步進(jìn)式電機(jī)調(diào)節(jié)閥的控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種步進(jìn)式電機(jī)調(diào)節(jié)閥的控制系統(tǒng)，包括主控計(jì)算機(jī)機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、顯控機(jī)構(gòu)和電源；主控計(jì)算機(jī)機(jī)構(gòu)包括PC104總線以及與其連接的緩沖寄存器和雙口RAM；數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)包括數(shù)據(jù)采集卡以及與其連接的模擬接口和數(shù)字接口；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)和與其連接的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板；顯控機(jī)構(gòu)包括PC104控制模塊以及與其連接的鍵盤與鼠標(biāo)、顯示屏；電源分別與數(shù)據(jù)采集卡、模擬接口、數(shù)字接口、PC104控制模塊和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板連接。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的高精度細(xì)分，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的高精度控制；具有較強(qiáng)的兼容性與通用性，拓展性較強(qiáng)，能夠自由實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)調(diào)節(jié)閥的功能要求。
【專利說明】
步進(jìn)式電機(jī)調(diào)節(jié)閥的控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于一種調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)，具體涉及一種步進(jìn)式電機(jī)調(diào)節(jié)閥的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]調(diào)節(jié)閥常用于調(diào)整化工工藝管道中的物料流量或其壓力，從而保證生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行工況處于額定狀態(tài)。然而，某些特殊化工設(shè)備的生產(chǎn)性能會(huì)受工藝管道中流體參數(shù)的變化而發(fā)生較大的變化，因此此類設(shè)備所用的調(diào)節(jié)閥必須能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化且具有較高控制精度。
[0003]目前調(diào)節(jié)閥通常采用步進(jìn)電機(jī)作為其執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而此類閥門電機(jī)的控制器則會(huì)采用PLC或單片機(jī)作為其控制中樞。然而，此類控制系統(tǒng)的處理能力較低，無法實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的高精度細(xì)分，因此也無法實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的高精度控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)而提出的，其目的是提供一種步進(jìn)式電機(jī)調(diào)節(jié)閥的控制系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種步進(jìn)式電機(jī)調(diào)節(jié)閥的控制系統(tǒng)，包括主控計(jì)算機(jī)機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、顯控機(jī)構(gòu)和電源;所述主控計(jì)算機(jī)機(jī)構(gòu)包括PC104總線以及分別與PC104總線通過數(shù)據(jù)總線連接的緩沖寄存器和雙口 RAM;所述數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)包括數(shù)據(jù)采集卡以及分別與數(shù)據(jù)采集卡通過數(shù)據(jù)總線連接的模擬接口和數(shù)字接口，數(shù)據(jù)采集卡與緩沖寄存器和雙口RAM均通過數(shù)據(jù)總線連接;所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)和與電機(jī)連接的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板；所述顯控機(jī)構(gòu)包括PC104控制模塊以及分別PC104控制模塊通過數(shù)據(jù)總線連接的鍵盤與鼠標(biāo)、顯示屏;PC104控制模塊通過數(shù)據(jù)總線分別與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板和PC104總線連接;所述電源通過電源線分別與數(shù)據(jù)采集卡、模擬接口、數(shù)字接口、PC104控制模塊和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板連接。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明采用處理能力較強(qiáng)的PC104總線技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的高精度細(xì)分，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的高精度控制;且具有較強(qiáng)的兼容性與通用性，可以作為各類步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)閥的控制系統(tǒng);使用全數(shù)字技術(shù)，其后期的可拓展性較強(qiáng)，能夠自由實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)調(diào)節(jié)閥的功能要求。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]其中:
I 主控計(jì)算機(jī)機(jī)構(gòu)2 數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)
3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4 顯控機(jī)構(gòu) 5電源6PC104總線
7緩沖寄存器8雙口 RAM
9數(shù)據(jù)采集卡10模擬接口
11數(shù)字接口12電機(jī)
13PC104控制模塊14鍵盤與鼠標(biāo)
15顯示屏16電源線
17數(shù)據(jù)總線18步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合說明書附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明步進(jìn)式電機(jī)調(diào)節(jié)閥的控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說明:
如圖1所示，一種步進(jìn)式電機(jī)調(diào)節(jié)閥的控制系統(tǒng)，包括主控計(jì)算機(jī)機(jī)構(gòu)1、數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)
2、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3、顯控機(jī)構(gòu)4和電源5 ；
所述主控計(jì)算機(jī)機(jī)構(gòu)I包括PC104總線6以及分別與PC104總線6通過數(shù)據(jù)總線17連接的緩沖寄存器7和雙口 RAM8;主控計(jì)算機(jī)機(jī)構(gòu)I主要完成對(duì)數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)2所提供的數(shù)據(jù)、控制律計(jì)算，以及完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3及顯控機(jī)構(gòu)4的通信、故障檢測等功能。
