工作原理和功能
閥門(mén)的控制量為閥門(mén)開(kāi)度，在應用場(chǎng)合往往會(huì )根據實(shí)際需要將閥門(mén)開(kāi)或關(guān)，或者開(kāi)到一定程度，甚至動(dòng)態(tài)的以某種規律開(kāi)關(guān)。在傳統的模擬控制方式中用時(shí)間、電流的大小來(lái)表示閥門(mén)的開(kāi)啟角度。由于影響時(shí)間、電流(電壓)等參數的因素很多，因此顯示的開(kāi)啟角度與閥門(mén)的實(shí)際位置不易達到同步，經(jīng)常出現明顯的誤差。同時(shí)，簡(jiǎn)單的模擬量控制提供的信息極為有限，不利于系統的調試和檢修。筆者設計的智能型控制系統采用數字化的方法來(lái)控制電動(dòng)執行機構運行。
采用MOTOROLA公司單片微處理器和外圍芯片組成智能化的位置控制單元，接收統一的標準直流信號(如4～20mA的電流信號)，經(jīng)信號處理及A/D轉換送至微處理器，微處理機將處理后的數據送至顯示單元顯示調節結果，運算處理后產(chǎn)生的控制信號驅動(dòng)交流電機。此外，系統帶通訊功能，可以接收上位機的指令，進(jìn)行遠程數字控制。同時(shí)也可以在智能控制器本地的人機界面上通過(guò)菜單和按鈕實(shí)現現場(chǎng)手動(dòng)控制。
主要功能描述：
(1)一體化結構設計，直接接收4～20mA/4～12mA/12～20mA/0～5V/1～5V等控制信號，輸出隔離的4～20mA閥位反饋信號；
(2)具有仿真運行功能，并可根據用戶(hù)設定的流量特性曲線(xiàn)運行；
(3)控制信號斷路故障判斷、報警及保護功能。斷路故障時(shí)可使執行機構或開(kāi)、或關(guān)、或保特、或在0～100%之間預置的任意值；
(4)數字顯示，顯示控制信號值、閥位值、故障類(lèi)別；
(5)RS485遠程通訊功能，通過(guò)通訊協(xié)議在上位機進(jìn)行編程組態(tài)，對過(guò)程量、開(kāi)關(guān)量作數據或圖形處理。
(6)閥門(mén)行程自整定，輸入輸出模擬信號自校準。
系統硬件組成
智能控制器根據智能化、可靠性高、抗干擾能力強、成本低等原則，控制核心采用8位微處理器MC68HC908SR12(SR12)，電機控制的主電路采用電力電子技術(shù)實(shí)現。
SR12具有速度快、功能強和價(jià)格低等特點(diǎn)。其工作頻率可達8MHz，有512字節的片內RAM、12K字節的片內FLASH存儲器，14路10位A/D，及SCI、I2C、SPI等通訊接口［1，4］。
系統應用SR12內部的A/D進(jìn)行閥門(mén)位置信號及輸入控制信號的采集，利用PWM輸出經(jīng)過(guò)濾波后的位置信號，利用I2C總線(xiàn)與外部存儲器AT24C08進(jìn)行通訊存儲設置值，利用SCI接口通過(guò)MAX485與上位機進(jìn)行數據交換，充分利用了該芯片的內部資源，節約了成本。
2.1信號輸入部分
利用SR12內部A/D轉換，將輸入的模擬信號和閥門(mén)位置反饋的模擬信號進(jìn)行量化。采用REF02作為A/D的基準電壓，其溫度漂移系數為3PPM/℃。
2.2信號輸出部分
SR12有3通道8位高速PWM，每個(gè)通道有獨立的計數器，可選擇PWM輸入時(shí)鐘以產(chǎn)生各種PWM頻率，并有自動(dòng)相位控制。利用其中一路PWM作為模擬量輸出信號，其余兩路作為電機控制信號。同時(shí)選擇I/O口PTB6作為繼電器開(kāi)關(guān)量輸出的控制信號。
2.3輸入輸出隔離
系統在工業(yè)現場(chǎng)使用時(shí)，涉及到各種儀表、傳感器及執行機構，會(huì )由于各種原因引入信號干擾以及各種危險的強電壓信號。為了保證系統的安全，保證檢測的正確性和運行的可靠性，采用光耦LOC210對輸入輸出信號進(jìn)行隔離。
2.4通訊部分
為了完成工業(yè)現場(chǎng)遠程控制和組網(wǎng)的需要，系統支持RS485通訊方式。電平轉換芯片采用MAX485。實(shí)際工作時(shí)，可以與上位機進(jìn)行遠程通訊，進(jìn)行運行方式設定并監控運行狀態(tài)