智能电动操作器与电动执行机构的探讨和实践

发布时间:2010-10-06  点击数:2185
    电动执行机构的控制信号为电信号,一般有0~10mA、4~20mA或1~5V几种。而智能操作器是用来操作电动机构的仪器,通常安装在控制台上。与传统的电动操作器比较,它除了具有电限位、位置反馈信号保护、无扰动切换等功能外,还具有力矩限位、自动判别故障等特点。当调节器或阀位反馈信号发生故障时,智能电动操作器可将自动工作方式切换到手动工作方式,只要故障不排除,智能电动操作器就不能切换到自动工作方式,排除故障以后,自动、手动工作方式可以任意切换。 
   智能电动操作器和电动执行机构的主要功能特点及技术指标如下
   1.位置反馈检测元件采用高精度导电塑料电位器,代替电动执行机构中的差动变压器,不仅满足了位置检测精度的要求,而且结构简单,可靠性高,易于安装调整与维护。
   2.电动执行机构的驱动电机采用高耐磨阻尼棒的制动系统,这种机构提高了制动性能。
   3.电动执行机构输出轴内装有保证额定负荷的弹簧,此弹簧可以保证在调节阀关闭后切断电源时,仍有一额定压力施加在阀门密封面上,既可保证阀门的允许泄露量,又可以防止阀杆受力过大而弯曲。
   4.跟踪电压:1~5VDC。
   5.输入信号:4~20mA。
   6.上下限位动作值:任意可调。
   7.位置反馈误信号识别:<3mA(断信号),>21mA(过信号)。
   8.位置反馈信号保护功能:当执行器位置反馈信号经自诊断发现错误时,保护功能动作,其保护功能有三种可供选择:保持原有阀位、阀位全开、阀位全闭。
   9.调节器误信号保护功能:当调节器信号经自诊断发现错误时,保护功能起作用,将操作器的工作方式自动切换为手动。
   10.力矩限位功能:力矩限位可有效解决“既要可靠关闭阀门,又不顶弯阀杆”这一难题,同时可以延长电动调节阀的寿命,一旦调节器出现误信号,该操作器将自动改为手动控制。 
    智能电动操作器的主要芯片采用单片机中的AT89C52,选用两片CD4051模拟开关,模拟信号的放大采用差动放大方式,“A/D”转换选用的是一片“D/A”芯片,用逐次比较方法完成“A/D”转换,同样也可以完成“D/A”转换。 
    电机的启动电流和电机的堵转电流在数值上是相同的。但电机启动电流和堵转电流的持续时间不同。启动电流和电机的容量有关,容量大的电机启动电流大。启动电流的最大值出现在电机接通电源后的0.02S以内,且随着时间的推移按指数规律衰减,衰减速度与电机的时间常数有关。而电机的堵转电流并不随时间的推移衰减而是保持不变的。
    通过以上分析,连续采集电机的电流,根据其大小区分是正常的工作电流还是非正常电流;根据是否衰减来区分启动电流和堵转电流。如果电机处于堵转状态,智能电动操作器便发出控制信号切断电机的电源。这样可有效的解决“既要可靠关紧阀门,又不顶弯阀杆”对这一难题,继而电机的寿命也可得到延长。
    智能电动操作器的程序使用汇编语言编写,程序中的初始化主要是对89C52内部的定时器、计数器初始化。读取存储在EPROM中的数据包括电限位上下限的设定值、力矩限位的设定值、位置反馈误信号的设定值和调节误信号的设定值等。这些参数由键盘输入,通过键盘可以修改,智能电动操作器根据修改后的设定值执行各种操作,同时把修改后的设定值自动存回EPROM存储器中的数据读到AT89C52中的RAM中,以备运算使用。“A/D”转换中使用一片“D/A”芯片利用软件逐次比较的方法实现A/D的功能。
    在超限报警的子程序中,如果是电限位或力矩限位超限,智能电动操作器发出控制信号切断电动机的交流电源,同时由发光二极管指示出是电限位报警还是力矩限位报警。阀位反馈报警时,智能电动操作器将执行预定的三种情况之一:保持原有闲位;阀位全开;阀位全闭,并由发光二极管指示出其状态。当调节信号经自诊断出现错误时,保护功能动作,将操作器的工作方式自动切换为手动。只要故障不排除,智能电动操作器就不能切换到自动工作方式,故障排除后,自动、手动工作方式可利用“手动/自动”按键任意切换。智能电动操作器软件数据计算均采用3字节浮点运算。
    该电子执行器是一种机电一体化产品,它的控制部分是由电子电路组成,动力传动及输出部分是由机械传动完成的。经实践证明,其性能比传统的操作器有了很大程度的提高,是一种可以广泛用在各种自控系统中的电动执行单元。