【正文】 ............................................................... 28 ............................................................................................................ 28 掉電 保護(hù)電路 ............................................................................................................ 28 ..................................................................................................................... 29 信號(hào)隔離 .................................................................................................................... 29 ..................................................................................................................... 30 ............................................................................................................. 30 ..................................................................................................................... 31 ............................................................................................................ 31 ...................................................................................................................... 31 “看門狗 ”技術(shù) ................................................................................................................. 32 結(jié)論 ......................................................................................................................................... 33 致謝 ......................................................................................................................................... 34 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................... 35 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 １ 頁(yè) 1 緒論 電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)過程控制系統(tǒng)中的一個(gè)十分重要的現(xiàn)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)裝置，其能源取得方便，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，在電力，冶金，石油，化工等工業(yè)部門得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 閥門在工業(yè)管路控制中是經(jīng)常使用的重要設(shè)備，電動(dòng)閥門隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，因其動(dòng)力源容易取得，且一般情況下無(wú)需維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，比起氣動(dòng)、液動(dòng)等不同驅(qū)動(dòng)方式的設(shè)備使用更為普遍。 電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)包括電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)和調(diào)節(jié)閥兩部分，控制精度主要決定于電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的控制性能，它能夠?qū)⑾到y(tǒng)的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出軸的角位移、直線位移 ，使被控介質(zhì)按系統(tǒng)要求狀態(tài)工作。 目前，國(guó)內(nèi)流行的 DKJ 和 DKZ 系列具有以下幾大特點(diǎn)： ? 直接受計(jì)算機(jī)控制的智能電子型，戶外型，隔爆型等改進(jìn)型產(chǎn)品； ? 經(jīng)電路部分灌封在一個(gè)小型塑料盒中，即模塊，形成了便于維護(hù)的即插即用型。因此，它們的可靠性，精度，負(fù)載能力，信號(hào)品質(zhì)系數(shù)等性能有了很大的提高，而且對(duì)環(huán)境條件的要求降低了很多； ? 智能型的電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了智能控制，防護(hù)等級(jí)高，控制精度較高，重量輕，穩(wěn)定性好的功能。 現(xiàn)在，一些企業(yè)使用 DKJ,DKZ 的更新?lián)Q代產(chǎn)品，但在控制要求較高的實(shí)驗(yàn)，生產(chǎn)控制中，主要是依賴價(jià)格較高 的國(guó)外智能產(chǎn)品。 現(xiàn)如今，國(guó)外智能產(chǎn)品有以下特點(diǎn)： ? 智能通信； ? 機(jī)電一體化； ? 控制策略更為先進(jìn)，先進(jìn)的控制方法有利于解決電機(jī)的慣性問題，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，提高控制精度。 國(guó)際上，電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)正朝著小型化，一體化，數(shù)字化，智能化，總線化和網(wǎng)絡(luò)化方向快速發(fā)展，國(guó)產(chǎn)電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)在產(chǎn)品的品種、控制精度、工藝水平、可靠性、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方面還有較大差距，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)十分匱乏。故我國(guó)在此方面還有待開發(fā)。