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智能型电动阀门控制器工作原理和功能
发布时间:2014-9-6 16:58:43  ▏阅读:292 次

工作原理和功能
阀门的控制量为阀门开度,在应用场合往往会根据实际需要将阀门开或关,或者开到一定程度,甚至动态的以某种规律开关。在传统的模拟控制方式中用时间、电流的大小来表示阀门的开启角度。由于影响时间、电流(电压)等参数的因素很多,因此显示的开启角度与阀门的实际位置不易达到同步,经常出现明显的误差。同时,简单的模拟量控制提供的信息极为有限,不利于系统的调试和检修。笔者设计的智能型控制系统采用数字化的方法来控制电动执行机构运行。
采用MOTOROLA公司单片微处理器和外围芯片组成智能化的位置控制单元,接收统一的标准直流信号(如4~20mA的电流信号),经信号处理及A/D转换送至微处理器,微处理机将处理后的数据送至显示单元显示调节结果,运算处理后产生的控制信号驱动交流电机。此外,系统带通讯功能,可以接收上位机的指令,进行远程数字控制。同时也可以在智能控制器本地的人机界面上通过菜单和按钮实现现场手动控制。
主要功能描述:
(1)一体化结构设计,直接接收4~20mA/4~12mA/12~20mA/0~5V/1~5V等控制信号,输出隔离的4~20mA阀位反馈信号;
(2)具有仿真运行功能,并可根据用户设定的流量特性曲线运行;
(3)控制信号断路故障判断、报警及保护功能。断路故障时可使执行机构或开、或关、或保特、或在0~100%之间预置的任意值;
(4)数字显示,显示控制信号值、阀位值、故障类别;
(5)RS485远程通讯功能,通过通讯协议在上位机进行编程组态,对过程量、开关量作数据或图形处理。
(6)阀门行程自整定,输入输出模拟信号自校准。
系统硬件组成
智能控制器根据智能化、可靠性高、抗干扰能力强、成本低等原则,控制核心采用8位微处理器MC68HC908SR12(SR12),电机控制的主电路采用电力电子技术实现。
SR12具有速度快、功能强和价格低等特点。其最高工作频率可达8MHz,有512字节的片内RAM、12K字节的片内FLASH存储器,14路10位A/D,及SCI、I2C、SPI等通讯接口[1,4]。
系统应用SR12内部的A/D进行阀门位置信号及输入控制信号的采集,利用PWM输出经过滤波后的位置信号,利用I2C总线与外部存储器AT24C08进行通讯存储设置值,利用SCI接口通过MAX485与上位机进行数据交换,充分利用了该芯片的内部资源,节约了成本。
2.1信号输入部分
利用SR12内部A/D转换,将输入的模拟信号和阀门位置反馈的模拟信号进行量化。采用REF02作为A/D的基准电压,其温度漂移系数为3PPM/℃。
2.2信号输出部分
SR12有3通道8位高速PWM,每个通道有独立的计数器,可选择PWM输入时钟以产生各种PWM频率,并有自动相位控制。利用其中一路PWM作为模拟量输出信号,其余两路作为电机控制信号。同时选择I/O口PTB6作为继电器开关量输出的控制信号。
2.3输入输出隔离
系统在工业现场使用时,涉及到各种仪表、传感器及执行机构,会由于各种原因引入信号干扰以及各种危险的强电压信号。为了保证系统的安全,保证检测的正确性和运行的可靠性,采用光耦LOC210对输入输出信号进行隔离。
2.4通讯部分
为了完成工业现场远程控制和组网的需要,系统支持RS485通讯方式。电平转换芯片采用MAX485。实际工作时,可以与上位机进行远程通讯,进行运行方式设定并监控运行状态。
2.5电机驱动部分
电机的驱动采用电力电子开关双向可控硅BTA16。双向可控硅具有开关速度快、寿命长、无火花和拉弧现象等特点[2],保证执行机构在高温条件下的长期可靠运行,同时有助于对电机的保护。主电路与CPU之间采用光耦MOC302X驱动,如图3所示,图中ZL为电机负载。
在设计中,MOC3020的二极管前向电流为15mA,MOC3021和MOC3023分别为8mA和3mA,所以可以由MC68HC908SR12的I/O口采用灌电流方式直接驱动。在实际工作时RC吸收回路的实际参数需要根据电机参数(ZL)的不同确定。
需要注意的是,MOC302X的耐压是400V,如果电机需要工作在380V下或者电机的反电势比较大时,要选用MOC308X系列。
 
