新一代變頻式智能型電動執(zhí)行機構(gòu)，主要是具備智能型和變頻式這兩大特點。智能型能適應(yīng)工業(yè)自動化的要求具備功能豐富的人機界面；變頻式即應(yīng)用先進(jìn)的電機控制技術(shù)來提高裝置整體運行性能。變頻式智能型電動執(zhí)行機構(gòu)是一套完整的機電一體化設(shè)備，系統(tǒng)包括電氣和機械兩大部分具體機構(gòu)組成見下圖1：
圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成框圖
主體構(gòu)成主要包括以下部分：
(1)控制單元是電動執(zhí)行機構(gòu)的控制中樞，它綜合處理各種輸入控制指令和各種反饋信息，指導(dǎo)整個裝置的動作?？刂茊卧苯芋w現(xiàn)了裝置的智能性；
(2)驅(qū)動單元主要接收控制單元下傳的命令參數(shù)，并將相關(guān)命令轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)確穩(wěn)定的電機動作；
(3)執(zhí)行單元是電動執(zhí)行機構(gòu)的機械部分，它通過減速箱及傳動機構(gòu)完成裝置最終的動作姿態(tài)；
(4)檢測單元把電動執(zhí)行機構(gòu)自身狀態(tài)，管道及環(huán)境信息回饋給上級控制電路，來提供狀態(tài)顯示及裝置下一時刻動作的參考。
以控制單元及驅(qū)動單元進(jìn)行介紹?？刂茊卧?/span>TMS320LF2407為核心處理器構(gòu)建結(jié)構(gòu)完整、功能強大的人機界面。驅(qū)動單元在充分分析電動執(zhí)行機構(gòu)拖動特性的基礎(chǔ)上，應(yīng)用具有高速運算能力的DSPIC30F4011核心處理器構(gòu)建矢量控制電機控制模塊。整個系統(tǒng)采用新穎的雙CPU全數(shù)字技術(shù)，實現(xiàn)變頻式智能型電動執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計要求。
控制單元設(shè)計方案
控制單元負(fù)責(zé)管理整個電動執(zhí)行機構(gòu)的運作，其接收外部控制指令并結(jié)合裝置反饋信息，通過中央處理器TMS320LF2407的計算處理。發(fā)出驅(qū)動指令及把裝置狀態(tài)提供給人機操作平臺?？刂破饕?/span>TMS320LF2407為核心，附加適當(dāng)?shù)耐鈬娐分饕獊韺崿F(xiàn)信號接發(fā)、窗口顯示及與附加控制模塊連接的功能?？刂茊卧Y(jié)構(gòu)框圖見下圖2。
圖2 控制單元結(jié)構(gòu)框圖
(1)接收紅外遙控信號
電動執(zhí)行機構(gòu)采用紅外遙控控制可以把傳統(tǒng)的接觸式控制方式轉(zhuǎn)化為非接觸式控制方式，在一些操作人員不方便觸及的工作現(xiàn)場起到非常重要作用。紅外線具有很好的方向性，在裝置密集的現(xiàn)場可以用一個遙控器分別控制單個裝置個體而不相互串?dāng)_。遙控器輸出指令包括閥門開、關(guān)、停及參數(shù)設(shè)置。開、關(guān)、停對應(yīng)遙控器上專用按鍵方便操作，參數(shù)設(shè)置采用按鍵復(fù)用來節(jié)省硬件電路開銷簡化結(jié)構(gòu)、降低成本。
(2)接發(fā)模擬信號控制器具備雙通道模擬輸入端口，可識別DC4－20mA電流和1－5V電壓標(biāo)準(zhǔn)信號。并提供一路電壓或電流可選模擬信號輸出通道。模擬輸出信號對應(yīng)的狀態(tài)可由用戶自行配置。
(3)接收閥門位置反饋信號
閥門位置反饋信號來自裝置本體，系統(tǒng)采用單圈精密電位器提供反饋信號，信號轉(zhuǎn)為模擬信號后返回控制器。
(4)接收故障信息
故障信號來自變頻器故障輸出及裝置本體故障信號，包括電機過熱、電機過流或過壓、變頻器過熱、輸出過力矩等。各種故障信號全部返回控制器，根據(jù)不同故障控制器將采用相應(yīng)保護(hù)措施防止故障擴大而增加損失，同時提供故障顯示。
(5)接發(fā)干節(jié)點信號端口定義可根據(jù)用戶需要進(jìn)行編排，例如輸入開閥、關(guān)閥、立即停機信號，輸出閥門開/關(guān)運行中及閥門在全開/關(guān)位置等。
(6)接發(fā)變頻器通訊信號
控制器與變頻器采用串行異步通訊接口連接，雙向通訊遵循自定協(xié)議。控制器發(fā)送動作指令及參數(shù)數(shù)據(jù)，變頻器接收指令并回傳確認(rèn)信息及回傳變頻器故障報警信息。
(7)窗口顯示采用液晶顯示。窗口主界面顯示閥門開度、閥門當(dāng)前運行狀態(tài)等基本信息。下級頁面提供參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)查詢及故障監(jiān)測顯示。窗口顯示部分同時提供用戶按鈕方便現(xiàn)場參數(shù)設(shè)置。
(8)附加模塊采用以RS485為硬件載體的串行通訊接口，可選擇異步通訊或MODBUDS通訊方式。包括與可移動控制器或總線模塊的連接。可移動控制器作為附加擴展控制器一般置于控制柜面板上，方便操作?？偩€模塊采用PROFIBUS總線協(xié)議，在需要集中和遠(yuǎn)程控制的系統(tǒng)中應(yīng)用。
控制單元主要功能集中于對各種輸入輸出信號的處理及提供人機交流界面?？梢娍刂破髯饔镁褪枪芾硌b置各個部分的協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)，一個良好的控制器將大大提高整個裝置的智能化程度?？刂破饕?/span>TMS320LF2407為核心構(gòu)成獨立控制模塊，在沒有驅(qū)動單元的情況下可以與機械系統(tǒng)組合構(gòu)成智能型電動執(zhí)行機構(gòu)。
驅(qū)動單元設(shè)計方案
驅(qū)動單元以DSPIC30F4011為核心構(gòu)成一個完整的矢量控制驅(qū)動模塊。同時驅(qū)動單元接收控制單元指令，根據(jù)控制指令驅(qū)動電動機的運動。驅(qū)動單元的設(shè)計要滿足電動執(zhí)行機構(gòu)自身性能特點并適合它所針對的閥門類負(fù)載，其性能的優(yōu)劣直接反映了裝置對電動機的控制能力。驅(qū)動單元框圖見圖3。
圖3驅(qū)動單元結(jié)構(gòu)框圖
驅(qū)動單元的設(shè)計方案要結(jié)合電動執(zhí)行機構(gòu)所針對的閥門類負(fù)載的特點，閥門在管道中不同位置對應(yīng)不同的管道壓力，所以閥門的整個行程負(fù)載是實時變化的，這就要求電機控制模塊具備良好的動態(tài)性能。
