本文是在调节阀电动执行器的基础上，对它实现调速功能，通过微处理器接收开、停及速度信号，完成对榨制阀门开启的电机进行控制，从而达到阀门的调速需要。在设定的时间范围内，使电机软启动、软停止，并且可按照需要控制阀门以一定的速度开、关，这样就能够使大功率执行机构平稳启动停止，减少冲击，减弱制动的磨损与冲击，提高设备的可靠性及使用寿命。
一、总体方案的设计
根据国际阀门电动装置以及控制器的发展趋势，结合国内现有产品的现状和技术水平，以单片机为核心，利用双向可控硅无触点控制，开发出了实用的、符合我国国情的智能化阀门电动调速装置控制器，用来控制多回转阀门。图1所示为整个系统的总体框图。
智能化阀门调速装置控制器系统主要有以下几部分组成:
（1）中央处理单元
智能控制器系统的主体，其主要功能为：提供人机界面，对操作者的操作作出反应，控制阀门的开关和停止；实时对各路传感器信号进行采样，取得阀门及电动机的某些工作参数。
（2）启动特性设置电路
利用89C51的I/O口，外接开关网络作为输入口，用以作为启停调速特性选择，系统预制不同的启停调速数据于EPROM中，89C51通过DPTR移到相应的位置以便选择相应的特性
（3）电源同步信号检测
电源同步信号检测电路由同步变压器、整流电路及电平转换电路组成。在同一周期内将检测到两个同步信号，该信号加到89C51的INT0口用以相同电源同步中断请求输入，INT0采用边缘触发方式工作。89C51的两个定时器都工作在定时器方式1，T0用以决定可控硅导通角的延时定时器，其时间常数随起动过程而变化，T1用以作60°脉冲间隔的延时定时器，其时间常数固定不变。
（4）可控硅驱动电路
利用89C51的P1口作为A、B、C三相双向可控硅TA、TB、TC的触发脉冲输出口，它们输出的脉冲信号经过驱动电路后驱动相应的可控硅。TA、TB、TC接成三相三线调压电路。
调压的大小由可控硅导通角所决定，而可控硅的导通角与它的控制角有关，控制角越是小，输出电压越是大。由于主电路中没有中线，因此每相的电路与另外一相构成回路，因而在同一时刻要求至少要有两个可控硅同时导通，触发脉冲输出每次必须同时发出两个有效脉冲去触发相应的可控硅。而且为了保证可控硅的可靠导通，必须采取大于60°的宽脉冲
（5）保护电路
实时采集电动机的工作电流，传感器产生的信号经信号处理电路处理后送往中央处理单元，作为中央处理单元判断缺相、过载等工况的依据，可靠地保护电动机。
二、调节阀对电机控制的要求
真正意义上的调节阀是要能够实现速度的完全控制，所谓完全控制就是指不论电机是何位置，加速或减速、正转或反转、启动或停止，只要接收到控制信号，包括:位置、流量、开度或者是应急信号，系统都会作出相应反应，如图9所示。
图9中正半周表示电机正转，负半周表示电机反转；电机从零时刻起逐渐加速到a，a~b段阀门平稳开启，c~d段系统接收控制信号速度下降，到d后，电机软停止直至反向启动。g~h段电机又反转，阀门重新开始运行到预定位置。
本文所做工作是为了进一步开发研制调节阀门控制器作准备，从理论上完全可以实现。例如：未进行调速之前，电机的反转是停止延时后再反转启动，因为停止后，电压关断，但电流并未到零，可控硅处于导通状态，立即反转，会使可控硅瞬时电流很大，如果保护不得力甚至会烧毁可控硅。但在本文中完全可以实现不延时反转。因为电机能够软停止，电压是逐渐减小，这样电压到零，电感电流即使存在，延迟部分也会很小，并且反向后，电路会重新检测过零信号，重新触发可控硅，会从软件上让过几个周期，这样就可以实现实时反转。
三、系统硬件电路设计
1、系统硬件组成简介
图2所示为系统硬件组成示意框图。
2、主控制电路的设计
（1）过零检测电路
它需要将交流高压过零信号同步采集下来，送给单片机，作为单片机定时器的触发标准，这一步是以后工作能够顺利开展的关键。
开始时，参考一些典型的电路，采用光耦与大功率电阻采集高压信号，电阻降压，光耦过零触发，但是效果并不理想。原因主要在于光耦开关时间上的延迟，虽然是毫秒级，但是也直接影响到过零信号的脉冲宽度。经过反复试验，决定采用如图3所示的电路。
利用同步变压器将高压变到低压交流12V，运算放大器再将低压交流信号转化为单片机可以接收的0、1脉冲信号，此脉冲信号与高压交流信号同步，虽然也存在误差，但是可以接受。此脉冲信号再经过两个反向器成为两个互补的脉冲信号，为单片机中断响应作准备。交流信号与脉冲信号时序如图4所示。
（2）识别相序电路
由软启动的起动过程决定，触发信号是根据三相交流电的相序按照一定的顺序进行触发，如先A相，再C相、B相，这就要求识别相序。本文采用与检零电路相似的电路，再通过单片机软件上的实现进行辨相。电路中同步变压器与检零电路中的同步变压器分别接两相电，当检测到过零信号，单片机读P1口，为“0”则此相是B，为“1”则此相是C（首先定被检零相为A相），触发顺序也就因此而定。为先A相，后C相，再B相。
（3）前向通道的设计
