液晶显示。窗口主界面显示阀门开度、阀门当前运行状态等基本信息。下级页面提供参数设置、状态查询及故障监测显示。窗口显示部分同时提供用户按钮方便现场参数设置。


      (8)附加模块采用以RS485为硬件载体的串行通讯接口,可选择异步通讯或MODBUDS通讯方式。包括与可移动控制器或总线模块的连接。可移动控制器作为附加扩展控制器一般置于控制柜面板上,方便操作。总线模块采用PROFIBUS总线协议,在需要集中和远程控制的系统中应用。


      控制单元主要功能集中于对各种输入输出信号的处理及提供人机交流界面。可见控制器作用就是管理装置各个部分的协调运转,一个良好的控制器将大大提高整个装置的智能化程度。控制器以TMS320LF2407为核心构成独立控制模块,在没有驱动单元的情况下可以与机械系统组合构成智能型电动执行机构。


    驱动单元设计方案

      驱动单元以DSPIC30F4011为核心构成一个完整的矢量控制驱动模块。同时驱动单元接收控制单元指令,根据控制指令驱动电动机的运动。驱动单元的设计要满足电动执行机构自身性能特点并适合它所针对的阀门类负载,其性能的优劣直接反映了装置对电动机的控制能力。驱动单元框图见图3















    3驱动单元结构框图


    驱动单元的设计方案要结合电动执行机构所针对的阀门类负载的特点,阀门在管道中不同位置对应不同的管道压力,所以阀门的整个行程负载是实时变化的,这就要求电机控制模块具备良好的动态性能。


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