電動伺服控制器的製作方法

2023-09-22 05:00:45

專利名稱：電動伺服控制器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及應用於電力、石油、化工、製造業和工業過程自動控制領域的電動伺服控制器。
背景技術：
現有技術中，相應的電動伺服控制器存在的主要缺陷是1、輸入信號單一例如在4～20mA全區域段中，由於有幾種標準模擬信號存在，現行電動伺服控制器只能滿足其中的一種，使用戶在購置這類控制器時，必須註明是哪種輸入，這樣給使用者和生產廠家都帶來許多的煩惱。
2、性能的可靠性差現行電動伺服控制器對電動閥門的零點和行程調節採用的是兩個獨立的電位器，隨著現場使用的時間延續，使用過程中的振蕩，易造成漂移和由於電位器參數自改變而帶來的性能可靠性下降。
3、無報警和保護措施現行電動伺服控制器在閥門出現堵塞時，不能對控制電機作保護和向用戶提供報警狀態輸出，這時極易造成被控電機的毀壞。

發明內容
針對上述現有技術存在的不足，本實用新型的目的在於解決現有電動伺服控制器輸入信號單一、可靠性差、無故障報警和無保護措施的缺陷，而提供一種改進型電動伺服控制器。
本實用新型的目的是這樣實現的電動伺服控制器，包括微處理器、過零觸發控制、驅動器、編碼器、電源電路和總線控制電路，輸入信號和閥門位置反饋信號首先經信號調理電路轉換後，信號再經A/D轉換傳輸到微處理器，經微處器處理後的信號再經D/A轉換和驅動電路輸出；在限位開關與微處理器之間還設有穩態控制電路；可掉電保護的EEPROM存儲晶片來保存輸入信號的最大值和最小值兩參數。A/D轉換器採用16位串行模數轉換晶片。
本實用新型採用了微處理技術和相應的存儲器技術，在程序的控制下通過儲存輸入信號的最小值和最大值兩個參數，實現輸入信號的全範圍和不同分段的要求，有利於對電動閥門的精確控制與檢測。
本電動伺服控制器在控制閥門動作時，不斷提取閥門的位置狀態信號，在一定的時間(5秒，由程序編程設定)內，如發現閥門堵塞時，將切斷被控電機電源，發出閥門堵塞報警狀態輸出，即無源常開觸點導通，每間隔3～5分鐘將自動啟動被控電機再次工作，如仍處於堵塞狀態，就會又將切斷被控電機電源，發出閥門堵塞報警狀態輸出，即無源常開觸點導通，周而復始。在保護的3～5分鐘內，被控電機的控制權(通過K1的不同值來控制被控電機)可由人工操作，這樣不僅保證了被控電機的安全運行，還有利於操作人員在線消除閥門的堵塞。
本實用新型電動伺服控制器即位移伺服一體化智能產品，是按照國家標準GB11922-89(Electricalactuatorsfor industrial-process measurement andcontrol systems)中優於I級技術要求、結合計算機技術、數據處理技術、控制技術和參照國外先進技術的一種高科技產品。數位化的信號處理、先進的編程技術和全密封的模塊結構，使位移伺服一體化智能產品具有極強的抗幹擾能力、高精度和高可靠性能。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步說明。


圖1是本實用新型電路原理方框圖。
圖2是本實用新型一具體實施方式
的電路圖。
具體實施方案如圖1所示，電動伺服控制器，主要由微處理器、信號調理、過零觸發控制、驅動器、編碼器、電源電路、各種轉換電路、總線控制和相應操作控制電路組成。輸入信號首先經信號調理電路，轉換後的信號再經A/D轉換傳輸到微處理器，信號經微處器處理後再經D/A轉換和驅動電路輸出；在限位開關與微處理器之間還設有穩態控制電路，採用可掉電保護的EEPROM存儲晶片來保存輸入信號的最大值和最小值兩參數。
如圖2是一具體實施電路，主要電路部分闡述如下A)信號調理部分信號調理電路將不同範圍的輸入信號轉換成符合A/D轉換要求的模擬信號，以滿足A/D轉換電路進行模數轉換。本實用新型在設計時，通過零點和行程的動態設定，能自動形成最佳的信號調理參數，其基本算法為V(X)＝f(k1，k2，p)。其中V(X)是滿足A/D要求的模擬信號輸出k1為選擇開關1參數；k2為選擇開關2參數；P為調整倍數參數。
