針對(duì)現(xiàn)有電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器的不足，提出并管理了一種網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器，給出了基于MSP四30F四49單片機(jī)的網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與使命事理，引見了機(jī)電驅(qū)動(dòng)管教電路、DDZ2 Ⅲ型旌旗燈號(hào)接口、通信接口等硬件電路管理。網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線完成長(zhǎng)途通信與操持，采納基于Bang-Bang+Fuzzy管教的復(fù)合智能管教步履，進(jìn)步了零碎的實(shí)時(shí)性和可靠性，理論運(yùn)轉(zhuǎn)疏解，網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器運(yùn)轉(zhuǎn)波動(dòng)可靠，路線管教精度達(dá)到1‰。
電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器按照調(diào)治器輸出的給定旌旗燈號(hào)與調(diào)治閥位移反饋量之間的毛病驅(qū)動(dòng)機(jī)電運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)變速及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出角位移或直線位移，完成對(duì)調(diào)治閥位置的被動(dòng)管教，其事理如圖1所示。
電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器事理
隨著家發(fā)生發(fā)火產(chǎn)被動(dòng)化程度的進(jìn)步，傳統(tǒng)電子式電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器在堅(jiān)守、精度、性價(jià)比等方面已難以對(duì)勁理論應(yīng)用必要。作者研制了以MSP四30F四49單片機(jī)為靜態(tài)處置懲罰單位，存在現(xiàn)場(chǎng)總線通信、智能管教和網(wǎng)絡(luò)化操持堅(jiān)守的新型網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器，并開拓了基于假造儀器的上位機(jī)零碎和便攜式管教器，進(jìn)步了電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器的可哄騙性和可靠性。
1 網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器的構(gòu)成
如圖2所示，網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器零碎首要包孕網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器、現(xiàn)場(chǎng)總線轉(zhuǎn)換、便攜式管教器和上位機(jī)零碎等四所有。網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器按照給定量與反饋量的毛病管教機(jī)電運(yùn)轉(zhuǎn)；現(xiàn)場(chǎng)總線轉(zhuǎn)換是經(jīng)過(guò)通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，完成RS-四八5總線與其它差距現(xiàn)場(chǎng)總線的轉(zhuǎn)換毗鄰，便于網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器成親各榜樣進(jìn)程管教零碎；便攜式管教器是用于完成網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器各項(xiàng)參數(shù)繁縟設(shè)定的配備，大概經(jīng)過(guò)紅外通信完成實(shí)驗(yàn)器各項(xiàng)參數(shù)快速設(shè)置；基于假造儀器技能的上位機(jī)零碎是網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器長(zhǎng)途操持平臺(tái)，大概經(jīng)過(guò)RS-四八5總線完成電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器的哄騙和操持，并大概接入以太網(wǎng)完成長(zhǎng)途管教。
網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器的構(gòu)成
2 電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器管教單位電路管理
電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器管教單位的結(jié)構(gòu)如圖3所示，采納TI公司消費(fèi)的MSP四30F四49單片機(jī)作為靜態(tài)處置懲罰單位，該單片機(jī)含有八通道12位ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器，最大采樣速率200kPs）和片內(nèi)溫度傳感器，大概對(duì)勁網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器堅(jiān)守管理要求。網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器經(jīng)過(guò)RS-四八5總線與上位機(jī)零碎通信，經(jīng)過(guò)紅外通信設(shè)施與便攜式管教器通信。實(shí)驗(yàn)器大概間接與DDZ Ⅲ型配備毗鄰，由單片機(jī)自帶的ADC對(duì)調(diào)治器輸出的DDZ-Ⅲ型旌旗燈號(hào)（四～20mA也許1～5V直流旌旗燈號(hào)）采樣落伍行處置懲罰。實(shí)驗(yàn)器獨(dú)霸單片機(jī)內(nèi)嵌的溫度傳感器完成對(duì)管教電路單位實(shí)時(shí)溫度測(cè)量，并采納12位的數(shù)字溫度傳感器（DS1八B20）對(duì)機(jī)電溫度遏制實(shí)時(shí)測(cè)量；調(diào)治閥的位置反饋旌旗燈號(hào)由安插在機(jī)電傳動(dòng)軸上的光電編碼盤獲得。
