畢業(yè)設計（論文）新型電動執(zhí)行機構(gòu)的設計

1、摘要 提出一種新型電動執(zhí)行機構(gòu)的設計方案，詳細介紹了該執(zhí)行機構(gòu)各功 能元件的選型與設計、閥位及速度控制原理以及各種關鍵問題的解決方法。該 執(zhí)行機構(gòu)將閥門、伺服電機制器合為一體，采用 8031 技術實現(xiàn)了閥門的動作速 度和位置控制，解決了閥門的精確定位、閥門柔性開關、極限位置判斷、電機 模擬信號隔離等技術問題。現(xiàn)場運行情況表明，該電動執(zhí)行機構(gòu)具有動作快、 保護完善以及便于和計算機通訊等優(yōu)點。 在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程控制中，執(zhí)行機構(gòu)起著十分重要的作用，它是自動控制 系統(tǒng)中不可缺少的組成部分?，F(xiàn)有的國產(chǎn)大流量電動執(zhí)行機構(gòu)存在著控制手段 落后、機械傳動機構(gòu)多、結(jié)構(gòu)復雜、定位精度低、可靠性差等問題。而且執(zhí)行

2、機構(gòu)的全程運行速度取決于其電機的輸出軸轉(zhuǎn)速和其內(nèi)部減速齒輪的減速比， 一旦出廠，這一速度固定不可調(diào)整，其通用性較弱。整個機構(gòu)缺乏完善的保護 和故障診斷措施以及必要的通信手段，系統(tǒng)的安全性較差，不便與計算機聯(lián)網(wǎng)。 鑒于以上原因，采用傳統(tǒng)的大流量電動執(zhí)行機構(gòu)的控制系統(tǒng)，可靠性和穩(wěn)定性 較差。隨著計算機網(wǎng)絡、現(xiàn)場總線等技術在工業(yè)過程中的應用，這種執(zhí)行機構(gòu) 已遠遠不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。筆者設計的大流量電動執(zhí)行機構(gòu)，采用機電 一體化技術，將閥門、伺腹點機、控制器合為一體，利用異步電動機直接驅(qū)動 閥門的開與關。通過內(nèi)置變頻器，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡，實現(xiàn)閥門的動作速度、 精確定位、柔性開關以及電機轉(zhuǎn)矩等控制。

3、該電動執(zhí)行機構(gòu)省去了用于控制電 機正、反轉(zhuǎn)的接觸器和可控硅換向開關模件、機械傳動裝置和復雜、昂貴的控 制柜和配電柜，具有動作快、保護較完善、便于和計算機聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點。實際運 行表明，該執(zhí)行機構(gòu)工作穩(wěn)定，性能可靠。 關鍵詞：電動執(zhí)行機構(gòu)、閥門、位置控制 目錄 第一章 電動執(zhí)行機構(gòu)的硬件設計及工作原理.- 1 - 第三節(jié) 智能逆變模塊 ipm .- 5 - 第四節(jié) 位置檢測電路 .- 12 - 第五節(jié) 電壓及電流檢測 .- 12 - 第六節(jié) 通訊接口 .- 14 - 第七節(jié) 時鐘電路 .- 15 - 第八節(jié) 液晶顯示單元 .- 19 - 第九節(jié) 程序出格自恢復電路 .- 19 - 第二章 閥位及速度

4、控制原理.- 20 - 第三章 關鍵技術問題的解決.- 22 - 第一節(jié) 閥門柔性開關 .- 22 - 第二節(jié) 電機保護的實現(xiàn) .- 23 - 第三節(jié) 準確定位 .- 24 - 第四節(jié) 模擬信號的隔離 .- 26 - 結(jié)束語.- 27 - 謝 辭.- 28 - 參考文獻.- 29 - 第一章第一章 電動執(zhí)行機構(gòu)的硬件設計及工作原理電動執(zhí)行機構(gòu)的硬件設計及工作原理 電動執(zhí)行機構(gòu)控制系統(tǒng)原理。智能執(zhí)行機構(gòu)從結(jié)構(gòu)上主要分為控制部分和執(zhí)行驅(qū)動部 分。 控制部分主要由單片機、pwm 波發(fā)生器、ipm 逆變器、a/d、d/a 轉(zhuǎn)換模塊、整流模 塊、輸入輸出通道、故障檢測和報警電路等組成。執(zhí)行驅(qū)動部分主要包

5、括三相伺報電機和 位置傳感器。 系統(tǒng)工作原理： 霍爾電流、電壓傳感器及位置傳感器檢測到的逆變模塊三相輸出電流、電壓及閥門的 位置信號，經(jīng) a/d 轉(zhuǎn)換后送入單片機。單片機通過 8255 控制 pwm 波發(fā)生器，產(chǎn)生的 pwm 波經(jīng)光電耦合作用于逆變模塊 ipm，實現(xiàn)電機的變頻調(diào)速以及閥位控制。逆變模塊 工作時所需要的直流電壓信號由整流電路對 380v 電源進行全橋整流得到。 控制系統(tǒng)各功能元件的選型與設計。 第一節(jié) 單片機 選用 intel 公司生產(chǎn)的 8031 單片機，它主要通過并行 8255 口擔負控制系 統(tǒng)的信號處理：接收系統(tǒng)對轉(zhuǎn)矩、閥門開啟、關閉及閥門開度等設定信號，并 提供三相 pw

6、m 波發(fā)生器所需要的控制信號；處理 ipm 發(fā)出的故障信號和報警信 號；處理通過模擬輸入口接收的電流、電壓、位置等檢測信號；提供顯示電動 執(zhí)行機構(gòu)的工作狀態(tài)信號；執(zhí)行控制系統(tǒng)來的控制信號，向控制系統(tǒng)反饋信號； mcs-518031 單片機簡介: 1.mcs-51 8031 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點 圖 1-1 為 inter mcs-51 8031 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 中央處理單元（8 位）:數(shù)據(jù)處理、測試位，置位，復位,位操作; 只讀存儲器（4kb 或 8kb）:永久性存儲應用程序，掩模 rom、eprom、eeprom; 隨機存取內(nèi)存（128b、128b sfr）:在程序運行時存儲工作變量和資料

7、; 并行輸入/輸出口（i / o）（32 條）:作系統(tǒng)總線、擴展外存、i / o 接 口芯片; 串行輸入/輸出口（2 條）:串行通信、擴展 i / o 接口芯片; 定時/計數(shù)器（16 位、加 1 計數(shù)）:計滿溢出、中斷標志置位、向 cpu 提 出中斷請求，與 cpu 之間獨立工作; 時鐘電路:內(nèi)振、外振; 中斷系統(tǒng):五源中斷、2 級優(yōu)先。 結(jié)構(gòu)特點：mcs-51 系列單片機為哈佛結(jié)構(gòu)（而非普林斯頓結(jié)構(gòu)） 1）內(nèi) rom：4kb 2）內(nèi) ram：128b 3）外 rom：64kb 4）外 ram：64kb 5）i / o 線： 32 根（4 埠，每埠 8 根） 6）定時/計數(shù)器：2 個 16 位