单片机应用系统的前向通道是体现被测对象与系统相互联系的信号输入通道，是原始参数输入通道。它将传感器的信号变换处理并以一定方式传送至单片机，是被测对象与单片机之间的桥梁。它主要由信号拾取电路、信号调节电路和信号变换电路等几部分组成。本文主要是电动机的电流信号拾取，检测电机是否过流、过载及缺相。
四、系统软件设计
1、总体设计
系统软件包括显示、监控、电机起停、调速等程序。
系统的运行主要通过键盘扫描，根据不同的响应完成不同的功能，系统上电或复位后，首先通过×25043设置看门狗程序循环时间，再次完成初始化程序。P1口初始化:P1.0，P1.1，P1.2置为“1”使可控硅关断，电动机停转；P1.3，P1.4及P1.7需要接收信号，也同时被置“1”；P1.5及P1.6全部置“0”，屏蔽掉过零检测信号。各标志位，应要求相应置位。键盘功能块包括：正常启动程序，正常减速程序，检测保护程序，键盘、显示程序，时间设定，开关阀程序，低、中速运行程序等。
2、正常启动程序
这是系统的主控制模块，根据设定时间，启动电机，阀门逐渐开合。三相负载为纯电阻负载时，最小导通角为30°，但是电机负载比较复杂，交流电压过零，可控硅并未截比。经过反复实验，在确保电机正常运转的情况下，可控硅最大控制角为110°，最小控制角为30°。
对T0，T1赋值方法：1周期对应360°对应20ms，则1°对应0.055555 56ms；采用12MHz晶振，计数一次时间为1μs；定时器T0、T1工作在方式1（16位计数器），最大计数为65.536ms；表1所列是T0初值与控制角对应关系。
表1
| 控制 | 110° | 90° | 75° | 60° | 45° | 30° |
| T0初值 | E820 | EC78 | EFB9 | F2FA | F63C | F97D |
如果启动时间定为10s，要经过500（10s/20ms）个周期，从110°~20°。
110-20=90°
500/90=0.18°
则一周期减少0.18°。
0.18×0.0555556=0.01ms=10μs（AH）
也就是说过零检测后每周期要减10μs。给赋值时T0值每周期需要在原有基础上增加AH，T0起始角选定为110（E820），关断角为30 （F97D ），如果每半个周期T0值加1，这样算来时间为；
F97D-E820=115D（4445）
4445×（180 /360）×20=44.45Os
最长时间为45s；如果每半个周期为T0值加2，时间大约25s；如果每半个周期T0值加3，时间大约15s；对TI的处理，设触发时间为60°时：
20×60/360=3.3333333ms
65536-F2FA=3.334ms
T1的初值为F2FA。每次响应T1中断时重新对T1赋值。程序框图如图5~图8所示。
（1）判断电机状态是否正在运行，如果阀门正在开或关，启动按钮被屏蔽；
（2）对初始状态进行设置，主要是针对T1与T0，赋予T1 60°触发时间，T0为可控硅触发时间，R1，R2存在控制角初值时间，R3，R4为终值时间，R5是增加速率，起始控制角110°，最小控制角30°；
（3）检测过零信号，检测到的同时起动T0、判断相序。并置P1.5与清P1.6，开外部中断0（INT0设置为边沿触发方式）；
（4）等待T0中断，中断响应后，清P1.0，A相可控硅导通，置P1.1，关断H相可控硅，同时开T1。然后判断是否启动到位，未到位，重新给T0赋值（加速就将T0值与R5相加，赋予T0；减速就将T0值与R5相减，赋予T0）；
（5）等待T1中断，中断响应后，清P1.2，使C相可控硅导通，置P1.0，关断A相可控硅，再重新将60°触发时间赋予T0，标志位14H取反；
（6）等待下一个周期的外部中断0，依次循环，电机逐渐由慢到快启动到达全速；
（7）加速到位，置位P1.0，P1.1，Pl.2。
另外，当需要关一相可控硅，触发另一相可控硅的时候，延时10μ s关断，以保证换接时电流延续。
3、正常减速程序
与正常启动程序相类似，控制初值及终值需要相应地进行改变，起始导通角30°，最大导通角110°，每半周期T0值要减去R5再赋予T0，相关的一些标志位也要发生变化，减速到位后，P1.0、P1.1、P1.2清零。
4、时间设定程序
设定启动和停止时间。上电初始化时，自动将启动时间定为25s，时间值存在EPROM中，根据不同的需要，通过加、减键调整设置时间，分别为：5s、10s、15s、25s、45s。如果启动时间设定为15s，阀门停止时间可以重新设定，可为四个中的任意一个。启动、停止时间可以不相同。
本文的启动程序中，设定为每半个周期改变一次T0值，最大启动时间为50s左右。如果每一个周期改变一次，时间就会增大一倍。
5、中、低速启停程序
控制交流电压的导通角保持一定，电机电压从导通角30°逐渐增大到某一定值，并且保持不变，阀门就会以一定的速度开关。
本文电机速度定为中、低速两档。低速的最终控制角为90°；中速控制角为70°。电机启动过程与正常启动完全相同，只是终值发生改变。低速运行时显示为3s，中速时显示为10s。电机停转时，CPU始终在响应中断，所以采用T1中断使阀门停止。