網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器結(jié)構(gòu)框圖
單片機(jī)經(jīng)過(guò)合計(jì)給定與反饋的毛病，按照預(yù)定的管教步履輸出機(jī)電驅(qū)動(dòng)旌旗燈號(hào)，經(jīng)光電拒卻后驅(qū)動(dòng)機(jī)電運(yùn)轉(zhuǎn)。為抗御實(shí)驗(yàn)器越限敗壞配備，網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器安插了路線開關(guān)遏制限位檢測(cè)與體貼。發(fā)生妨礙時(shí)，網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器可切換到手動(dòng)形式，經(jīng)過(guò)手動(dòng)哄騙管教機(jī)電運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.1 機(jī)電驅(qū)動(dòng)電路
網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)實(shí)驗(yàn)器必須存在正反運(yùn)轉(zhuǎn)堅(jiān)守，因此選用無(wú)觸點(diǎn)的固態(tài)繼電器作為單相機(jī)電正反轉(zhuǎn)及起停管教器件。如圖四所示，由邏輯門電路和達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器（MC1四13）組成正反轉(zhuǎn)管教電路。MSP四30F四49單片機(jī)的輸出端旌旗燈號(hào)（X2，X四）經(jīng)觸發(fā)邏輯管教電路處置懲罰后，管教固態(tài)繼電器的通斷。
單相機(jī)電驅(qū)動(dòng)管教電路
電路中非門（７四HC0四）和與門（７四HC0八）對(duì)旌旗燈號(hào)遏制互鎖，抗御正、反轉(zhuǎn)旌旗燈號(hào)同時(shí)導(dǎo)通。MC1四13為反相驅(qū)動(dòng)器，起到吸收電流的感染，當(dāng)MC1四13輸出低電平居，管教固態(tài)繼電器SSR導(dǎo)通，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)電運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)X四輸出高電平，X2輸出低電平居，接通機(jī)電的正繞組，機(jī)電正轉(zhuǎn)；當(dāng)X2輸出高電平，X四輸出低電平居，接通機(jī)電的反繞組，機(jī)電反轉(zhuǎn)；當(dāng)X四，X2均輸出高電平居或均輸出低電平居，電路自鎖，機(jī)電停轉(zhuǎn)。
M為機(jī)電繞組，R51，R52，C50，C51是吸收電路，RV是氧化鋅壓敏電阻，共同起到體貼固態(tài)繼電器的感染。對(duì)機(jī)電繞組加變遷電源，測(cè)得電壓U、電流I、頻率f，機(jī)電繞組阻值R，按照式（1）大概合計(jì)出電容C53配置的理論值
如某型號(hào)單相機(jī)電，測(cè)得其參數(shù)如下 U=22八V，I=2.四～10.5A，f=50.2Hz，R=3.八Ω，合計(jì)得到C53取值35～150μF。當(dāng)2個(gè)SSR中的任何一個(gè)關(guān)斷時(shí)，關(guān)斷SSR輸出端的電壓約為變遷電源電壓的2倍。因此在選用C53與SSR額定電壓時(shí)，應(yīng)大于電源電壓的2倍，且換向功夫光陰也必須有30ms以上的延時(shí)，身手擔(dān)保機(jī)電在多次發(fā)起進(jìn)程中電容C53與SSR不被擊穿。
2.2 DDZ-Ⅲ型旌旗燈號(hào)輸入輸出通道
DDZ-Ⅲ型的輸出通道如圖5所示，數(shù)模轉(zhuǎn)換器采納的是雙通道12位串行輸入數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC７八22，MSP四30F四49單片機(jī)的I/O口P2.5與DAC７八22的數(shù)據(jù)輸入端LDAC相連，將通道決意端子A/B接低電平，決意通道A遏制模數(shù)轉(zhuǎn)換，因?yàn)镈AC７八22為電流輸出型，電流輸出腳Iout1A和Iout2A與運(yùn)放U5C（LM32四）相連大概獲得電壓輸出。
將DAC７八22的參考電壓端子VrefA接-10V時(shí)，經(jīng)過(guò)運(yùn)放U5C的轉(zhuǎn)換，大概獲得正電壓輸出。MSP四30F四49單片機(jī)向DAC７八22輸出的數(shù)據(jù)在四09～20四八間更換時(shí)，大概在Vout端獲得1～5V電壓旌旗燈號(hào)輸出。運(yùn)放U７A，U７B和R７3，R７四，R７5，R７６，R７7，R７八，C７7構(gòu)成電壓電流轉(zhuǎn)換電路，將1～5V電壓旌旗燈號(hào)轉(zhuǎn)換為四～20mA電流旌旗燈號(hào)在Iout端輸出，完成DDZ-III型旌旗燈號(hào)的輸出。
２.3 RS２四八５通信接口電路
網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)執(zhí)行器工況復(fù)雜，為了進(jìn)步其靠得住性，RS２四八５接口需要終止瞬態(tài)關(guān)心。如圖６所示，本文規(guī)畫的RS２５八５接口電路瞬態(tài)關(guān)心包孕光電斷絕和旁路關(guān)心２局部。
RS２四八５通信電路
光電斷絕選用集成光耦器件PS５２01（圖６中U30，U31，U3２），分別對(duì)MAX3四八５（圖６中U33）芯片的收發(fā)控制端（RE，DE）、發(fā)送端DI和接管端R0終止光電斷絕，將瞬態(tài)高壓轉(zhuǎn)移到斷絕接口中的電斷絕層，關(guān)心RS２四八５接口，進(jìn)步網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)執(zhí)行器的靠得住性。
3 網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)執(zhí)行器軟件規(guī)畫
