【正文】 第九節(jié) 程序出格自恢復(fù)電 路 程序出格自恢復(fù) 電路 是 為了保證在強(qiáng)干擾下程序出格時(shí)系統(tǒng)能夠自動(dòng)地恢復(fù)正常，選用 MAX705 組成程序出格自恢復(fù)電路，監(jiān)視程序運(yùn)行。速度給定發(fā)生器的工作原理為：通過比較實(shí)際閥位與給定閥位，當(dāng)二者不相等時(shí)，以恒定加速度加速，減速點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前速度、閥位值、閥位給定值的大小計(jì)算得來。將曲線上速率開始發(fā)生改變的那一點(diǎn)稱為起始段點(diǎn)，相應(yīng)的時(shí)間稱為段起始時(shí)間 t（ i） （ i=0， 1， 2， ?? ），相應(yīng)的速度稱為段起始速度（ i）（ i=0， 1，2， ?? ）。執(zhí)行機(jī)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(jì)算，得出其輸出力矩。 泰山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 22 第二節(jié) 電機(jī)保護(hù)的實(shí)現(xiàn) 電機(jī)保護(hù)的實(shí)現(xiàn) 為了防止電機(jī)因過熱而燒毀，單片機(jī)通過溫度傳感器連續(xù)檢測電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行溫度，如果溫度傳感器檢測到電機(jī)溫度過高，自動(dòng)切斷供電電源。 電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的常見類型 ： 熱繼電器：普通小容量交流電 機(jī)，良好工作條件，不存在頻繁啟動(dòng)等惡劣工況，由于精度差，可靠性不能保證，不推薦使用。智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥是根據(jù)當(dāng)前位置與給定位置的差值， 以及運(yùn)行速度的大小超前確定減速點(diǎn)的位置及減速段變化速率 ki， 使閥門在較低的速度下實(shí)現(xiàn)精確的微調(diào)和定位，從而將超程降到最低 。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(yán)重，然而，當(dāng)它控制工藝流體的流動(dòng)時(shí)，它必須令人滿意地運(yùn)行及最少的維修量。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(shí)際值之間的偏差，一個(gè)接一個(gè)地把校正信號(hào)送出給最終控制元件—— 調(diào)節(jié)閥。 動(dòng)態(tài)特性是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)或閥門定位器一執(zhí)行機(jī)構(gòu)組合決定的。 第四節(jié) 模擬信號(hào)的隔離 由于變頻器的直流電壓以及輸出的三相電壓之間的地不一致，因此存在著較高的共模電壓，為了保證系統(tǒng)的安全性，必須將它們彼此相互隔離。該智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用了液晶顯示技術(shù)，它利用內(nèi)置的液晶顯示板，不僅可以顯示閥門的開、關(guān)狀態(tài)和正常運(yùn)行時(shí)閥門的開度，還可以通過菜單選擇運(yùn)行參數(shù)設(shè)定，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能顯示出故障信息。同時(shí)也要感謝我那幫古靈精怪同學(xué)們，要不是他們一個(gè)個(gè)‘怪異’的問題，也不會(huì)成就我今天的這篇論文。也從寫論文的過程當(dāng)中領(lǐng)悟 到了機(jī)電一體化這個(gè)專業(yè)的真諦，那就是要有一顆勇于探索和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男?。從而增?qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾性?？傊?，智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 集測量、決斷、執(zhí)行 3 種功能于一體，順應(yīng)了電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的發(fā)展趨勢，它的研制成功給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的研究開發(fā)提供了新的思路。 在調(diào)節(jié)理論的術(shù)語中，調(diào)節(jié)閥既有靜態(tài)特性，又有動(dòng)態(tài)特性，因而它影響整個(gè)控制回路成敗。 常見的控制回路包括三個(gè)主要部分，第一部分是敏感元件，它通常是一個(gè)變送器。其他的最終控制元件包括計(jì)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(fēng)扇葉片、電流調(diào)節(jié)裝置以及不同于閥門的電動(dòng)機(jī)定位裝置。 磁場溫度檢測型：在電動(dòng)機(jī)中埋入磁場檢測線圈和溫度探頭，根據(jù)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)磁場的變化和溫度的變化進(jìn)行保護(hù)，主要功能包括過載、堵轉(zhuǎn)、缺相、過熱保護(hù)和 磨損監(jiān)測，保護(hù)功能完善，缺點(diǎn)是需在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部安裝磁場檢測線圈和溫度傳感器。 