正是由於信號調理受控於微處理器和選擇開關的編碼狀態，實現以在動態工作方式下的可設定，使本實用新型實現了4～20mA任意段的全方位工作效應，使本項目產品優於國內同類產品。
該電路圖中的R1(250Ω)電阻是將輸入的4～20mA轉換成1～5V的電壓方式，也符合提供4～20mA電流設備的負載要求。R2、R3(100K)電阻完成電壓的分壓，在電容的過濾作用下將分壓信號送入AD7705(模/數轉換)晶片，實現模擬量與數字的轉換。AD7705是16位串行模數轉換晶片，輸入電壓從0～2.5伏時，輸出為0000H～0FFFFH，即0～65535的數字量，說明該晶片的解析度非常高。即使在輸入信號變化很小的情況下，如4～8mA的範圍時，並去掉±1LSB的誤差，也能獲得6553的解析度，完全能滿足基本誤差≤0.5％的分辨度，而且當輸入信號的最大值過小時，還能通過對AD7705內部增益(可軟體編程控制)作調整，對輸入信號進行自動放大，獲得最佳增益控制。
電路圖中還採用了可掉電保護的EEPROM存儲晶片來保存輸入信號的最大值和最小值兩參數，即使掉電後該數據也不會丟失，也不會因為設備受振動和環境變化而引起參數的改變，從而使本設備具有極強的抗振動和抗環境變化能力。
例如要求輸入信號為8～16mA，則設定方法如下1、加電前，開關K1＝3，K2＝22、開啟電源，指示燈1亮3、將輸入信號設置為8mA1電機使閥門朝滿行程方向動作4、旋轉開關K2，使電機處於零點。K2＝2閥門不動3電機使閥門朝零點方向動作5、調整好閥門的零點位置後，將K1＝2，指示燈兩燈同時亮，控制器自動存入該參數6、再將K1＝3，指示燈2亮7、將輸入信號設置為16mA1電機使閥門朝滿行程方向動作8、旋轉開關K2，使電機處於滿行程。K2＝2閥門不動3電機使閥門朝零點方向動作
9、再將K1＝2，指示燈兩燈閃爍，設置完成。
10、關掉電源從上面的設置方法可以知道，本電動伺服控制器滿足全範圍的不同分段要求。同時，也可以知道，由於採用存儲兩個輸入信號的參數，只要不發生重新設置，這種參數將永遠保持不變，大大提高了可靠性。
B)驅動器電路驅動器電路的輸出是標準的4～20mA信號。在設計時，為了達到日本UNIC產品的寬電源範圍，在GB/T1192-89技術要求的條件下，採用相應電路處理，以實現電源輸入時輸出信號的穩定。
C)D/A轉換部分D/A轉換電路部分將CPU送來的數據信號轉換成相應模擬信號輸出。通過技術分析，選擇了適中的解析度D/A晶片，以保證輸出信號的高精度要求。
D)信號調製解調部分信號調製解調電路實現電平轉換的作用。目前主要採用國際上已公開的MODBUS通信協議作為網絡結構。這樣，使本項目產品獨具內含工業現場總線MODBUS協議的總線通信功能，適應了工業現場總線技術這一新技術發展的要求，使本項目產品優於國內外同類產品。
E)AC/DC部分AC/DC電路實現了在交流輸入165V～285V.AC的寬電源範圍時，輸出較為穩定的直流電壓。
F)過零觸發控制本項目產品的控制對象，主要是電動執行機構的電機，由於感性負載和附近環境的作用，為減少對供電系統的幹擾，採用此控制電路，過零觸發控制實現零點啟動和零點斷開，另外為了使本項目產品適應多品種電機，在設計上允許浪湧達1600V.AC。
G)A/D-R/V轉換部分A/D-R/V轉換電路實現多種物位傳感信號的提取，通過選擇開關的狀態組合，微處理器完成對A/D-R/V轉換部分通道調整，以滿足更多用戶的要求，本項目產品在這一性能上優於國內外同類產品。
H)EEPROM儲存器部分
EEPROM儲存器實現對掉電時不允許丟失的數據保護I)監控電路部分為了提高本產品工作的可靠性，防止程序飛出和外控設備引起的非常規故障，特設此電路。
J)穩態控制部分穩態控制電路，一方面，接收來自電動執行機構的限位開關量，通過消抖動處理，完成對相應電機的工作電源控制；另一方面，還作為報警狀態輸出信號，一是有斷信號或堵轉現象的出現，微處理器控制穩態電路發出報警信號。
該電路中AD7705檢測閥門的實際位置信號，當輸入信號給定後，該設備按照輸入信號的給定值，在微處理器的控制下對電機進行控制，使閥門旋轉，到達給定位置。當cpu的p2.0為1時，可控矽T1導通，閥門正轉；當cpu的p2.1為1時，可控矽T2導通時，閥門反轉。當輸入信號變化後，微處理器將重新控制電機旋轉，使閥門達到新的位置。如果在電機運行時，微處理器對閥門位置進行實時檢測，一旦發現閥門位置沒有改變(3-5秒之內)，微處理器立即斷掉電機電源，起到良好的保護作用，並發出報警狀態輸出信號。