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 ２ 頁(yè) 本論文的主要研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用 執(zhí)行系統(tǒng)能否保持正常工作將直接影響自動(dòng)控制系統(tǒng)的安全性和可靠 性，執(zhí)行器的閥門口徑和流量特性選擇是否適當(dāng)和安裝是否正確，將直接影響自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量，因此執(zhí)行系統(tǒng)是生產(chǎn)過程自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要設(shè)備，常被稱為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的 “手足 ”，其性能的好壞直接影響系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有動(dòng)作快，便于遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳輸和計(jì)算機(jī)配合使用，還可免去選用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須配置良好氣源設(shè)備和安裝氣路管線的麻煩。因此，本文是基于單片機(jī)的電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 80C196KC 單片機(jī) 、 MOC3081M 固態(tài)繼電器、可控硅、兩相伺服電動(dòng)機(jī)、 DAC0832轉(zhuǎn)換器等器件組成了本論文所要設(shè)計(jì)的電動(dòng) 執(zhí)行系統(tǒng)。 在器件的連接中，首先 A/D 轉(zhuǎn)換器對(duì)反饋回來(lái)的信號(hào)、參考輸入信號(hào)、調(diào)零點(diǎn)信號(hào)、調(diào)行程信號(hào)、設(shè)置靈敏度信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后傳入 80C196KC 單片機(jī)中，利用單片機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯分析計(jì)算，從而輸出控制信號(hào)來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止。 當(dāng)單片機(jī)計(jì)算所得結(jié)果大于零且大于所設(shè)的值時(shí)，經(jīng)過功率放大模塊，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的正向控制。 當(dāng)單片機(jī)計(jì)算所得結(jié)果小于零且小于所設(shè)的值時(shí)，經(jīng)過功率放大模塊，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的反向控制。 當(dāng)單片機(jī)計(jì)算所得結(jié)果大于零且小于所設(shè)的值和小于零且大于所設(shè)的值時(shí)，經(jīng)過功率放大模塊，電 動(dòng)機(jī)不執(zhí)行動(dòng)作。 80C196KC 單片機(jī)與兩相伺服電動(dòng)機(jī)用固態(tài)繼電器與可控硅連接。當(dāng)單片機(jī)發(fā)送使電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)的信號(hào)時(shí)，固態(tài)繼電器起放大信號(hào)的作用，而且其可將單片機(jī)與電動(dòng)機(jī)的電路隔離?？煽毓鑴t是目前比較理想的交流開關(guān)器件。電機(jī)是電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，要有優(yōu)良的靜動(dòng)態(tài)特性和轉(zhuǎn)矩特性，來(lái)滿足電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁的啟動(dòng)、停止的需求。 在 80C196KC 單片機(jī)的連接電路中，它還與 DAC0832 和一個(gè)恒流源電路相連接，這是為了更清楚的知道電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)所控制的閥門所達(dá)到的開度。 本文所設(shè)計(jì)的是一個(gè)很簡(jiǎn)單的電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)。此電動(dòng) 執(zhí)行系統(tǒng)主要是基于單片機(jī)的控制，所以利用單片機(jī)的編程來(lái)控制整個(gè)過程。 本文的設(shè)計(jì)目的是利用電能驅(qū)動(dòng)兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)，從而使電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)閥門的開閉的動(dòng)作。本論文所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，使用條件較差，用來(lái)控制介質(zhì)具有高溫、高壓、劇毒、深冷、易燃易爆、易結(jié)晶、強(qiáng)腐蝕及高粘度遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 ３ 頁(yè) 等不同特點(diǎn)。 本論文的總體結(jié)構(gòu) 第二章從整體上介紹了電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)，來(lái)明確一些概念。 第三章主要給出了電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成，在硬件設(shè)計(jì)上詳細(xì)的給出了相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集模塊、功率放大模塊、恒流源模塊，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)工作流 程有一定的了解。 第四章重點(diǎn)介紹了兩相伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和機(jī)械特性，以便更好的理解電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的控制。 第五章寫出了此設(shè)計(jì)所需要的程序流程圖。 以上五章無(wú)論從整體上還是從個(gè)體上都對(duì)基于單片機(jī)的電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)這個(gè)設(shè)計(jì)具體的描述了。在這五章中，有文字描述還有圖形示意，都可使基于單片機(jī)的電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)清楚、明白、通俗、易懂。 第六章對(duì)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 本章小結(jié) 本章首先介紹了電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，以表示我國(guó)目前在此方面與外國(guó)的差距，同時(shí)也表明了我國(guó)在此方面還有很大的潛力可開發(fā)。然后簡(jiǎn)單的介紹 了本論文的內(nèi)容，大概的了解了本論文所要設(shè)計(jì)與闡述的理論。接下來(lái)給出了文章的總體結(jié)構(gòu)，對(duì)此論文的內(nèi)容、思路有了更深一層的理解。所以，基于單片機(jī)的執(zhí)行系統(tǒng)這個(gè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容與思路已基本介紹清楚。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 ４ 頁(yè) 2 電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)總體介紹 電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：一種能提供直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，它利用某種驅(qū)動(dòng)能源并在某種控制信號(hào)作用下工作。 電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用電力并通過電機(jī)將其轉(zhuǎn)化成驅(qū)動(dòng)作用。 