8、可編程定時/計數(shù)器 7）串行口：全雙工，2 根 8）寄存器區(qū)：工作寄存器區(qū)、在內(nèi) 128b ram 中，分 4 個區(qū)， 9）中斷源：5 源中斷，2 級優(yōu)先 10）堆棧：最深 128b 11）布爾處理機：位處理機，某位單獨處理 12）指令系統(tǒng)：五大類，111 條。 mcs-58031 單片 2 單片機外部引腳 圖 1-2 2 為 inter mcs-51 8031 單片機外部引腳結(jié)構(gòu)圖 1)、主電源引腳：vss、vcc。 2)、外接晶振引腳：xtal1 、 xtal2。 3)、控制或復位引腳： rst / vpd 兩個機器周期高電平，單片機復位。 p0-p3 口：輸出高電平 sp ： 07h s

9、fr、pc： 清 0 不影響內(nèi) ram 狀態(tài)，機器從 0 地址開始執(zhí)行。 ale / prog ：地址鎖存控制端提供 1/6 fosc 振蕩頻率，輸入編程脈沖 eprom psen：外部程序內(nèi)存的讀選通信號端。ea / vpp：ea = 1 ，訪問內(nèi)部程序 內(nèi)存當 pc 值超過內(nèi) rom 范圍（0fffh）時，自動轉(zhuǎn)執(zhí)行外部內(nèi)存的程序 ea = 0 ， 只訪問外部程序內(nèi)存。對 8751 機，可施加 21v 編程電源（vpp） 4)、輸入/輸出引腳：p0-p3：四個 i / o 口，每口 8 線，共同 32 線。 第二節(jié) 相 pwm 波發(fā)生器 三相 pwm 波發(fā)生器 pwm 波的產(chǎn)生通常有模擬和

10、數(shù)字兩種方法。模擬法電路 復雜，有溫漂現(xiàn)象，精度低，限制了系統(tǒng)的性能；數(shù)字法是按照不同的數(shù)字模 型用計算機算出各切換點，并存入內(nèi)存，然后通過查表及必要的計算產(chǎn)生 pwm 波，這種方法占用的內(nèi)存較大，不能保證系統(tǒng)的精度。為了滿足智能功率模塊 所需要的 pwm 波控制信號，保證微處理器有足夠的時間進行整個系統(tǒng)的檢測、 保護、控制等功能，文中選用 mitel 公司生產(chǎn)的 sa8282 作為三相 pwm 發(fā)生器。 sa8282 是專用大規(guī)模集成電路，具有獨立的標準微處理器接口，芯片內(nèi)部包含 了波形、頻率、幅值等控制信息 的功能特點的功能特點 控制技術是通過控制電路按一定規(guī)律來控制開關管的通斷,以得到一

11、 組等幅而不等寬的矩形脈沖波形并使其逼近正弦電壓波形。其方法有模擬方法 和數(shù)字方法兩種，其中模擬方法的電路比較復雜,且有溫漂現(xiàn)象，會影響精度, 降低系統(tǒng)的性能。數(shù)字方法則是按照不同的數(shù)字模型用計算機算出各切換點并 將其存入內(nèi)存,然后通過查表及必要的計算生成波，因此數(shù)字方法受內(nèi)存 影響較大,且與系統(tǒng)精度之間存在著矛盾。是英國公司 生產(chǎn)的全數(shù)字化三相發(fā)生器，它頻率范圍寬、精度高，并可與微處理器 進行接口,同時能夠完成外圍控制功能,因而可實現(xiàn)智能化。中的 每相輸出控制電路均由脈沖取消和脈沖延時電路構(gòu)成。脈沖取消電路用于去掉 脈沖寬度小于取消時間的脈沖，以保證最小輸出脈沖寬度大于器件的開關周期。 延時

12、電路可保證死區(qū)間隔，其作用是在改變?nèi)我幌嘀袃蓚€開關器件的狀態(tài)時提 供一個較短的延遲時間，以使這段時間里的兩個開關都處于關狀態(tài)，從而防止 在轉(zhuǎn)換瞬間橋臂開關元件出現(xiàn)共通（兩個開關在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間造成直通短路） 現(xiàn)象。在軟件的主程序中初始化命令和控制命令的參數(shù)計算及 設置主要用來確定頻率調(diào)節(jié)范圍、死區(qū)時間、輸出電壓幅值和中心頻率等。軟 啟動決定著系統(tǒng)開機時輸出電壓由低逐漸升高的緩變過程。電壓、頻率調(diào)整主 要是將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)經(jīng)計算處理后去控制輸出的電壓和頻 率。過載保護程序的作用是在外接負載達到額定負載的時,能使系統(tǒng)在 延時一段時間后關閉，以達到關斷輸出的目的。短路保 護程序可在外接負載大于額定負載時,

13、立即關閉系統(tǒng)。由于本電路采用 單片機及三相集成電路來進行設計,因而其控 制電路大為簡化,器件減少，結(jié)構(gòu)緊湊，同時也進一步降低了成本,提高了可靠 性。 第三節(jié)第三節(jié) 智能逆變模塊智能逆變模塊 ipmipm 智能逆變模塊 ipm 為了滿足執(zhí)行機構(gòu)體積小，可靠性高的要求，電機電源 采用智能功率模塊 ipm。該執(zhí)行機構(gòu)主要適用功率小于 55kw 的三相異步電機， 其額定電壓為 380v，功率因數(shù)為 075。經(jīng)計算可知，選用日本產(chǎn)的智能功率 模塊 pm50rsa120 可以滿足系統(tǒng)要求。該功率模塊集功率開關和驅(qū)動電路、制動 電路于一體，并內(nèi)置過電流、短路、欠電壓和過熱保護以及報警輸出，是一種 高性能的功

14、率開關器件。 智能功率模塊(intelligent power module,ipm)以開關速度快、損耗小、 功耗低、有多種保護功能、抗干擾能力強、無須采取防靜電措施、體積小等優(yōu) 點在電力電子領域得到越來越廣泛的應用。以 pm200dsa060 型 ipm 為例。介紹 ipm 應用電路設計和在單相逆變器中的應用。 2 2 ipmipm 的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) ipm 由高速、低功率 igwt、優(yōu)選的門級驅(qū)動器及保護電路構(gòu)成。其中,igbt 是 gtr 和 mosfet 的復合,由 mosfet 驅(qū)動 gtr,因而 ipm 具有 gtr 高電流密度、 低飽和電壓、高耐壓、mosfet 高輸入阻抗、高開關頻