理想的電機(jī)保護(hù)器不是功能最多，也不是所謂最先進(jìn)的，而是應(yīng)該滿足現(xiàn)場實(shí)際需求，做到經(jīng)濟(jì)性和可靠性的統(tǒng)一，具有較高的性能價(jià)格比。其原理是，單片機(jī)將本次檢測的位置信號(hào)與上次檢測的信號(hào)相比較，如果未發(fā)生變化或變化較小，即認(rèn)為己達(dá)到極限位置，立即切斷異步電機(jī)的供電電源，保證閥門的安全關(guān)閉或全開。控制系統(tǒng)由閥位給定和閥位反饋信號(hào)構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)，控制特性視運(yùn)行方式、速度而定，并具有自動(dòng) 過流保護(hù)、過載保護(hù)、超壓、欠壓、過熱、缺相、堵轉(zhuǎn)等保護(hù)功能。速度給定發(fā)生器，通過比較實(shí)際閥位與給定閥位， 當(dāng)二者不相等時(shí)，以恒定加速度加速， 減速點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前速度、閥位值和閥位給定值的大小計(jì)算得來。由于大流量閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中存在加速、勻速、減速等階段。并采用文字和圖形相結(jié)合的方式，顯示直觀、清晰。 DV0、 DV DV2：用于開關(guān)晶振和復(fù)位分頻鏈。 方波輸出選擇 ： 15 級(jí)分頻抽頭中的 13個(gè)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(gè)方波信號(hào)，其頻率由寄存器 A 的 RS0RS3位設(shè)置。當(dāng)小時(shí)字節(jié)的不關(guān)心碼位置位時(shí)，定鬧為小時(shí)發(fā)生一次；同樣，當(dāng)小時(shí)和分鐘定鬧字節(jié)置不關(guān)心位時(shí)，每分鐘定鬧一次；當(dāng)三個(gè)字節(jié)都置不關(guān)心位時(shí)，每秒中斷一次。 10 字節(jié)的存放實(shí)時(shí)時(shí)鐘時(shí)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(gè)字節(jié)直接讀寫。選 Motorola 時(shí)序時(shí)， R/W是低電平信號(hào)時(shí)，指示當(dāng)前周期是讀或?qū)懼芷冢?DS 為高電平時(shí)， R/W 高電平指示讀周期， R/W 信號(hào)一低電平信號(hào)，稱為 WR。當(dāng) 5V 電壓在正常范圍內(nèi)時(shí)，數(shù)據(jù)可讀寫；當(dāng) Vcc低于 ,讀寫 被禁止，計(jì)時(shí)功能仍繼續(xù)；當(dāng) Vcc 下降到 3V以下時(shí)， RAM 和計(jì)時(shí)器供電被切換到內(nèi)部鋰電池。 （ 3）二進(jìn)制數(shù)碼或 BCD 碼表示時(shí)間，日歷和定鬧。文中選用時(shí)鐘電路 DS12887。 第三部分是供電 :15 腳 GND、 16 腳 VCC（ +5v）。 第六節(jié) 通訊接口 為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)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(gè)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 RS－ 232 標(biāo)準(zhǔn)電平，把其它微機(jī)送來的 RS－ 232 標(biāo)準(zhǔn)電平轉(zhuǎn)換成 TTL電平給 8031，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與其它微機(jī)間的通訊。 (3)過熱保護(hù) ： UM 內(nèi) 部絕緣基板上設(shè)有溫度傳感器，當(dāng)溫度超過過熱斷開闊值時(shí)， IPM 內(nèi)部的保護(hù)電路就會(huì)阻止門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，不接受控制輸入信號(hào)，直至過熱現(xiàn)象消失，保護(hù)器件不受損壞，同時(shí)輸出過熱故障信號(hào)。 泰山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 12 第五節(jié) 電壓及電流檢測 檢測電壓、電流主要是為了計(jì)算電機(jī)的力矩，以及變頻器輸出回路短路、斷相保護(hù)和逆變模塊故障診斷。設(shè)計(jì)實(shí)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(shí)間、提高可靠性、縮小體積 ,提高保護(hù)能力。要減小這些電感需從多方面人手：直流母線要盡量地短 。當(dāng) IGBT 開通時(shí) ,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 di／ dt．同樣也避免了集電極電壓和集電極電流同時(shí)達(dá)到最大值。其 RC時(shí)間常數(shù)應(yīng)設(shè)計(jì)為開關(guān)周期的 1／ 3,即 r=T／ 3=1／ 3f。利用中斷或軟件關(guān)斷 IPM 的 PWM 控制信號(hào)．從而達(dá)到保護(hù)目的。IPM 正常工作時(shí)．與非門輸出為低電平。 IPM 的內(nèi)部引腳功能如表 1 所示。