電子執行器用控制器的製作方法
2023-08-03 16:31:31 1
專利名稱：電子執行器用控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電子式執行器用控制器，特別涉及一種用於控制電機轉動的電動執行器用的控制器。
背景技術：
目前，工業自動化控制系統中，電動執行器是以單相電源為動力，接受統一標準的直流信號，並根據此信號的大小來自動控制電機的正、反轉動或停止轉動。雖然執行器(主要指DK系列的電動執行器)在自動控制系統中的運用非常普遍，但由於執行機構笨重，使用伺服放大器連線多、複雜，功能少，結構複雜，因此容易引發故障，尤其在遠距離傳送時，由於控制信號線的中斷，導致自動控制系統中的事故發生。
發明內容
本發明的目的，是提供一種電子執行器用控制器。它結構簡單，使用方便，控制精度高，遠距離傳送時效果好。
為達上述目的，本發明的技術方案是本電子執行器用控制器包括信號輸入電路、電機驅動電路、前置放大電路和V/I轉換電路，其特徵在於還設置有A/D轉換電路、中央控制電路、緩衝驅動電路，信號輸入電路的輸出端與A/D轉換器的5腳連接，A/D轉換器的1腳、14腳、15腳、16腳與中央控制器CPU輸入端的4腳、3腳、2腳、1腳連接，中央控制器CPU的輸出端38、39腳分別與緩衝器U的輸入端2、4腳連接，緩衝器U的輸出端18、16電機驅動電路連接，前置放大電路與A/D轉換器的6腳連接。
電容C1、C2的兩端分別連接後與A/D轉換器3、4腳連接，電容C2的一端接地，另一端與電源VC連接。
中央控制器CPU的輸出端39腳與緩衝器U的輸入端2腳之間連接有電阻R1，中央控制器CPU的輸出端38腳與緩衝器U的輸入端4腳之間連接有電阻R2，R1與R2串聯後與電源VC連接；緩衝器U的輸出端18腳與電阻R3的一端連接，電阻R1的另一端與電機控制電路連接；緩衝器U的輸出端16腳與電阻R4的一端連接，電阻R2的另一端與電機控制電路連接。
本控制器工作使用的軟體包括控制信號的識別提取、A/D轉換信號的提取、存儲操作、看門狗軟體、對控制信號和反饋信號的比較、對信號斷線的檢測和判斷(包括斷線狀態下電機全開、全關和保持的狀態)。
本控制器主要電路包括1.輸入電路輸入電路將控制室送來的控制信號都以電壓的形式送入到A/D轉換器的輸入端，另一個是差動輸入電路，輸入控制信號(進入運放的反向輸入端)通過與6V電壓(進入運放的同向輸入端)的比較，可實現對電機的正/反作用控制。
2.CPU控制電路整個CPU控制電路通過分別控制光電隔離的通斷，實現對電機的正、反轉動控制。
3.電機控制電路由緩衝器輸出的兩路信號分別控制兩路光電隔離器，使系統輸出與電機驅動電路之間實現光電隔離。
4.前置放大電路前置放大電路主要是對反饋信號的零位和量程進行調節和放大，通過末級跟隨，將反饋信號一路送A/D轉換器的輸入端，一路送入V/I轉換電路。
本發明以單片機為核心的數字控制驅動電路，代替了原有的伺服放大器；位置反饋採用高性能導電電位器，電位器觸點與電機轉動同步，因此控制精度高，結構簡單，遠距離傳送時效果好。本發明還有使用方便，成本低的特點。
下面結合附圖對本發明做進一步的說明。
圖1為發明的信號流向圖；圖2為發明的電路圖，也是本發明的一種實施例。
具體實施例方式