15、率和低驅(qū)動功率的優(yōu)點。 根據(jù)內(nèi)部功率電路配置情況,ipm 有多種類型,如 pm200dsa060 型：ipm 為 d 型 (內(nèi)部集成 2 個 igbt)其內(nèi)部功能框圖如圖 1-3 所示,內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1-4 所示。 內(nèi)有驅(qū)動和保護電路,保護功能有控制電源欠壓鎖定保護、過熱保護、過流保護 和短路保護,當其中任一種保護功能動作時。ipm 將輸出故障信號 fo。 圖 1-3 ipm 的內(nèi)部功能框圖 圖 1-4 ipm 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ipm 內(nèi)部電路不含防止干擾的信號隔離電路、自保護功能和浪涌吸收電路。 為了保證 ipm 安全可靠。需要自己設計部分外圍電路。 3 3 ipmipm 的外部驅(qū)動電路設計的外

16、部驅(qū)動電路設計 ipm 的外部驅(qū)動電路是 ipm 內(nèi)部電路和控制電路之間的接口,良好的外部驅(qū) 動電路對以 ipm 構(gòu)成的系統(tǒng)的運行效率、可靠性和安全性都有重要意義。 由 ipm 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖可見器件本身含有驅(qū)動電路所以只要提供滿足驅(qū)動 功率要求的 pwm 信號、驅(qū)動電路電源和防止干擾的電氣隔離裝置即可。但 是ipm 對驅(qū)動電路輸出電壓的要求很嚴格：驅(qū)動電壓范圍為 135v165v電壓低于 135v 將發(fā)生欠壓保護電壓高于 165v 可能損壞 內(nèi)部部件;驅(qū)動信號頻率為 5hz-20khz,且需采用電氣隔離裝置。防止干擾：驅(qū) 動電源絕緣電壓至少是 ipm 極間反向耐壓值的 2 倍(2vces);驅(qū)動

17、電流達 19ma 一 26ma;驅(qū)動電路輸出端的濾波電容不能太大這是因為當寄生電容超過 100pf 時。噪聲干擾將可能誤觸發(fā)內(nèi)部驅(qū)動電路。 圖 1-5 所示是一種典型的高可靠性 ipm 外部驅(qū)動電路方案。來自控制電路 的 pwm 信號經(jīng) r1 限流再經(jīng)高速光耦隔離并放大后接 ipm 內(nèi)部驅(qū)動電路并控制 開關管工作,fo 信號也經(jīng)過光耦隔離輸出。其中每個開關管的控制電源端采用 獨立隔離的穩(wěn)壓。15v 電源,且接 1 只 10f 的退耦電容器(圖中未畫出)以濾去 共模噪聲。rl 根據(jù)控制電路的輸出電流選取如用 dsp 產(chǎn)生 pwm則 r1 的阻值 可為 330。r2 根據(jù) ipm 驅(qū)動電流選值,一

18、方面應盡可能小以避免高阻抗 ipm 拾 取噪聲另一方面又要足夠可靠地控制 ipm。可在 2k68k 內(nèi)選取。c1 為 2 端與地間的 o1f 濾波電容器,pwm 隔離光耦的要求是 tplho8f,trm10kvs,可選用 hcpia503 型、hcpia504 型、 ps204l 型(nec)等高速光耦,且在光耦輸入端接 1 只 o1 的退耦電容器(圖中 未畫出)。fo 輸出光耦可用低速光耦(如 pc817)。ipm 的內(nèi)部引腳功能如表 1 所 示。 圖 1-5 ipm 的外部驅(qū)動電路和引腳連接示意圖 圖 1-5 的外部接口電路直接固定在 pcb 上且靠近模塊輸入腳以減少噪聲 和干擾pcb 上

19、布線的距離應適當,避免開關時干擾引起的電位變化。 另外,考慮到強電可能造成外部驅(qū)動電路到 ipm 引線的干擾,可以在引腳 14 間,3-4 間,4-5 間根據(jù)干擾大小加濾波電容器。 4 4 ipmipm 的保護電路設計的保護電路設計 由于，ipm 本身提供的保護電路不具備自保護功能所以要通過外圍硬件 或軟件的輔助電路將內(nèi)部提供的：fo 信號轉(zhuǎn)換為封鎖 ipm 的控制信號關斷 ipm,實現(xiàn)保護。 41 硬件 ipm 有故障時,fo 輸出低電平,通過高速光耦到達硬件電路,關斷 pwm 輸出, 從而達到保護 ipm 的目的。具體硬件連接方式如下：在 pwm 接口電路前置帶控 制端的 3 態(tài)收發(fā)器(如

20、 74hc245)。pwm 信號經(jīng)過 3 態(tài)收發(fā)器后送至 ipm 接口電 路ipm 的故障輸出信號 fo 經(jīng)光耦隔離輸出送入與非門。再送到 3 態(tài)收發(fā)器使 能端 oe。ipm 正常工作時與非門輸出為低電平。3 態(tài)收發(fā)器選通;ipm 有故障 時。與非門輸出為高電平。3 態(tài)收發(fā)器所有輸出置為高阻態(tài)。封鎖各個 ipm 的 控制信號關斷 ipm實現(xiàn)保護。 42 軟件 ipm 有故障時fo 輸出低電平,fo 信號通過高速光耦送到控制器進行處理。 處理器確認后。利用中斷或軟件關斷 ipm 的 pwm 控制信號從而達到保護目的。 如在基于 dsp 控制的系統(tǒng)中利用事件管理器中功率驅(qū)動保護引腳(pdpint)

21、中 斷實現(xiàn)對 ipm 的保護。通常 1 個事件管理器嚴生的多路 pwm 可控制多個 ipm 工 作其中每個開關管均可輸出 fo 信號,每個開關管的 fo 信號通過與門當任一 開關管有故障時輸出低電平,與門輸出低電平將該引腳連至 pdpint,由于 pdpint 為低電平時 dsp 中斷,所有的事件管理器輸出引腳均被硬件設置為高阻 態(tài),從而達到保護目的。 以上 2 種方案均利用 ipm 故障輸出信號封鎖 ipm 的控制信號通道因而彌 補了 ipm 自身保護的不足,有效地保護了器件。 5 5 ipmipm 的緩沖電路設計的緩沖電路設計 在 ipm 應用中,由于高頻開關過程和功率回路寄生電感等疊加產(chǎn)