來自控制電路的PWM 信號(hào)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(dòng)電路并控制開關(guān)管工作 ,FO 信號(hào)也經(jīng)過光耦隔離輸出。 由 IPM 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖可見．器件本身含有驅(qū)動(dòng)電路．所以只要提供滿足驅(qū)動(dòng)功率要求的 PWM 信號(hào)、驅(qū)動(dòng)電路電源和防止干擾的電氣隔離裝置即可。其中 ,IGBT是 GTR 和 MOSFET 的復(fù)合 ,由 MOSFET 驅(qū)動(dòng) GTR,因而 IPM具有 GTR高電流密度、低泰山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 7 飽和電壓、高耐壓、 MOSFET 高輸入阻抗、高開關(guān)頻率和低驅(qū)動(dòng)功率的優(yōu)點(diǎn)。 第三節(jié) 智 能逆變模塊 IPM 智能逆變模塊 IPM 為了滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)體積小，可靠性高的要求，電機(jī)電源采用智能功率模塊 IPM。脈沖取消電路用于去掉脈沖寬度小于取消時(shí)間的脈沖，以保證最小輸出脈沖寬度大于器件的開關(guān)周期。 第二節(jié) 相 PWM 波發(fā)生器 三相 PWM 波發(fā)生器 PWM 波的產(chǎn)生通常有模擬和數(shù)字兩種方法。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： MCS51 系列單片機(jī)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(shí) /計(jì)數(shù)器： 2個(gè) 16位可編程定時(shí) /計(jì)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(gè)區(qū)， 9）中斷源： 5 源中斷， 2級(jí)優(yōu)先 10）堆棧：最深 128B 11）布爾處理機(jī)：位處理機(jī)，某位單獨(dú)處理 12）指令系統(tǒng)：五大類， 111 條 。 第一節(jié) 單片機(jī) 選用 INTEL 公司生產(chǎn)的 8031 單片 機(jī)，它主要通過并行 8255 口擔(dān)負(fù)控制系統(tǒng)的信號(hào)處理：接收系統(tǒng)對轉(zhuǎn)矩、閥門開啟、關(guān)閉及閥門開度等設(shè)定信號(hào)，并提供三相 PWM 波發(fā)生器所需要的控制信號(hào)；處理 IPM 發(fā)出的故障信號(hào)和報(bào)警信號(hào)；處理通過模擬輸入口接收的電流、電壓、位置等檢測信號(hào)；提供顯示電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)信號(hào)；執(zhí)行控制系統(tǒng)來的控制信號(hào)，向控制系統(tǒng)反饋信號(hào)； MCS518031 單片機(jī)簡介 : 8031 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 及特點(diǎn) 圖 11為 INTER MCS51 8031 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 ① 中央處理單元（ 8位） :數(shù)據(jù)處理、測試位，置位，復(fù)位 ,位操作 。 泰山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 3 第一章 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的硬件設(shè)計(jì)及工作原理 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)原理。整個(gè)機(jī)構(gòu)缺乏完善的保護(hù)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(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)將閥門、伺服 電機(jī) 制器合為一體，采用 8031 技術(shù)實(shí)現(xiàn)了閥門的動(dòng)作速度和位置控制，解決了閥門的精確定位、閥門柔性開關(guān)、極限位置判斷、 電機(jī) 模擬信號(hào)隔離等技術(shù)問題。筆者設(shè)計(jì)的大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用機(jī)電一體化技術(shù)，將閥門、伺 腹點(diǎn) 機(jī)、控制器合為一體，利用異步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)閥門的開與關(guān)。執(zhí)行驅(qū)動(dòng)部分主要包括三相伺報(bào)電機(jī)和位置傳感器。 ④ 并行輸入 /輸出口（ I / O）（ 32 條） :作系統(tǒng)總線、擴(kuò)展外存、 I / O 接口芯片 。 3)、控制或復(fù)位引腳 ： RST / VPD 兩個(gè)機(jī)器周期高電平，單片機(jī)復(fù)位。 SA8282 是專用大規(guī)模集成電路，具有獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)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 ＳＡ８２８２的功能特點(diǎn) ＰＷＭ控制技術(shù)是通過控制電路