參見圖1。本控制器的電路主要包括信號輸入電路、A/D轉換器、中央控制電路、緩衝驅動電路、電機驅動電路和前置放大電路、V/I轉換電路。控制信號進入輸入電路，輸入電路將得到的電壓控制信號進行運算放大後輸入A/D轉換器，A/D轉換器進行模數轉換後進入中央控制電路，中央控制電路接收來自A/D轉換器的數位訊號，擔負著對信號的處理、運算和輸出控制等作用。電機電路有著有效抑制幹擾，保證整個電路運行的安全的作用。
位置反饋信號通過前置放大將位置電壓信號經運算放大、跟隨，一路送入A/D轉換器，一路送入v/I轉換電路。
參見圖2。電容C1、C2的兩端分別連接後與A/D轉換器3、4腳連接，電容C2的一端接地，另一端與電源VC連接。信號輸入電路的輸出端與A/D轉換器的5腳連接。轉換器A/D的15腳與中央控制器CPU輸入端的2腳連接。
前置放大電路與A/D轉換器的6腳連接。
當控制信號從輸入電路輸入，信號為電壓信號時，信號直接進入A/D轉換器；當信號為電流信號時，輸入電路將電流信號轉換為電壓信號後，進入A/D轉換器。轉換器A/D將模擬信號轉換為數位訊號後，從15腳輸出到中央控制電路。
A/D轉換器的1腳、14腳、15腳、16腳與中央控制器CPU輸入端的4腳、3腳、2腳、1腳連接，中央控制器CPU的輸出端39腳與緩衝器U的輸入端2腳之間連接有電阻R1，中央控制器CPU的輸出端38腳與緩衝器U的輸入端4腳之間連接有電阻R2，R1與R2串聯後與電源VC連接；緩衝器U的輸出端18腳與電阻R3的一端連接，電阻R1的另一端與電機控制電路連接；緩衝器U的輸出端16腳與電阻R4的一端連接，電阻R2的另一端與電機控制電路連接。中央控制器CPU的輸出端36腳、37腳連接有方式開關K1和K2。緩衝器U將信號放大，從16、18腳輸出進入電機電路。斷線功能的實現是通過中央處理器對輸入控制信號有、無的判斷來進行的，當輸入控制信號一旦斷線，通過其內部的程序判斷並結合單片機外部的方式開關K1和K2，就可以使單片機被設定的兩個輸出口分別處於高電位、底電位或同時處於底電位，從而有效地觸發可控矽控制電機的全開或全關或保持不動。在數字處理電路中，使用了濾波電容，根據實際情況，濾波電容的容值可在0.01～0.1uF的範圍內進行選擇，可以消除大部分的高頻幹擾。
中央控制器CPU的輸出端21、22、23、24腳與看門狗IC的輸入端1、2、5、6腳連接，看門狗IC的輸出端8腳通過電阻R6與中央控制器CPU的9腳連接，看門狗IC的輸出端7腳與中央控制器CPU的9腳連接，看門狗IC的輸出端3腳串聯電容C6後接地，看門狗IC的輸出端4腳接地。電路中使用了看門狗定時器對單片機提供了獨立的保護系統，當系統出現故障時，在超出選定的超時周期後，看門狗定時器將以復位信號作出反應，使系統復位。
電機控制電路由光電隔離電路和電機組成，對控制電機的每一個通道採用光電隔離器進行隔離，既可以有效抑制幹擾，又保證了整個電路運行的安全。
位置反饋信號通過前置放大將從電位器上取出的位置電壓信號經運算放大、跟隨，一路送入A/D轉換的6腳，一路送入v/I轉換電路，調節轉換成恆流直流電流，為了使恆流電路可帶的負載儘量大，v/I轉換電路的運放器的電源最好使用+18V的電源，這樣負載能力能達到500Ω。
本發明的工作過程是電子式執行器安裝在現場，受控於控制室的給出的電壓或電流的控制信號，通過控制器將控制信號和位置反饋信號進行比較。控制信號為電壓信號時，信號通過輸入電路進行運算放大後直接進入A/D轉換器；控制信號為電流信號時，將電流切換電壓後通過輸入電路進行運算放大，送進A/D轉換器模數轉換後進入中央控制器CPU，中央控制器CPU進行處理後輸出數位訊號，緩衝器U將信號放大後進入電機控制電路。位置反饋信號通過前置放大進入V/I轉換電路，實現電壓/電流的轉換，前置放大電路主要是對反饋信號的零位和量程進行調節和放大。