电动阀门控制器的安装与调整
电动阀门控制器的安装与调整主要需要注意以下几点:
1、购的型号规格按图将其安装固定,后面板上的接地端子必须可靠接地。
2、控制器和电动装置的电路图号是相同的,用电缆按相同的端子号把控制器和电动装置连接起来,如果用户不需要现场控制,12、13、14端子可不接。电动阀门控制器用于自控系统中时,12、13、14端子用于“自动开”、“自动关”对应信号的输入端子。
3、按下电源键,电源指示灯亮,现场远控开关指向远控,远控指示灯亮。
4、用手轮将阀门开启至50%开度处,按下开阀或关阀键,检查阀门的旋向与所按的按键是否一致,如不一致立即按停止键,切断三相电源,调换三相电源中的任意两相。
5、按下开阀键,当阀门全开到位时,前面板上的开阀指示灯亮;按下关阀键,当阀门全关到位时,前面板上的关阀指示灯亮;当阀门在开或关的过程中需要停止时,按停止键,阀门停止。把4号和7号端子短接,前面板上的事故灯亮。
6、当阀门处在全开位置时,调前面板上的调整电位器,使开度表显示100%处。
7、现场远控开关指向现场,现场指示灯亮,短路12号和13号端子,阀门和开向运行,为点动状态;短路12号和14号端子,阀门向关向运行,为点动状态。
8、后面板上的保险管5×20,1A。

电动调节阀的安装使用注意事项
新设计、安装的控制系统,为了确保调节阀在开车时能正常工作,并使系统安全运行,新阀在安装之前,应首先检查阀上的铭牌标记是否与设计要求相符。同时还应对以下项目进行调试。
基本误差限;全行程偏差;回差;死区;泄漏量(在要求严格的场合时进行)。
如果是对原系统中调节阀进行了大修,除了对上述各项进行校验外,还应对旧阀的填料函和连接处等部位进行密封性检查。
调节阀在现场使用中,很多往往不是因为调节阀本身质量所引起,而是对调节阀的安装使用不当所造成,如安装环境、安装位置及方向不当或者是管路不清洁等原因所致。因此电动调节阀在安装使用时要注意以下几方面:
(1)调节阀属于现场仪表,要求环境温度应在-25~60℃范围,相对湿度≤95%。如果是安装在露天或高温场合,应采取防水、降温措施。在有震源的地方要远离振源或增加防振措施。
(2)调节阀一般应垂直安装,特殊情况下可以倾斜,如倾斜角度很大或者阀本身自重太大时对阀应增加支承件保护。
(3)安装调节阀的管道一般不要离地面或地板太高,在管道高度大于2m时应尽量设置平台,以利于操作手轮和便于进行维修。
(4)调节阀安装前应对管路进行清洗,排除污物和焊渣。安装后,为保证不使杂质残留在阀体内,还应再次对阀门进行清洗,即通入介质时应使所有阀门开启,以免杂质卡住。在使用手轮机构后,应恢复到原来的空档位置。
(5)为了使调节阀在发生故障或维修的情况下使生产过程能继续进行,调节阀应加旁通管路。
同时还应特别注意,调节阀的安装位置是否符合工艺过程的要求。
(6)电动调节阀的电气部分安装应根据有关电气设备施工要求进行。如是隔爆型产品应按《爆炸危险场所电气设备安装规范》要求进行安装。如现场导线采用SBH型或其它六芯或八芯、外径为Φ11.3mm左右的胶皮安装电缆线。在使用维修中,在易爆场所严禁通电开盖维修和对隔爆面进行撬打。同时在拆装中不要磕伤或划伤隔爆面,检修后要还原成原来的隔爆要求状态。
(7)执行机构的减速器拆修后应注意加油润滑,低速电机一般不要拆洗加油。装配后还应检查阀位与阀位开度指示是否相符。

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