【導(dǎo)讀】學(xué)習(xí)單片機(jī)、PWM波發(fā)生器、IPM逆變器、A/D、D/A. 論知識(shí)和實(shí)踐操作。從而達(dá)到對(duì)機(jī)電一體化智能大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的。深入了解與研究。為中國(guó)的機(jī)械工業(yè)貢獻(xiàn)自己的一份力量。本表作評(píng)定學(xué)生平時(shí)成績(jī)的依據(jù)之一。元件的選型與設(shè)計(jì)、閥位及速度控制原理以及各種關(guān)鍵問(wèn)題的解決方法。號(hào)隔離等技術(shù)問(wèn)題。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況表明，該電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有動(dòng)作快、保護(hù)完善。以及便于和計(jì)算機(jī)通訊等優(yōu)點(diǎn)。統(tǒng)中不可缺少的組成部分。后、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、定位精度低、可靠性差等問(wèn)題。廠，這一速度固定不可調(diào)整，其通用性較弱。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)。原因，采用傳統(tǒng)的大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)，可靠性和穩(wěn)定性較差。足工業(yè)生產(chǎn)的要求。閥門(mén)、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(mén)的開(kāi)與關(guān)。該電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)省去了用于控制電機(jī)正、反轉(zhuǎn)的接觸器和

　　

【正文】 ki0 時(shí)為減速段。任意時(shí)刻的式中 Ts－－采樣周期， Hz。 變化速率 ki的取值應(yīng)根據(jù)給定位置、當(dāng)前位置以及運(yùn)行速度的大小確定。 第三章 關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的解決 該電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用了最新的變頻調(diào)速技術(shù)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率小于 5． 5kW。用戶可根據(jù)需要設(shè)定力矩特性，根據(jù)控制的閥設(shè)定速度，速度分多轉(zhuǎn)式、直行程、角行程 3 種方式?？刂葡到y(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(guò)流保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、超壓、欠壓、過(guò)熱、缺相、堵轉(zhuǎn)等保護(hù)功能。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)解決的關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題主要有 一下幾 點(diǎn)： 第一節(jié) 閥門(mén)柔性開(kāi)關(guān) 閥門(mén)柔性開(kāi)關(guān) ： 柔性開(kāi)關(guān)主要是為了當(dāng)閥關(guān)閉或全開(kāi)時(shí)，保證閥門(mén)不卡死與損傷。執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部的微處理器根據(jù)測(cè)得的變頻器輸出電壓和電流，通過(guò)精確計(jì)算，得出其輸出力矩。一旦輸出力矩達(dá)到或大于設(shè)定的力矩，自動(dòng)降低速度，以避免閥門(mén)內(nèi)部過(guò)度的撞擊，從而達(dá)到最優(yōu)關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)過(guò)力矩保護(hù)。 閥位的極限位置判斷閥位的極限位置是指全開(kāi)和全關(guān)位置。在傳統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，該位置的檢測(cè)是通過(guò)機(jī)械式限位開(kāi)關(guān)獲得的。機(jī)械式限位開(kāi)關(guān)精度低，在運(yùn)行中易松動(dòng)，可靠性差。在文中，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)極限位置通過(guò)檢測(cè)位置信號(hào)的增量獲得。其原理是，單片機(jī)將本次檢測(cè)的位置信號(hào)與上次檢測(cè)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 (機(jī)電一體化只能大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) ) 23 源，保證閥門(mén)的安全關(guān)閉或全開(kāi)。省去了機(jī)械式限位開(kāi)關(guān)，無(wú)需在調(diào)試時(shí)對(duì)其進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)整。 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(guò)熱而燒毀，單片機(jī)通過(guò)溫度傳感器連續(xù)檢測(cè)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行 溫度，如果溫度傳感器檢測(cè)到電機(jī)溫度過(guò)高，自動(dòng)切斷供電電源。