V/I轉換電路主要是將位置反饋信號由電壓轉換成電流，便於遠傳到控制室，使控制室操作人員能隨時了解和掌握閥位所處的當時狀態。
當控制信號大於反饋信號時，信號經中央控制器CPU處理後，從中央控制器CPU的39腳輸出高電頻，經緩衝驅動器U送人電機控制電路的光電隔離器M1的控制端，光電隔離器導通，觸發可控矽導通，控制電機正轉。
當控制信號小於反饋信號時，信號經中央控制器CPU處理後，從中央控制器CPU的39腳輸出高電頻，經緩衝驅動器U送人光電隔離器M2的控制端，光電隔離器導通，觸發可控矽導通，控制電機反轉。
當控制信號等於反饋信號時，偏差信號經中央控制器CPU處理後，從中央控制器CPU的38腳輸出低電頻，光電隔離器隔斷，電機停止轉動。
中央控制器CPU採用MCS-51系列單片機可以達到上述效果。
為了達到設定的控制精度，A/D轉換器採用高速、低耗的12位ADC器件。
權利要求
1.一種電子執行器用控制器，包括信號輸入電路、電機驅動電路、前置放大電路和V/I轉換電路，其特徵在於還設置有A/D轉換電路、中央控制電路、緩衝驅動電路，信號輸入電路的輸出端與A/D轉換器的5腳連接，A/D轉換器的1腳、14腳、15腳、16腳與中央控制器CPU輸入端的4腳、3腳、2腳、1腳連接，中央控制器CPU的輸出端38、39腳分別與緩衝器U的輸入端2、4腳連接，緩衝器U的輸出端18、16電機驅動電路連接，前置放大電路的輸出與A/D轉換器的6腳連接。
2.根據權利要求1所述的電子執行器用控制器，其特徵在於電容C1、C2的兩端分別連接後與A/D轉換器3、4腳連接，電容C2的一端接地，另一端與控制電源VC連接。
3.根據權利要求1所述的電子執行器用控制器，其特徵在於中央控制器CPU的輸出端39腳與緩衝器U的輸入端2腳之間連接有電阻R1，中央控制器CPU的輸出端38腳與緩衝器U的輸入端4腳之間連接有電阻R2，R1與R2串聯後與控制電源VC連接；緩衝器U的輸出端18腳與電阻R3的一端連接，電阻R1的另一端與電機控制電路連接；緩衝器U的輸出端16腳與電阻R4的一端連接，電阻R2的另一端與電機控制電路連接。
全文摘要
本發明公開了一種電子執行器用控制器，包括信號輸入電路、電機驅動電路、前置放大電路和V/I轉換電路，它還設置有A/D轉換電路、中央控制電路、緩衝驅動電路，信號輸入電路的輸出端與A/D轉換器的5腳連接，A/D轉換器的1腳、14腳、15腳、16腳與中央控制器CPU輸入端的4腳、3腳、2腳、1腳連接，中央控制器CPU的輸出端38、39腳分別與緩衝器U的輸入端2、4腳連接，緩衝器U的輸出端18、16電機驅動電路連接，前置放大電路與A/D轉換器的6腳連接。本發明以單片機為核心的數字控制驅動電路，代替了原有的伺服放大器；位置反饋採用高性能導電電位器，電位器觸點與電機轉動同步，因此控制精度高，結構簡單，遠距離傳送時效果好。本發明還有使用方便，成本低的特點。
文檔編號G05D3/14GK1570797SQ20041002248
公開日2005年1月26日 申請日期2004年5月9日 優先權日2004年5月9日
發明者譚雲 申請人:重慶鋼鐵(集團)有限責任公司