3.1 網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)執(zhí)行器工作流程
網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)執(zhí)行器控制流程如圖7所示。單片機(jī)初始化后，讀取預(yù)設(shè)工作狀態(tài)和參數(shù)，經(jīng)過(guò)地位反響傳感器獲得調(diào)節(jié)閥的地位反響量。當(dāng)執(zhí)行器接入DCS系統(tǒng)時(shí)，給定量為間接數(shù)字給定辦法；當(dāng)執(zhí)行器接入DDZ２Ⅲ型系統(tǒng)時(shí)，給定量為DDZ-Ⅲ型信號(hào)。單片機(jī)按給定量與地位反響量的誤差終止智能控制，向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路輸出相應(yīng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，并經(jīng)過(guò)DDZ-Ⅲ信號(hào)輸出通道或數(shù)字通信辦法指示當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)行過(guò)程中，單片機(jī)依照給定量及其幻化率、反響量及其幻化率、系統(tǒng)溫度、電電機(jī)流及幻化率果斷可否孕育發(fā)生斷信號(hào)故障和執(zhí)行器堵轉(zhuǎn)故障。孕育發(fā)生極端情況時(shí)，電機(jī)進(jìn)行運(yùn)行并聲光報(bào)警揭示。
3.２ 網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)執(zhí)行器的智能控制編制
網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)執(zhí)行器以外部搜羅有PWM控制輸出功能的MSP四30F四49單片機(jī)為控制中心。MSP四30F四49依照給定量與地位反響量的誤差終止智能控制，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。依照網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)執(zhí)行器的本性，駁回基于Bang-Bang+Fuzzy的智能控制編制，如式（２）所示
網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)執(zhí)行器控制流程
當(dāng)給定量與反響量相距較大（即誤差|e|≥M）時(shí)，駁回Bang-Bang控制；當(dāng)給定量與反響量相差減小至定然領(lǐng)域（即誤差|e|<M）時(shí)駁回Fuzzy控制編制。
清明控制算法以給定與反響之間的誤差e=Ui-U0、誤差幻化率Δe=en-en-1為輸出變量，此中Ui為給定量，U0為地位反響量，en為當(dāng)前時(shí)候誤差，en-1為前暫時(shí)候的誤差；以電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)為輸出變量。輸出和輸出駁回５個(gè)等級(jí)，即{NB，NS，Z，PS，PB}（{負(fù)大，負(fù)小，零，正小，禮貌}），獨(dú)霸if。then。孕育孕育發(fā)生式清明規(guī)定推理，失掉相應(yīng)的清明控制量，經(jīng)解清明后輸出系統(tǒng)的PWM控制量。依照指點(diǎn)所構(gòu)建的控制規(guī)定表見表1。
清明控制規(guī)定表
網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)執(zhí)行器駁回基于Bang-Bang+Fuzzy的智能控制編制終止旅程動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，其旅程根本偏差0.５%～1%，死區(qū)在0.５%～５%之間間斷可調(diào)。網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)執(zhí)行器上位機(jī)大要駁回工控機(jī)，經(jīng)過(guò)RS２四八５轉(zhuǎn)RS２23２接口器件與網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)一對(duì)多連接。上位機(jī)系統(tǒng)駁回虛構(gòu)儀器武藝墾荒，部門步伐均駁回LabView（圖形化編程語(yǔ)言）實(shí)現(xiàn)[8]。基于虛構(gòu)儀器的上位機(jī)系統(tǒng)界面朋友，使用煩瑣、靠得住。
四 結(jié)束語(yǔ)
隨著嵌入式系統(tǒng)、智能控制武藝的阻滯，網(wǎng)絡(luò)化、智能化的電動(dòng)執(zhí)行器成為過(guò)程控制系統(tǒng)中不可或缺的組件。本文介紹了網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)執(zhí)行器的根本構(gòu)造和工作道理，給出了基于MSP四30F四49單片機(jī)的網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)執(zhí)行器控制單位軟、硬規(guī)畫編制。
網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)執(zhí)行器大要適配差異功率、差異扭矩的電機(jī)，實(shí)際運(yùn)行評(píng)釋網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)執(zhí)行器決定電機(jī)扭矩大于1000N•m時(shí)，執(zhí)行器旅程控制精度可達(dá)1‰；決定電機(jī)扭矩在300～1000N•m時(shí)，執(zhí)行器旅程控制精度可達(dá)0.５‰。網(wǎng)絡(luò)化電動(dòng)執(zhí)行器已哀求創(chuàng)造專利，自２00６年５月在湖南維特科技阻滯公司投入應(yīng)用以來(lái)，運(yùn)行頑強(qiáng)，與國(guó)際同類產(chǎn)品對(duì)照，具有更高的性價(jià)比，受到了用戶的好評(píng)。