溫度傳感器內(nèi)置于電機(jī)內(nèi)部。 目前電機(jī)保護(hù)器已由過(guò)去的機(jī)械式發(fā)展為電子式和智能型，可直接顯示電機(jī)的電流、電壓、溫度等參數(shù)，靈敏度高，可靠性高，功能多，調(diào)試方便，保護(hù)動(dòng)作后故障種類一目了然，既減少了電機(jī)的損壞，又極大方便了故障的判斷，有利于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的故障處理和縮短恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)間。另外，利用電機(jī)氣隙磁場(chǎng)進(jìn)行電機(jī)偏心檢測(cè)技術(shù)，使電機(jī)磨損狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)成為可能，通過(guò)曲線顯示電機(jī)偏心程度的變化趨勢(shì)，可早期發(fā)現(xiàn)軸承磨損和走內(nèi)圓、走外圓等故障，做到早發(fā)現(xiàn)，早處理，避免掃 膛事故發(fā)生。 合理選用電機(jī)保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)既能充分發(fā)揮電機(jī)的過(guò)載能力，又能免于損壞，從而提高電力拖動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性。具體的功能選擇應(yīng)綜合考慮電機(jī)的本身的價(jià)值、負(fù)載類型、使用環(huán)境、電機(jī)主體設(shè)備的重要程度、電機(jī)退出運(yùn)行是否對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響等因素，力爭(zhēng)做到經(jīng)濟(jì)合理 。 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(chǎng) (機(jī)電一體化只能大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) ) 24 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。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況合理地選擇保護(hù)器的種類、功能，同時(shí)考慮保護(hù)器安裝、調(diào)整、使用簡(jiǎn)單方便，更重要的是要選擇高質(zhì)量 的保護(hù)器。 電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的常見(jiàn)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。 電子型：檢測(cè)三相電流值，整定電流值采用電位器旋鈕或拔碼開(kāi)關(guān)操作，電路一般采用模擬式，采用反時(shí)限或定時(shí)限工作特性。保護(hù)功能包括過(guò)載、缺相、堵轉(zhuǎn)等故障保護(hù)，故障類型采用指示燈顯示，運(yùn)行電量采用數(shù)碼管顯示。 智能型：檢測(cè)三相電流值，保護(hù)器使用單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)智能化綜合保護(hù)，集保護(hù)、測(cè)量、通訊、顯示為一體。整定電流采用數(shù)字設(shè)定，通過(guò)操作面板按鈕來(lái) 操作，用戶可以根據(jù)自己實(shí)際使用要求和保護(hù)情況在現(xiàn)場(chǎng)自行對(duì)各種參數(shù)修正設(shè)定，采用數(shù)碼管作為顯示窗口，或采用大屏幕液晶顯示，能支持多種通訊協(xié)議，如 ModBUS、 ProfiBUS 等，價(jià)格相對(duì)高些，用于較重要場(chǎng)合，目前高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)均采用智能型。 熱保護(hù)型：在電動(dòng)機(jī)中埋入熱元件，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的溫度進(jìn)行保護(hù)，保護(hù)效果好，但電動(dòng)機(jī)容量較大時(shí)，需與電流監(jiān)測(cè)型配合使用，避免電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)溫度急劇上升，由于測(cè)溫元件的滯后性，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)繞組受損。 磁場(chǎng)溫度檢測(cè)型：在電動(dòng)機(jī)中埋入磁場(chǎng)檢測(cè)線圈和溫度探頭，根據(jù)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部旋轉(zhuǎn) 磁場(chǎng)的變化和溫度的變化進(jìn)行保護(hù)，主要功能包括過(guò)載、堵轉(zhuǎn)、缺相、過(guò)熱保護(hù)和磨損監(jiān)測(cè)，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(chǎng)檢測(cè)線圈和溫度傳感器。 第三節(jié) 準(zhǔn)確定位 傳統(tǒng)的電動(dòng)閥門(mén)在異步電機(jī)通電后，會(huì)很快達(dá)到其額定動(dòng)作速度，當(dāng)接近停止位置時(shí)，電機(jī)斷電后，由于機(jī)械慣性，其閥不可能立即停下來(lái)， 會(huì)出現(xiàn)不同程度的超程，這一超程通常采用控制電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)校正。