22、生的 didt、dvdt 和瞬時功耗會對器件產(chǎn)生較大的沖擊,易損壞器件因此需設 置緩沖電路(即吸收電路),目的是改變器件的開關軌跡,控制各種瞬態(tài)過壓,降低 器件開關損耗保護器件安全運行。 imp 緩沖器電路為常用的 3 種 ipm 緩沖電路。imp 緩沖器電路(a)為單只無 感電容器構(gòu)成的緩沖電路,對瞬變電壓有效且成本低,適用于小功率 ipm。imp 緩 沖器電路(b)為 rcd 構(gòu)成的緩沖電路,適用于較大功率 ipm緩沖二極管 d 可箝 住瞬變電壓,從而抑制由于母線寄生電感可能引起的寄生振蕩。其 rc 時間常數(shù) 應設計為開關周期的 13,即 r=t3=13f。imp 緩沖器電路(c)為 p

23、型 rcd 和 n 型 rcd 構(gòu)成的緩沖電路,適用于大功率 ipm。功能類似于 imp 緩沖器電路(b)所 示的緩沖電路,其回路電感更小。若同時配合使用 imp 緩沖器電路(a)所示的緩 沖電路。還能減小緩沖二極管的應力,緩沖效果更好。 在 imp 緩沖器電路中,當 igbt 關斷時負載電流經(jīng)緩沖二極管向緩沖電容 器充電,同時集電極電流逐漸減少,由于電容器二端的電壓不能突變所以有效 地限制了 igbt 集電極電壓上升率 dvdt。也避免了集電極電壓和集電極電流 同時達到最大值。igbt 集電極母線電感、電路及其元件內(nèi)部的雜散電感在 igbt 開通時儲存的能量,這時儲存在緩沖電容器中。當 ig

24、bt 開通時,集電極母線電感 以及其他雜散電感又有效地限制了 igbt 集電極電流上升率 didt同樣也避 免了集電極電壓和集電極電流同時達到最大值。此時,緩沖電容器通過外接電阻 器和 igbt 開關放電,其儲存的開關能量也隨之在外接電阻器和電路、元件內(nèi)部 的電阻器上耗散。如此,便將 igbt 運行時產(chǎn)生的開關損耗轉(zhuǎn)移到緩沖電路最 后在相關電阻器上以熱的形式耗散,從而保護 igbt 安全運行。 imp 緩沖器電路中的電阻值和電容值按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選?。喝?pm200dsa060 的 電容值為 0221xf-047xf,耐壓值是 igbt 的 11 倍-15 倍,電阻值為 10 20,電阻功率按 p=

25、fcu2xlo-6 計算,其中 f 為 igbt 工作頻率,u 為 igbt 的工作峰 值電壓。c 為緩沖電路與電阻器串聯(lián)電容。二極管選用快恢復二極管。為了保 證緩沖電路的可靠性,可以根據(jù)功率大小選擇封裝好的 imp 緩沖器電路所示的緩 沖電路。 另外,由于母線電感、緩沖電路及其元件內(nèi)部的雜散電感對 ipm 尤其是大功 率 ipm 有極大的影響,因此愈小愈好。要減小這些電感需從多方面人手：直流母 線要盡量地短;緩沖電路要盡可能地靠近模塊;選用低電感的聚丙烯無極電容器、 與 ipm 相匹配的快速緩沖二極管及無感泄放電阻器。 6 6 ipmipm 在單相全橋逆變器中的應用在單相全橋逆變器中的應用

26、單相全橋逆變電路所示的單相全橋逆變電路主要由逆變電路和控制電路組 成。逆變電路包括逆變?nèi)珮蚝蜑V波電路,其中逆變?nèi)珮蛲瓿芍绷鞯浇涣鞯淖?換濾波電路濾除諧波成分以獲得需要的交流電;控制電路完成對逆變橋中開關 管的控制并實現(xiàn)部分保護功能。 圖中的逆變?nèi)珮蛴?4 個開關管和 4 個續(xù)流二極管組成,工作時開關管在高頻 條件下通斷開關瞬間開關管電壓和電流變大,損耗大,結(jié)溫升高,加上功率回路 寄生電感、振蕩及噪聲等極易導致開關管瞬間損壞,以往常用分立元件設計開 關管的保護電路和驅(qū)動電路,導致電路龐大且不可靠。 筆者采用一對 pm200dsa060 雙單元 ipm 模塊分別代替圖中 vl、d1、v2、d2 組

27、合和 v3、d3、v4、d4 組合構(gòu)成全橋逆變電路,利用 dsp 對 ipm 的控制,完成了中頻率 20kw、230v 逆變器的設計和調(diào)試,采用了如上所述的驅(qū)動電路、中的緩沖電路和基于 dsp 控制的軟件 ipm 保護電路。設計實踐表明：使用 ipm 可簡化系統(tǒng)硬件電路、縮短系統(tǒng)開 發(fā)時間、提高可靠性、縮小體積,提高保護能力。 第四節(jié)第四節(jié) 位置檢測電路位置檢測電路 位置檢測電路的位置檢測電路是執(zhí)行機構(gòu)的重要組成部分，它的功能是提 供準確的位置信號。關鍵問題是位置傳感器的選型。在傳統(tǒng)的電動執(zhí)行機構(gòu)中 多采用繞線電位器、差動變壓器、導電塑料電位器等。繞線電位器壽命短被淘 汰。差動變壓器由于線性區(qū)

28、太短和溫度特性不理想而受到限制。導電塑料電位 器目前較為流行，但它是有觸點的，壽命也不可能很長，精度也不高。筆者采 用的位置傳感器為脈沖數(shù)字式傳感器，這種傳感器是無觸點的，且具有精度高、 無線性區(qū)限制、穩(wěn)定性高、無溫度限制等特點。 第五節(jié)第五節(jié) 電壓及電流檢測電壓及電流檢測 檢測電壓、電流主要是為了計算電機的力矩，以及變頻器輸出回路短路、 斷相保護和逆變模塊故障診斷。由于變頻器輸出的電流和電壓的頻率范圍為 050hz，采用常規(guī)的電流、電壓互感器無法滿足要求。為了快速反映出電流的 大小，采用霍爾型電流互感器檢測 ipm 輸出的三相電流，對于 ipm 輸出電壓的 檢測采用分壓電路。 圖 1-8 i

29、pm 輸出電流和電壓檢測 ipm 的主要特點： ipm 是將主開關器件、續(xù)流二極管、驅(qū)動電路、過電流保護電路、過熱保 護電路和短路保護電路以及驅(qū)動電源不足保護電路、接口電路等集成在同一封 裝內(nèi)，形成的高度集成的智能功率集成電路。它的主要特點體現(xiàn)在控制功能、 保護功能和接口功能方面。 (1)驅(qū)動電路：在 ipm 內(nèi)部設置了高性能的驅(qū)動電路，具有出現(xiàn)故障后自 動軟關斷 igbt 的功能，同時，由于結(jié)構(gòu)緊湊，驅(qū)動電路與 igbt 之間距離極短， 抗干擾能力強，輸出阻抗又很低，不需要加反偏壓，簡化了驅(qū)動電路電源，僅 需提供 1 組下橋臂的公共電源和 3 組上橋臂的獨立“浮地”電源。 (2)欠電壓保護每