電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖 ]1[ ，如圖 所示 圖 電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖 在 A/D 轉(zhuǎn)換器中，對(duì)參考輸入電壓或者電流模擬量、反饋模擬電壓量等值進(jìn)行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換，然后傳入單片機(jī)中，在單片機(jī)中進(jìn)行邏輯分析計(jì)算 ]2[ ，當(dāng)計(jì)算所得值大于零且大于系統(tǒng)死區(qū)值時(shí)，單片機(jī)發(fā)出使電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)的控制信號(hào)；當(dāng)計(jì)算所得值小于零且小于系統(tǒng)死區(qū)值時(shí)，單片機(jī)發(fā)出使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的控制信號(hào)；當(dāng)計(jì)算所得值在死區(qū)值的正負(fù)之間時(shí)，單片機(jī)發(fā)出使電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行的控制信號(hào) ]3[ 。當(dāng)兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)執(zhí)行指令進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)位置傳感器對(duì)電動(dòng)機(jī)的位置進(jìn)行位移與電壓的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換所得值即為反饋模擬電壓量。電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖見圖 。 電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的控制器 電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)由控制器和執(zhí)行器組成。 恒流源 80C196KC 固態(tài)繼電器 兩相伺服電動(dòng)機(jī) 減速機(jī)構(gòu) 輸出軸 位置傳感器 A/D 轉(zhuǎn)換器 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 ５ 頁(yè) 電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的控制器由 80C196KC 單片機(jī)和其內(nèi)部的 A/D 轉(zhuǎn)換器組成。 電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)中的單片機(jī)用于對(duì)整個(gè)電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)行控制。對(duì)單片機(jī)運(yùn)用編程語(yǔ)言進(jìn)行編程，來(lái)對(duì)電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行程序控制。 電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)中的 A/D 轉(zhuǎn)換器用于對(duì)輸入的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù) 型數(shù)據(jù)，然后傳入單片機(jī)，從而使數(shù)據(jù)便于電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)各個(gè)部分的執(zhí)行。 圖 電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖 控制器的基本概念和定義 在與 A/D 轉(zhuǎn)換器的電路中，涉及到幾個(gè)物理概念。以下將具體介紹。 靈敏度：指執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行過程中開度設(shè)定信號(hào)與位置反饋信號(hào)比較時(shí)認(rèn)為二者相等所允許的相對(duì)誤差。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中要實(shí)時(shí)采樣開度設(shè)定信號(hào)和反饋信號(hào)，并比較其大小。當(dāng)反饋量小于開度設(shè)定量時(shí)，電機(jī)正方向轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)反饋量大于開度設(shè)定量時(shí)，電機(jī)向反方向轉(zhuǎn)動(dòng)；若反饋 量等于開度設(shè)定量，則電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。由于采樣的不連續(xù)性，要使二者絕對(duì)相等不太可能。為此，應(yīng)引進(jìn)一偏差，即靈敏度。當(dāng)： /開度的設(shè)定值 ?反饋量 /靈敏度，則認(rèn)為開度設(shè)定量和反饋量二者相等。 零點(diǎn)：是指執(zhí)行機(jī)構(gòu)啟動(dòng)前的初始位置。系統(tǒng)在具體的運(yùn)行環(huán)境中，由于不同型號(hào)閥門的口徑不同，針對(duì)不同的閥門裝置要有不同的初始位置；另外，電動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)在裝配和使用條件也不盡相同，所以也就要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)的零點(diǎn)（初始位置）可以在一定范圍參考量 Lin 反饋量 Uf 驅(qū)動(dòng)電路 調(diào)行程 調(diào)行程 調(diào)零點(diǎn) 兩相伺服電動(dòng)機(jī) 恒流源 80C196KC 單片機(jī) 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 ６ 頁(yè) 內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。以便和不同口徑的閥門配合使用，同時(shí)也可以適應(yīng)不同的現(xiàn)場(chǎng)條件，增強(qiáng)了系統(tǒng)的通用性和適應(yīng)性。 行 程：是指執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)范圍。執(zhí)行機(jī)構(gòu)在不同的運(yùn)行環(huán)境下，給定信號(hào)的量程都是相同的，但需要執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作范圍不一定相同，這樣要在具體的運(yùn)行環(huán)境中設(shè)定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大動(dòng)作范圍，即行程。 控制器實(shí)現(xiàn)功能 在此系統(tǒng)中，控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止的控制。 從整體上來(lái)看，控制器具有以下幾點(diǎn)功能： 4~20mA 模擬電流或者 1~5V模擬電壓、位置反饋值、調(diào)行程值、設(shè)置靈敏度值和調(diào)零點(diǎn)值，對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換并且進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果，控制伺服電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)和停止動(dòng)作。這也是系統(tǒng)的基本功能。 能：通過讀取開關(guān)狀態(tài)，選擇斷信號(hào)時(shí)執(zhí)