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(mén)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 。 調(diào)節(jié)閥在現(xiàn)代化工廠的自動(dòng)控制中，調(diào)節(jié)閥起著十分重要的作用，這些工廠的生產(chǎn)取決于流動(dòng)著的液體和氣體的正確分配和控制。這些控制無(wú)論是能量的交 (機(jī)電一體化只能大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) ) 25 換、壓力的降低或者是簡(jiǎn)單的容器加料，都需要＊某些最終控制元件去完成。最終控制元件可以認(rèn)為是自動(dòng)控制的 “ 體力 ” 。在調(diào)節(jié)器的低能量級(jí)和執(zhí)行流動(dòng)流體控制所需的高能級(jí)功能之間，最終控制元件完成了必要的功率放大作用。 調(diào)節(jié)閥是最終控制元件的最廣泛使用的型式。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(mén)的電動(dòng)機(jī)定位裝置。 盡管調(diào)節(jié)閥得到廣泛的使用，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的其它單元大概都沒(méi)有像它那樣少的維護(hù)工作量。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。 調(diào)節(jié)閥在管道中起可變阻力的作用。它改變工藝流體的紊流度或者在層流情況下提供一個(gè)壓力降，壓力降是由改變閥門(mén)阻力或 “ 摩擦 ” 所引起的。這一壓力降低過(guò)程通常稱為 “ 節(jié)流 ” 。對(duì)于氣體，它接近于等溫絕熱狀態(tài)，偏差取決于氣體的非理想程度 (焦耳一湯姆遜效應(yīng) )。在液體的情 況下，壓力則為紊流或粘滯摩擦所消耗，這兩種情況都把壓力轉(zhuǎn)化為熱能，導(dǎo)致溫度略為升高。 常見(jiàn)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。它是一個(gè)能夠用來(lái)測(cè)量被調(diào)工藝參數(shù)的裝置，這類參數(shù)如壓力、液位或溫度。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(cè)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。閥門(mén)改變了流體的流量，使工藝參數(shù)達(dá)到了期望值。 在氣動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器輸出的氣動(dòng)信號(hào)可以直接驅(qū)動(dòng)彈簧一薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)或者活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使 閥門(mén)動(dòng)作。在這種情況下，確定閥位所需的能量是由壓縮空氣提供的，壓縮空氣應(yīng)當(dāng)在室外的設(shè)備中加以干燥，以防止凍結(jié)，并應(yīng)凈化和過(guò)濾。 當(dāng)一個(gè)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)器配套使用時(shí)，可采用電一氣閥門(mén)定位器或電一氣轉(zhuǎn)換器。壓縮空氣的供氣系統(tǒng)可以和用于全氣動(dòng)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)一樣來(lái)考慮。 在調(diào)節(jié)理論的術(shù)語(yǔ)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。靜態(tài)特性或增益項(xiàng)是閥的流量特性，它取決于閥門(mén)的尺寸、閥芯和閥座的組合結(jié)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型、閥門(mén)定位器、閥前和閥后的壓力以及流體的性質(zhì)。 動(dòng)態(tài)特性是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)或閥門(mén)定位 器一執(zhí)行機(jī)構(gòu)組合決定的。對(duì)于較慢的生產(chǎn)過(guò)程，如溫度控制或液位控制，閥的動(dòng)態(tài)特性在可控性方面一般不是限制因素。對(duì)于較快的系統(tǒng)，如液體的流量控制，調(diào)節(jié)閥可能有明顯的滯后，在回路的可控性方面一定要有所考慮。 (機(jī)電一體化只能大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) ) 26 智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥集微機(jī)技術(shù)和執(zhí)行器技術(shù)于一體，是一種新型的終端控制單元，其電機(jī)是通過(guò)內(nèi)部集成的一體化變頻器來(lái)控制。因此， 同一臺(tái)智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥可以在一定范圍內(nèi)具有不同的運(yùn)行速度和關(guān)斷力矩。在電動(dòng)調(diào)節(jié)閥中采用液晶顯示技術(shù)，它利用內(nèi)置的液晶顯示板，不僅可以顯示閥門(mén)的開(kāi)、關(guān)狀態(tài)和正常運(yùn)行時(shí)閥門(mén)的開(kāi)度，還可以通過(guò)菜單選 擇進(jìn)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?？傊?