30、個驅(qū)動電路都具有欠電壓(w)保護功能。無論什么原因， 只要驅(qū)動電路電源電壓認 c 低于欠電壓閡值 yuv 時間超過 10ms，ipm 就會關斷， 同時輸出一個故障報警信號。 (3)過熱保護：um 內(nèi)部絕緣基板上設有溫度傳感器，當溫度超過過熱斷開 闊值時，ipm 內(nèi)部的保護電路就會阻止門極驅(qū)動信號，不接受控制輸入信號， 直至過熱現(xiàn)象消失，保護器件不受損壞，同時輸出過熱故障信號。當溫度下降 到過熱復位網(wǎng)值時，電路自動恢復正常工作。 (4)過電流、短路保護：ipm 中的 igbt 電流傳感器是射極分流式，采樣電 阻上流過的電流很小，但與流過開關器件上的電流成正比例關系，從而取代了 大功率電阻、電流互

31、感器、霍爾電流傳感器等電流檢測組件。如果 um 中任意一 igbt 的 c 極電流大于過電流動作電流時間超過 10lls 時，um 將軟關斷，并且輸 出過電流報警信號。 (5)制動電路:ipm 中設有 igbt 組成的制動電路。當 um 接收到制動信號后， 通，接在制動端 bn 的制動電阻吸收電能，制動電路工作。 (6)使用方便制動電路中的 igbt 導 um 采用陶瓷絕緣結(jié)構(gòu)，直接安裝在散 熱板上；直流輸入(p、n)、制動單元輸出(b)和變頻輸出端子直接用螺釘連接； 輸入、輸出控制端子并排成一列，可用通用插座連接。所以主接線端子和控制 端子都可直接拆卸，不需烙鐵焊接，非常方便。 第六節(jié)第六節(jié)

32、 通訊接口通訊接口 為了實現(xiàn)計算機聯(lián)網(wǎng)和遠程控制，選用 max232 作為系統(tǒng)的串行通訊接口， max232 內(nèi)部有兩個完全相同的電平轉(zhuǎn)換電路，可以把 8031 串行口輸出的 ttl 電平轉(zhuǎn)換為 rs232 標準電平，把其它微機送來的 rs232 標準電平轉(zhuǎn)換成 ttl 電平給 8031，實現(xiàn)單片機與其它微機間的通訊。 max232 簡介： 使 max232 芯片是美信公司專門為電腦的 rs-232 標準串口設計的單電源電 平轉(zhuǎn)換芯片,用+5v 單電源供電。 圖 1-9 max232 芯片結(jié)構(gòu) 引腳介紹： 第一部分是電荷泵電路:由 1、2、3、4、5、6 腳和 4 只電容構(gòu)成。功能是 產(chǎn)生+1

33、2v 和-12v 兩個電源，提供給 rs-232 串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道:由 7、8、9、10、11、12、13、14 腳構(gòu)成兩個數(shù) 據(jù)通道。 其中 13 腳（r1in） 、12 腳（r1out） 、11 腳（t1in） 、14 腳（t1out）為第 一數(shù)據(jù)通道。 8 腳（r2in） 、9 腳（r2out） 、10 腳（t2in） 、7 腳（t2out）為第 二數(shù)據(jù)通道。 ttl/cmos 數(shù)據(jù)從 t1in、t2in 輸入轉(zhuǎn)換成 rs-232 數(shù)據(jù)從 t1out、t2out 送到電腦 db9 插頭；db9 插頭的 rs-232 數(shù)據(jù)從 r1in、r2in 輸入 轉(zhuǎn)換成 ttl

34、/cmos 數(shù)據(jù)后從 r1out、r2out 輸出。 第三部分是供電:15 腳 gnd、16 腳 vcc（+5v） 。 主要特點： 1、符合所有的 rs-232c 技術標準。 2、只需要單一 +5v 電源供電。 3、片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10v 和-10v 電壓 v+、v-。 4、功耗低，典型供電電流 5ma。 5、內(nèi)部集成 2 個 rs-232c 驅(qū)動器。 6、內(nèi)部集成兩個 rs-232c 接收器。 第七節(jié)第七節(jié) 時鐘電路時鐘電路 時鐘電路主要用來提供采樣與控制周期、速度計算時所需要的時間以及日 歷。文中選用時鐘電路 ds12887。ds12887 內(nèi)部有 114

35、字節(jié)的用戶非易失性 ram，可用來存入需長期保存的數(shù)據(jù)。 采用 ds12887 芯片設計的時鐘電路無需任何外圍電路和器件，并具有良好 的微機接口。ds12887 芯片具有微功耗，外圍接口簡單，精度高，工作穩(wěn)定可 靠等優(yōu)點，可廣泛用于各種需要較高精度的實時時鐘系統(tǒng)中。采用 ds12887 芯 片設計的時鐘電路無需任何外圍電路和器件，并具有良好的微機接口。ds12887 芯片具有微功耗，外圍接口簡單，精度高，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，可廣泛用于 各種需要較高精度的實時時鐘系統(tǒng)中。 ds12887 主要功能簡介主要功能簡介 （1）內(nèi)含一個鋰電池，斷電后運行十年以上不丟失數(shù)據(jù)。 （2）計秒，分，時，天，星期

36、，日，月，年，并有閏年補嘗功能。 （3）二進制數(shù)碼或 bcd 碼表示時間，日歷和定鬧。 （4）12 小時或 24 小時制，12 小時時鐘模式帶有 pm 和 am 指示，有夏令時 功能。 （5）motorola 和 intel 總線時序選擇。 （6）有 128 個字節(jié) ram 單元與軟件接口，其中 14 個字節(jié)作為時鐘和控制 寄存器，114 字節(jié)為通用 ram，所有 ram 單元數(shù)據(jù)都具有掉電保護功能。 （7）可編程方波信號輸出。 （8）中斷信號輸出（irq）和總線兼容，定鬧中斷，周期性中斷、時鐘更 新周期結(jié)束中斷可分別由軟件屏蔽，也可分別進行測試。 原理及引腳說明原理及引腳說明 ds12887

37、 內(nèi)部由振蕩電路，分頻電路，周期中斷/方波選擇電路，14 字節(jié)時 鐘和控制單元，114 字節(jié)用戶非易失 ram，十進制/二進制累加器，總線接口電 路，電源開關寫保護單元和內(nèi)部鋰電池等部分組成。ds12887 引腳分配： vcc：直流電源+5v 電壓。當 5v 電壓在正常范圍內(nèi)時，數(shù)據(jù)可讀寫；當 vcc 低于 4.25v,讀寫被禁止，計時功能仍繼續(xù)；當 vcc 下降到 3v 以下時，ram 和計 時器供電被切換到內(nèi)部鋰電池。 mot（模式選擇）：mot 引腳接到 vcc 時，選擇 motorola-p.htm target=_blank title=motorola 貨源和 pdf 資料moto