另外，該設備還對輸入信號進行實時檢測，一旦發現無輸入信號，即按斷線處理，並按照用戶的設定要求，對電機進行自動控制(設定值為1時，使閥門處在上限限位位置；設定值為2時，使閥門處在原位；設定值為3時，使閥門處在下限限位位置)，並發出報警狀態輸出信號。
例如當出現閥門堵塞時，本電動伺服控制器將自動切斷受控電機電源。通過本產品選擇開關K1撥至1、2、3不同位置來實現人工對閥門不同動作方向的控制，以消除電機的堵塞；也可無需人工幹預，自動間隔3～5分鐘後，模擬人工處理方法對電機進行控制，以利於消除閥門的堵塞。一旦堵塞消除，本電動伺服控制器將自動進入正常的自動控制工作方式。
從上面的分析可以知道，本電動伺服控制器能提供可靠的故障報警輸出和保護被控電機。
K)編碼器部分本實用新型通過選擇開關1和2的不同狀態編碼來實現以下功能。
●正行程與逆行程的轉換●動態調零和調行程
●動態靈敏度調整由於採用開關量的編碼方法，使本實用新型的可靠性優於國內外同類產品，改變了控制調整和數模混調的調整模式，實現的真正意義上的數位化調整的方法。
L)結構部分本實用新型採用全密封結構，具有極強的抗振動能力，在使用過程中需進行調整或控制的部分，實現在不拆開機殼的狀況下，可進行調節，在規定的狀態時具有相應的功能。
本實用新型的工作原理該產品以微處理器技術為核心，根據輸入信號或總線來的命令信號，形成閥門應到的位置數據值，同時微處理器自動提取閥門實際位置數據，而數據通過相應算法獲取對閥門控制所需的位移量，在處理器的監控下，通過其它電路的配合和位移量的分析，完成對閥門電機的控制。
功能說明·檢測來自閥門的位置狀態信號，通過微處理器的處理和相關電路完成標準電流信號的輸出，以滿足模擬儀表的要求。也可通過調製解調送往總線，以滿足現場總線系統的要求。
·根據輸入給定信號或總線發送的信息，驅動電機控制閥門的位移。
·由於兼容傳統的控制方式，可與國產操作器配套。
·自動適應零調整和行程調整。
·具備動態調整功能。
·適應1～5V或4～20mA的任意區段。
本電動伺服控制器產品的所用功能及參數僅通過兩個選擇開關就能實現，打破了國內外同類產品目前採用電位器調整的格局。解決了產品性能的可靠性和穩定性，在4～20mA全區域段中，由於有幾種標準模擬信號存在，使用戶在購置傳統控制儀表時，必須註明是哪種，這樣給使用者和生產廠家都帶來許多的煩惱，而本電動伺服控制器產品滿足區域不同分段的要求。
本電動伺服控制器產品所設計的自保護技術，與國內外同類一體化產品相比，不僅具有斷線報警和堵轉報警自動處理功能，還有便於提醒的報警觸點輸出。這樣，使安裝本產品的執行器更安全、保障正常運行得到進一步提高。
權利要求1.電動伺服控制器，包括微處理器、過零觸發控制、驅動器、編碼器、電源電路和總線控制電路，其特徵在於輸入信號和閥門位置反饋信號首先經信號調理電路轉換後，信號再經A/D轉換傳輸到微處理器，經微處器處理後的信號再經D/A轉換和驅動電路輸出；在限位開關與微處理器之間還設有穩態控制電路；設可掉電保護的EEPROM存儲晶片來保存輸入信號的最大值和最小值兩參數。
2.根據權利要求1所述的電動伺服控制器，其特徵在於A/D轉換器採用16位串行模數轉換晶片。
專利摘要電動伺服控制器，包括微處理器、過零觸發控制、驅動器、編碼器、電源電路和總線控制電路，輸入信號和閥門位置反饋信號首先經信號調理電路轉換後，信號再經A/D轉換傳輸到微處理器，經微處器處理後的信號再經D/A轉換和驅動電路輸出；在限位開關與微處理器之間還設有穩態控制電路；設可掉電保護的EEPROM存儲晶片來保存輸入信號的最大值和最小值兩參數。本實用新型有利於對電動閥門的精確控制與檢測；不僅保證了被控電機的安全運行，還有利於操作人員在線消除閥門的堵塞。
文檔編號G05D3/12GK2658799SQ20032011445
公開日2004年11月24日 申請日期2003年11月3日 優先權日2003年11月3日
發明者劉偉, 王孟才 申請人:劉偉, 王孟才