，智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥集測(cè)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(shì)，它的研制成功給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的研究開(kāi)發(fā)提供了新的思路。且該電動(dòng)調(diào)節(jié)閥具有通訊方便、控制策略先進(jìn)、可靠性高等特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。 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。因此采用LM358 和 4N25 組成了隔離線性放大電路（圖 31）， 177。15V 和 177。12V 為兩組獨(dú) 立的正負(fù)電源。若運(yùn)放 A的反相端電位由于擾動(dòng)而正向偏離虛地，則運(yùn)放 A的輸出端的電位將降低，因而光電耦合器的發(fā)光強(qiáng)度將增強(qiáng)，則使其集射極電壓減小，最后使運(yùn)放 A 的反相端的電位降低，回到正常狀態(tài)。若 A 的反相端電位負(fù)向偏離虛地，也可以重回到正常狀態(tài)。從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾性。 圖 31 線性隔離放大器 (機(jī)電一體化只能大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) ) 27 結(jié)束語(yǔ) 該執(zhí)行機(jī)構(gòu)集微機(jī)技術(shù)和執(zhí)行器技術(shù)于一體，是一種新型的終端控制單元，其電機(jī)是通過(guò)內(nèi)部集成的一體化變頻器來(lái)控制，因此，同一臺(tái)智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以在一定范圍內(nèi)具有不同的運(yùn)行速度和關(guān)斷力矩。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(mén)的開(kāi)、關(guān)狀態(tài)和正常運(yùn)行時(shí)閥門(mén)的開(kāi)度，還可以通過(guò)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。總之，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)集測(cè)量、決斷、執(zhí)行 3 種功能于一體，順應(yīng)了電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)，它的研制成功給電動(dòng)執(zhí) 行機(jī)構(gòu)的研究開(kāi)發(fā)提供了新的思路 。 (機(jī)電一體化只能大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) ) 28 謝 辭 寒風(fēng)凌厲， 時(shí)光 如梭 ， 轉(zhuǎn) 瞬 間 幾個(gè)星期就這樣悄然遠(yuǎn)去。時(shí)間雖然過(guò)得 很 快，但是在 寫(xiě)畢業(yè)論文 的 這幾個(gè)星期中 ， 還是讓我學(xué)到 和感悟到 了很多的 東西。特別是獨(dú)自處理事情的能力 有了較大的提高 。 并且加深了對(duì)機(jī)電一體化智能大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。也從寫(xiě)論文的過(guò)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)男摹? 在這次寫(xiě)論文的過(guò)程中 我要感謝我的論文指導(dǎo)老師對(duì)我的大力幫助，要不是他的耐心指導(dǎo)，我不會(huì)從開(kāi)始對(duì)畢業(yè)論文 的一竅不通，到今天把論文 順利地完成。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(wèn)題，也不會(huì)成就我今天的這篇論文。 最后，在此衷心的感謝重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院和那群不知疲倦地老師們。感謝他 (機(jī)電一體化只能大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) ) 29 們給了我如此精彩的大學(xué)生活！ 參考文獻(xiàn) ［ 1］鄧兵，等．?dāng)?shù)字閥門(mén)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)［ J］．自動(dòng)化儀表， 2021(1)． ［ 2］ Liu Jianhou． The research on reliability and environmentadaptability of electric control valve used in unclear powerstation［ J］． Maintainability and Safety， vol． 2， Dalian， China， 28－ 31 August2021． ［ 3］ Antsaklis PJ． Intelligence andlearning［ J］． IEEEControl Syst Mag，1995(15)． ［ 4］王福瑞，等．單片機(jī)微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全［ M］．北京航空航天大學(xué)出版社， 1999， 9－ 249． ［ 5］陳玉紅．一種簡(jiǎn)單實(shí)用的線性 光隔離放大器［ J］．漳州師范學(xué)院學(xué)報(bào) (自然 (機(jī)電一體化只能大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) ) 30 科學(xué)版 )， 1999(4)．