38、rola 時序，當接到 gnd 時，選擇 intel 時序。 sqw（方波信號輸出）：sqw 引腳能從實時鐘內(nèi)部 15 級分頻器的 13 個抽頭 中選擇一個作為輸出信號，其輸出頻率可通過對寄存器 a 編程改變。 ad0-ad7（雙向地址/數(shù)據(jù)復用線）：總線接口，可與 motorola 微機系列和 intel 微機系列接口。 as（地址選通輸入）：用于實現(xiàn)信號分離，在 ad/ale 的下降沿把地址鎖入 ds12887。 ds（數(shù)據(jù)選通或讀輸入）：ds/rd 引腳有兩種操作模式，取決于 mot 引腳 的電平，當使用 motorola 時序時，ds 是一正脈沖，出現(xiàn)在總線周期的后段， 稱為數(shù)據(jù)選通；

39、在讀周期，ds 指示 ds12887 驅(qū)動雙向總線的時刻；在寫周期， ds 的后沿使 ds12887 鎖存寫數(shù)據(jù)。選擇 intel 時序時，ds 稱作（rd） ，rd 與典 型存貯器的允許信號（oe）的定義相同。 r/w（讀/寫輸入）：r/w 引腳也有兩種操作模式。選 motorola 時序時， r/w 是低電平信號時，指示當前周期是讀或?qū)懼芷?，ds 為高電平時，r/w 高電 平指示讀周期，r/w 信號一低電平信號，稱為 wr。在此模式下，r/w 引腳與通 用 ram 的寫允許信號（we）的含義相同。 cs（片選輸入）：在訪問 ds12887 的總線周期內(nèi)，片選信號必須保持為低。 irq（中斷

40、申請輸入）：低電平有效，可作微處理的中斷輸入。沒有中斷的 條件滿足時，irq 處于高阻態(tài)。irq 線是漏極開路輸入，要求外接上接電阻。 reset（復位輸出）：當該腳保持低電平時間大于 200ms，保證 ds12887 有 效復位。 內(nèi)部功能內(nèi)部功能 地址分配 ：ds12887 的地址由 114 字節(jié)的用戶 ram 存放。10 字節(jié)的存放實 時時鐘時間，日歷和定鬧 ram 及用于控制和狀態(tài)的 4 字節(jié)特殊寄存器組成，幾 乎所有的 128 個字節(jié)直接讀寫。 時間，日歷和定鬧單元：時間和日歷信息通過讀相應的內(nèi)存字節(jié)來獲取， 時間，日歷和定鬧通過寫相應的內(nèi)存字節(jié)設置或初始化，其字節(jié)內(nèi)容可以是二 進制

41、或 bcd 形式。時間可選擇 12 小時制或 24 小時制，當選擇 12 小時制時，小 時字節(jié)的高門為邏輯“1”代表 pm。時間，日歷和定鬧字節(jié)是雙緩沖的，總是 可訪問的。每秒鐘這 10 個字節(jié)走時 1 秒，檢查一次定鬧條件，如在更新時，讀 時間和日歷可能引起錯誤，三個字節(jié)的定鬧字節(jié)有兩種使用方法。第一種，當 定鬧時間寫入相應時，分，秒，定鬧單元，在定允許鬧位置高的條件下，定鬧 中斷每天準時起動一次。第二種，在三個定鬧字節(jié)中插入一個或多個不關心碼。 不關心碼是任意從 o0 到 ff 的 16 進制數(shù)。當小時字節(jié)的不關心碼位置位時，定 鬧為小時發(fā)生一次；同樣，當小時和分鐘定鬧字節(jié)置不關心位時，每

42、分鐘定鬧 一次；當三個字節(jié)都置不關心位時，每秒中斷一次。 非易失 ram ：在 ds1288 中，114 字節(jié)通用非易失 ram 不專用一任何特殊功 能，它們可被處理器程序用作非易失內(nèi)存，在更新周期也可訪問。 中斷 ：rtc 實時時鐘加 ram 向處理器提供三個獨立的，自動的中斷源。定 鬧中斷的發(fā)生率可編程，從每秒一次到每天一次，周期性中斷的發(fā)生率可從 500ms 到 122s 選擇。更新結(jié)束中斷用于向程序指示一個更新周期完成。中斷控 制和狀態(tài)位在寄存器 b 和 c 中，本文的其它部分將詳細描述每個中斷發(fā)生條件。 晶振控制位 ：ds12887 出廠時，其內(nèi)部晶振被關掉，以防止鉭電池在芯片 裝入

43、系統(tǒng)前被消耗。寄存器 a 的 bit4-bit6 的其它組合都是使晶振關閉。 方波輸出選擇 ：15 級分頻抽頭中的 13 個可用于 15 選 1 選擇器，選擇分 頻器抽頭的目的是在 sqw 引腳產(chǎn)生一個方波信號，其頻率由寄存器 a 的 rs0- rs3 位設置。sqw 頻率選擇器與周期中斷發(fā)生器共有 15 選 1 選擇器，一旦頻率 選擇好，通過用程序控制方波輸出允許位 sqwe 來控制 sqw 引腳輸出的開關。 周期中斷選擇 ：周期中斷可在 irq 腳產(chǎn)生 500ms 一次到每 122s 一次的 中斷，中斷步率同樣由寄存 a 確定，它的控制位為寄存器 b 中的 pie 位。 ds12887 每

44、一秒執(zhí)行一次更新周期，保證時間、日歷的準確。更新周期還比較 每一定鬧字節(jié)與相應的時間字節(jié)，如果匹配或三個字節(jié)都是不關心碼，則產(chǎn)生 一次定鬧中斷。 狀態(tài)控制寄存器狀態(tài)控制寄存器 ds12887 有 4 個控制寄存器，它們在任何時間都可訪問，即使更新周期也 不例外。 寄存器 a uip：更新周期正在進行位。當 uip 為 1，更新轉(zhuǎn)換將很快發(fā)生，當 uip 為 0，更新轉(zhuǎn)換至少在 244s 內(nèi)不會發(fā)生。dv0、dv1、dv2：用于開關晶振和復位分 頻鏈。這些位的 010 唯一組合將打開晶振并充許 rtc 計時。 rs3、rs2、rs1、rs0：頻率選擇位，從 15 級頻率器 13 個抽頭中選一個，