[0010]所述數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)2包括數(shù)據(jù)采集卡9以及分別與數(shù)據(jù)采集卡9通過數(shù)據(jù)總線17連接的模擬接口 10和數(shù)字接口 11，數(shù)據(jù)采集卡9與緩沖寄存器7和雙口 RAM8均通過數(shù)據(jù)總線17連接;數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)2主要完成電機(jī)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)、壓力信號(hào)的采集與處理等功能;所述的模擬接口 10用于接收O至1V由壓力計(jì)所傳送的電壓信號(hào);所述的數(shù)字接口 11用于接收閥體處于全開或全開位置時(shí)限位開關(guān)所傳送的電流信號(hào)。
[0011]所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3包括電機(jī)12和與電機(jī)12連接的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板18;步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板18采用型號(hào)為TMCM-035高分辨率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板，完成與主控計(jì)算機(jī)機(jī)構(gòu)I的通信，完成對(duì)電機(jī)12的驅(qū)動(dòng)及安全保障等功能。
[0012]所述顯控機(jī)構(gòu)4包括PC104控制模塊13以及分別PC104控制模塊13通過數(shù)據(jù)總線17連接的鍵盤與鼠標(biāo)14、顯示屏15;PC104控制模塊13通過數(shù)據(jù)總線17分別與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板18和PC104總線6連接;顯控機(jī)構(gòu)4完成人機(jī)交互界面顯示和操作功能。
[0013]所述電源5通過電源線16分別與數(shù)據(jù)采集卡9、模擬接口10、數(shù)字接口 1UPC104控制模塊13和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板18連接；
所述的電源5采用標(biāo)準(zhǔn)交流220￥轉(zhuǎn)為直流2狀、12￥、5￥，并通過電源線16為系統(tǒng)中各部分供電；其中，24V供電端口為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板18供電，12V供電端口為顯控機(jī)構(gòu)4供電，5V供電端口為主控計(jì)算機(jī)機(jī)構(gòu)1、數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)2供電。
[0014]所述PC104控制模塊13的型號(hào)為PMI2。
[0015]本發(fā)明的使用方法:
(i )將壓力計(jì)信號(hào)通過數(shù)據(jù)線引入數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)2的模擬接口 10，將閥門限位開關(guān)信號(hào)通過數(shù)據(jù)線引入數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)2的數(shù)字接口 11，將步進(jìn)電機(jī)12與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板18相連接；
(? )通過電源5向系統(tǒng)各部件供電；
(m)通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板18，使閥門閥芯由全關(guān)位置走向全開位置，以獲得兩次限位開關(guān)的信號(hào)，最終得到閥芯運(yùn)動(dòng)全程電機(jī)12所需的脈沖數(shù)量； (iv)在已獲得閥芯運(yùn)動(dòng)全程電機(jī)12所需的脈沖數(shù)量的基礎(chǔ)上對(duì)閥芯步數(shù)進(jìn)行劃分，并將步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板18每次向電機(jī)12提供的脈沖數(shù)量提供至控制部分并予以記錄；
(V )將由數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)2所獲得的壓力計(jì)信號(hào)傳送至主控計(jì)算機(jī)機(jī)構(gòu)I，并將該電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，從而處理并在顯示器15上顯示得到壓力計(jì)的示數(shù)；
(vi)通過鍵盤與鼠標(biāo)14設(shè)定壓力目標(biāo)值，并將該數(shù)值與實(shí)時(shí)測量所得壓力值進(jìn)行對(duì)比和計(jì)算，利用PID閉合反饋控制方法，對(duì)電機(jī)12進(jìn)行自動(dòng)控制；
(vii)通過修正PID控制系數(shù)，從而獲得最優(yōu)的電機(jī)12運(yùn)動(dòng)參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)管道壓力的穩(wěn)定。
[0016]本發(fā)明采用處理能力較強(qiáng)的PC104總線技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的高精度細(xì)分，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的高精度控制；且具有較強(qiáng)的兼容性與通用性，可以作為各類步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)閥的控制系統(tǒng);使用全數(shù)字技術(shù)，其后期的可拓展性較強(qiáng)，能夠自由實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)調(diào)節(jié)閥的功能要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種步進(jìn)式電機(jī)調(diào)節(jié)閥的控制系統(tǒng)，包括主控計(jì)算機(jī)機(jī)構(gòu)(I)、數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)(2)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(3)、顯控機(jī)構(gòu)(4)和電源(5);其特征在于:所述主控計(jì)算機(jī)機(jī)構(gòu)(I)包括PC104總線(6)以及分別與PC104總線(6)通過數(shù)據(jù)總線(17)連接的緩沖寄存器(7)和雙口RAM(S);所述數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)(2)包括數(shù)據(jù)采集卡(9)以及分別與數(shù)據(jù)采集卡(9)通過數(shù)據(jù)總線(17)連接的模擬接口(10)和數(shù)字接口(11)，數(shù)據(jù)采集卡(9)與緩沖寄存器(7)和雙口RAM(8 )均通過數(shù)據(jù)總線(17 )連接;所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(3 )包括電機(jī)(12 )和與電機(jī)(12 )連接的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板(18);所述顯控機(jī)構(gòu)(4)包括PC104控制模塊(13)以及分別PC104控制模塊(13)通過數(shù)據(jù)總線(17)連接的鍵盤與鼠標(biāo)(14)、顯示屏(15);PC104控制模塊(13)通過數(shù)據(jù)總線(17)分別與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板(18)和PC104總線(6)連接;所述電源(5)通過電源線(16)分別與數(shù)據(jù)采集卡(9)、模擬接口(10)、數(shù)字接口(11)、PC104控制模塊(13)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板(18)連接。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK105843127SQ201610310113
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】劉巍, 王春巖, 韓莉果, 周永勝, 郭子學(xué), 李德鑫
【申請(qǐng)人】核工業(yè)理化工程研究院