45、 或禁止分頻器輸入。選擇好的抽頭用于產(chǎn)生方波（sqw 引腳）輸出和周期中斷， 用戶可以： （1）用 pie 位允許中斷。 （2）用 sqwe 位允許并用相同的頻率。 第八節(jié)第八節(jié) 液晶顯示單元液晶顯示單元 液晶顯示單元是為了實現(xiàn)人機對話功能，選用 mgls12832 液晶顯示模塊組 成顯示電路。采用組態(tài)顯示方式。通過菜單選擇，可分別對閥門、力矩、限位、 電機、通訊和參數(shù)等信號進行設置或調(diào)試。并采用文字和圖形相結(jié)合的方式， 顯示直觀、清晰。這樣就能更好的實行人機信息交換，更加清楚地了解當前機 器的運行狀態(tài)，便于人們的操作。 第九節(jié)第九節(jié) 程序出格自恢復電路程序出格自恢復電路 程序出格自恢復電路是

46、為了保證在強干擾下程序出格時系統(tǒng)能夠自動地恢 復正常，選用 max705 組成程序出格自恢復電路，監(jiān)視程序運行。 圖 1-10 程序出格自恢復電路 工作原理為：一旦程序出格，wdo 由高變低，由于微分電路的作用，由 “與非”門輸入引腳 2 變?yōu)楦唠娖?，引腳 2 電平的這種變化使“與非”門輸出 一個正脈沖，使單片機產(chǎn)生一次復位，復位結(jié)束后，又由程序通過 p10 口向 max705 的 wdi 引腳發(fā)正脈沖，使 wdo 引腳回到高電平，程序出格自恢復電路繼 續(xù)監(jiān)視程序運行程序出格自恢復電路 為了保證在鏹干擾下程序出格時系統(tǒng)能夠自動地恢 復正常，選用max705組成程序出格自恢復電路，監(jiān)視程序運行。

47、 第二章第二章 閥位及速度控制原理閥位及速度控制原理 采用雙環(huán)控制方案，其中內(nèi)環(huán)為速度環(huán)，外環(huán)為位置環(huán)。速度環(huán)主要將當 前速度與速度給定發(fā)生器送來的設定速度相比較，通過速度調(diào)節(jié)器改變 pwm 波 發(fā)生器載波頻率，實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。速度調(diào)節(jié)器采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制算 法(具體內(nèi)容另文敘述)。 外環(huán)主要根據(jù)當前位置速度的設定，通過速度給定發(fā)生器向內(nèi)環(huán)提供速度 的設定值。由于大流量閥執(zhí)行機構(gòu)在運行過程中存在加速、勻速、減速等階段。 各階段的時間長短、加速度的大小、在何位置開始勻速或減速均與給定位置、 當前位置以及運行速度有關。速度給定發(fā)生器的工作原理為：通過比較實際閥 位與給定閥位，當二者不相等時，

48、以恒定加速度加速，減速點根據(jù)當前速度、 閥位值、閥位給定值的大小計算得來。 閥位及速度控制（圖 2-1）采用雙環(huán)控制方案，其中內(nèi)環(huán)為速度環(huán)，外環(huán) 為位置環(huán)。速度環(huán)主要將當前速度與速度給定發(fā)生器送來的設定速度相比較， 通過速度調(diào)節(jié)器改變 pwm 波發(fā)生器載波頻率， 實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。速度調(diào)節(jié) 器采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制算法。位置環(huán)主要根據(jù)當前位置與設定位置的差值， 通過速度給定發(fā)生器向內(nèi)環(huán)提供速度的設定值。由于電動調(diào)節(jié)閥在運行過程中 存在加速、勻速和減速等階段，各階段的時間長短、加速度的大小及何位置開 始勻速或減速，均與給定位置、當前位置以及運行速度有關。速度給定發(fā)生器， 通過比較實際閥位與給定閥

49、位， 當二者不相等時，以恒定加速度加速， 減速 點根據(jù)當前速度、閥位值和閥位給定值的大小計算得來。 圖 2-1 閥位及速度控制原理圖 圖 2-2 為電動調(diào)節(jié)閥的典型運行速度圖，它由若干段變化速率不同的折線 組成。將曲線上速率開始發(fā)生改變的那一點稱為起始段點，相應的時間稱為段 起始時間 t（i） （i=0，1，2，），相應的速度稱為段起始速度（i） （i=0，1，2，）。 圖 2-2 執(zhí)行機構(gòu)的典型運行速度 設第 i 段速度的變化速率用 k 表示，則有： 式中：v 兩段點之間的速度變化值，m/s v=vi+1-vi t=ti+1-ti 顯然， 當 ki=0 時為恒速值，ki0 時為升速段，ki0

50、 時為減速段。任意時刻的 式中 ts采樣周期，hz。 變化速率 ki的取值應根據(jù)給定位置、當前位置以及運行速度的大小確定。 第三章第三章 關鍵技術問題的解決關鍵技術問題的解決 該電動執(zhí)行機構(gòu)采用了最新的變頻調(diào)速技術，電機驅(qū)動功率小于 55kw。 用戶可根據(jù)需要設定力矩特性，根據(jù)控制的閥設定速度，速度分多轉(zhuǎn)式、直行 程、角行程 3 種方式。控制系統(tǒng)由閥位給定和閥位反饋信號構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)， 控制特性視運行方式、速度而定，并具有自動過流保護、過載保護、超壓、欠 壓、過熱、缺相、堵轉(zhuǎn)等保護功能。該執(zhí)行機構(gòu)解決的關鍵性技術問題主要有 一下幾點： 第一節(jié)第一節(jié) 閥門柔性開關閥門柔性開關 閥門柔性開關：柔性

51、開關主要是為了當閥關閉或全開時，保證閥門不卡死 與損傷。執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)部的微處理器根據(jù)測得的變頻器輸出電壓和電流，通過精 確計算，得出其輸出力矩。一旦輸出力矩達到或大于設定的力矩，自動降低速 度，以避免閥門內(nèi)部過度的撞擊，從而達到最優(yōu)關閉，實現(xiàn)過力矩保護。 閥位的極限位置判斷閥位的極限位置是指全開和全關位置。在傳統(tǒng)執(zhí)行機 構(gòu)中，該位置的檢測是通過機械式限位開關獲得的。機械式限位開關精度低， 在運行中易松動，可靠性差。在文中，電動執(zhí)行機構(gòu)極限位置通過檢測位置信 號的增量獲得。其原理是，單片機將本次檢測的位置信號與上次檢測的信號相 比較，如果未發(fā)生變化或變化較小，即認為己達到極限位置，立即切斷異步電

52、機的供電電源，保證閥門的安全關閉或全開。省去了機械式限位開關，無需在 調(diào)試時對其進行復雜的調(diào)整。 第二節(jié)第二節(jié) 電機保護的實現(xiàn)電機保護的實現(xiàn) 電機保護的實現(xiàn)為了防止電機因過熱而燒毀，單片機通過溫度傳感器連 續(xù)檢測電機的實際運行溫度，如果溫度傳感器檢測到電機溫度過高，自動切斷 供電電源。溫度傳感器內(nèi)置于電機內(nèi)部。 目前電機保護器已由過去的機械式發(fā)展為電子式和智能型，可直接顯示電 機的電流、電壓、溫度等參數(shù)，靈敏度高，可靠性高，功能多，調(diào)試方便，保 護動作后故障種類一目了然，既減少了電機的損壞，又極大方便了故障的判斷， 有利于生產(chǎn)現(xiàn)場的故障處理和縮短恢復生產(chǎn)時間。另外，利用電機氣隙磁場進 行電機偏

53、心檢測技術，使電機磨損狀態(tài)在線監(jiān)測成為可能，通過曲線顯示電機 偏心程度的變化趨勢，可早期發(fā)現(xiàn)軸承磨損和走內(nèi)圓、走外圓等故障，做到早 發(fā)現(xiàn)，早處理，避免掃膛事故發(fā)生。 合理選用電機保護裝置，實現(xiàn)既能充分發(fā)揮電機的過載能力，又能免于損 壞，從而提高電力拖動系統(tǒng)的可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性。具體的功能選擇應綜合 考慮電機的本身的價值、負載類型、使用環(huán)境、電機主體設備的重要程度、電 機退出運行是否對生產(chǎn)系統(tǒng)造成嚴重影響等因素，力爭做到經(jīng)濟合理。 理想的電機保護器不是功能最多，也不是所謂最先進的，而是應該滿足現(xiàn) 場實際需求，做到經(jīng)濟性和可靠性的統(tǒng)一，具有較高的性能價格比。根據(jù)現(xiàn)場 的實際情況合理地選擇保護器的

54、種類、功能，同時考慮保護器安裝、調(diào)整、使 用簡單方便，更重要的是要選擇高質(zhì)量的保護器。 電動機保護器的常見類型： 1、熱繼電器：普通小容量交流電機，良好工作條件，不存在頻繁啟動等惡 劣工況，由于精度差，可靠性不能保證，不推薦使用。 2、電子型：檢測三相電流值，整定電流值采用電位器旋鈕或拔碼開關操作， 電路一般采用模擬式，采用反時限或定時限工作特性。保護功能包括過載、缺 相、堵轉(zhuǎn)等故障保護，故障類型采用指示燈顯示，運行電量采用數(shù)碼管顯示。 3、智能型：檢測三相電流值，保護器使用單片機，實現(xiàn)電動機智能化綜合 保護，集保護、測量、通訊、顯示為一體。整定電流采用數(shù)字設定，通過操作 面板按鈕來操作，用戶

55、可以根據(jù)自己實際使用要求和保護情況在現(xiàn)場自行對各 種參數(shù)修正設定，采用數(shù)碼管作為顯示窗口，或采用大屏幕液晶顯示，能支持 多種通訊協(xié)議，如 modbus、profibus 等，價格相對高些，用于較重要場合，目 前高壓電動機保護均采用智能型。 4、熱保護型：在電動機中埋入熱元件，根據(jù)電動機的溫度進行保護，保護 效果好，但電動機容量較大時，需與電流監(jiān)測型配合使用，避免電動機堵轉(zhuǎn)時 溫度急劇上升，由于測溫元件的滯后性，導致電動機繞組受損。 5、磁場溫度檢測型：在電動機中埋入磁場檢測線圈和溫度探頭，根據(jù)電動 機內(nèi)部旋轉(zhuǎn)磁場的變化和溫度的變化進行保護，主要功能包括過載、堵轉(zhuǎn)、缺 相、過熱保護和磨損監(jiān)測，保

56、護功能完善，缺點是需在電動機內(nèi)部安裝磁場檢 測線圈和溫度傳感器。 第三節(jié)第三節(jié) 準確定位準確定位 傳統(tǒng)的電動閥門在異步電機通電后，會很快達到其額定動作速度，當接近 停止位置時，電機斷電后，由于機械慣性，其閥不可能立即停下來， 會出現(xiàn)不 同程度的超程，這一超程通常采用控制電機反向轉(zhuǎn)動來校正。智能電動調(diào)節(jié)閥 是根據(jù)當前位置與給定位置的差值， 以及運行速度的大小超前確定減速點的位 置及減速段變化速率 ki， 使閥門在較低的速度下實現(xiàn)精確的微調(diào)和定位，從 而將超程降到最低。 調(diào)節(jié)閥在現(xiàn)代化工廠的自動控制中，調(diào)節(jié)閥起著十分重要的作用，這些工 廠的生產(chǎn)取決于流動著的液體和氣體的正確分配和控制。這些控制無論

57、是能量 的交換、壓力的降低或者是簡單的容器加料，都需要某些最終控制元件去完 成。最終控制元件可以認為是自動控制的“體力” 。在調(diào)節(jié)器的低能量級和執(zhí)行 流動流體控制所需的高能級功能之間，最終控制元件完成了必要的功率放大作 用。 調(diào)節(jié)閥是最終控制元件的最廣泛使用的型式。其他的最終控制元件包括計 量泵、調(diào)節(jié)擋板和百葉窗式擋板(一種蝶閥的變型)、可變斜度的風扇葉片、電 流調(diào)節(jié)裝置以及不同于閥門的電動機定位裝置。 盡管調(diào)節(jié)閥得到廣泛的使用，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的其它單元大概都沒有像它那樣 少的維護工作量。在許多系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥經(jīng)受的工作條件如溫度、壓力、腐蝕 和污染都要比其它部件更為嚴重，然而，當它控制工藝流體的流

58、動時，它必須 令人滿意地運行及最少的維修量。 調(diào)節(jié)閥在管道中起可變阻力的作用。它改變工藝流體的紊流度或者在層流 情況下提供一個壓力降，壓力降是由改變閥門阻力或“摩擦”所引起的。這一 壓力降低過程通常稱為“節(jié)流” 。對于氣體，它接近于等溫絕熱狀態(tài)，偏差取決 于氣體的非理想程度(焦耳一湯姆遜效應)。在液體的情況下，壓力則為紊流或 粘滯摩擦所消耗，這兩種情況都把壓力轉(zhuǎn)化為熱能，導致溫度略為升高。 常見的控制回路包括三個主要部分，第一部分是敏感元件，它通常是一個 變送器。它是一個能夠用來測量被調(diào)工藝參數(shù)的裝置，這類參數(shù)如壓力、液位 或溫度。變送器的輸出被送到調(diào)節(jié)儀表調(diào)節(jié)器，它確定并測量給定值或期 望值與工藝參數(shù)的實際值之間的偏差，一個接一個地把校正信號送出給最終控 制元件調(diào)節(jié)閥。閥門改變了流體的流量，使工藝參數(shù)達到了期望值。 在氣動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器輸出的氣動信號可以直接驅(qū)動彈簧一薄膜式執(zhí) 行機構(gòu)或