基于DSP的REL变频电动执行机构的研制
|
摘要
电动执行机构是驱动和控制阀门的重要装置，是构成控制系统不可缺少的基本单元。实现电动执行机构的智能化是阀门控制系统发展的趋势。但是我国使用的多为进口产品，其昂贵的价格使得开展具有我国自主产权的电动执行机构有着十分重要的意义。
本文在分析国外流行的电动执行机构的基础上，结合我国阀门控制的现状，根据系统总体设计要求，提出了模块化的设计方案。针对各模块的不同功能要求并充分考虑了系统实际应用的恶劣工况，进行了系统的分析与设计。系统选用专为实现高精度、高性能电动机控制系统设计的DSP芯片并采用双CPU控制以提高系统的控制精度及可靠性，降低功耗，采用变频调速技术使系统运行稳定，采用红外遥控技术使得系统的操作简单、安全。
电源模块为系统控制电路、变频驱动电路、变送电路、DSP芯片提供不同要求的电源。模式选择模块实现系统远程、就地、停止三种之间的模式转换及电机正、反转之间的功能转换。开度检测及变送模块、力矩检测及变送模块实时检测系统的开度、力矩大小以保证系统安全、稳定的运行，并将检测信号变送为4～20mA电流信号或0～5V电压信号，供外部检测。远程控制模块实现远程模拟量对阀门开度大小的控制及远程开关量对阀门全开、全关的控制。液晶显示模块直观的显示系统各种参数及状态。
Electric actuator is important equipment in valve control and an indispensable basic unit to constitute the control system. To realize the intellectualized electric actuator is the trend development of valve control system. But the most of our country used is inports. It is very important to design electric actuator ourselves because of high price.
This text according to system total design request put forward the design plan of modular. The different functional requirement that aims at each modular and consider system applied bad work condition, carrying on the analysis of the system and designing. This topic began to develop double CPU electrically operated implementing agency section which based on the technical as DSP, frequency conversion, infrared remote control and so on. This control system not only increased control precision, the stability and the reliability of the electrically operated implementing agency greatly, Also causes the operation of the system simply, to be safe.
The power supply module provides the control circuit, the drive of frequency conversion circuit, transaction circuit and DSP with different power supply. The mode choice module makes the conversion of long-distance, on the sport and stop and the switch of the direction of the electromotor come true. The opening detecting and transaction module, the moment detecting and transaction module detect system at any moment. It assures that operate of system security and calm. The remote control module controls the opening of valve by simulant signal. It also controls the open and the close of the valve by on-off signal. The LCD module shows parameters and the state signal of system.
本文在分析国外流行的电动执行机构的基础上，结合我国阀门控制的现状，根据系统总体设计要求，提出了模块化的设计方案。针对各模块的不同功能要求并充分考虑了系统实际应用的恶劣工况，进行了系统的分析与设计。系统选用专为实现高精度、高性能电动机控制系统设计的DSP芯片并采用双CPU控制以提高系统的控制精度及可靠性，降低功耗，采用变频调速技术使系统运行稳定，采用红外遥控技术使得系统的操作简单、安全。
电源模块为系统控制电路、变频驱动电路、变送电路、DSP芯片提供不同要求的电源。模式选择模块实现系统远程、就地、停止三种之间的模式转换及电机正、反转之间的功能转换。开度检测及变送模块、力矩检测及变送模块实时检测系统的开度、力矩大小以保证系统安全、稳定的运行，并将检测信号变送为4～20mA电流信号或0～5V电压信号，供外部检测。远程控制模块实现远程模拟量对阀门开度大小的控制及远程开关量对阀门全开、全关的控制。液晶显示模块直观的显示系统各种参数及状态。
Electric actuator is important equipment in valve control and an indispensable basic unit to constitute the control system. To realize the intellectualized electric actuator is the trend development of valve control system. But the most of our country used is inports. It is very important to design electric actuator ourselves because of high price.
This text according to system total design request put forward the design plan of modular. The different functional requirement that aims at each modular and consider system applied bad work condition, carrying on the analysis of the system and designing. This topic began to develop double CPU electrically operated implementing agency section which based on the technical as DSP, frequency conversion, infrared remote control and so on. This control system not only increased control precision, the stability and the reliability of the electrically operated implementing agency greatly, Also causes the operation of the system simply, to be safe.
The power supply module provides the control circuit, the drive of frequency conversion circuit, transaction circuit and DSP with different power supply. The mode choice module makes the conversion of long-distance, on the sport and stop and the switch of the direction of the electromotor come true. The opening detecting and transaction module, the moment detecting and transaction module detect system at any moment. It assures that operate of system security and calm. The remote control module controls the opening of valve by simulant signal. It also controls the open and the close of the valve by on-off signal. The LCD module shows parameters and the state signal of system.
引文
[1] 谢宝昌，任用德．电机的DSP控制技术及其应用．北京：北京航空航天大学出版社．2005
[2] 孙建忠，白凤仙．特种电机及其控制．北京：中国水利水电出版社．2005
[3] 韩安太，刘峙飞，黄海．DSP控制器原理及其在运动控制系统中的应用．北京：清华大学出版社．2003
[4] 李维，曹京伟，王学恩．EPSON单片系列液晶显示器及其应用．北京：北京航空航天大学出版社．2001
[5] 李维，郭强．液晶显示应用技术．北京：电子工业出版社．2000．3
[6] 任致程．电动机变频器实用手册．北京：中国电力出版社．2004
[7] 三菱电机株式会社．变频器原理与应用教程．北京：国防工业出版社，1998
[8] 原魁，刘伟强．变频器基础及应用．北京：冶金工业出版社．1997
[9] 王念祖．DSP基础与应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社．2001
[10] 李宏，张家田．液晶显示器件应用技术．北京：机械工业出版社．2004
[11] 王家桢，王俊杰．传感器与变送器．北京：清华大学出版社．1996
[12] 张琳娜，刘武发．传感检测技术及应用．北京：中国计量出版社．1999
[13] 王水平．PWM控制与驱动器使用指南及应用电路．西安：西安电子科技大学出版社．2004
[14] 孔德仁，朱蕴璞，狄长安．工程测试技术．北京：科学出版社．2004
[15] 康华光，陈大钦．电子技术基础．北京：高等教育出版社．2002
[16] 曾毅，张明，孙晓军．变频调速控制系统的设计与维护．山东：山东科学技术出版社．1999
[17] 刘和平，严利平，张学锋，卓清锋．TMS320LF240X结构、原理及应用．北京：北京航空航天大学出版社．2002
[18] Raj Kamal(印度)编著，陈曙晖 译，王续进 审校．嵌入式系统—体系结构、编程与设计．北京：清华大学出版社．2005
[19] 张乃国．电源技术．北京：中国电力出版社．1998．10
[20] 杨帮文，张新华，王晟．实用电源电路集锦．北京：电子工业出版社．1998
[21] 刘永智，杨开愚．液晶显示技术．成都：电子科技大学出版社．2000．12
[22] 李宏．电力电子设备用器件与集成电路应用指南．北京：机械工业出版社． 2001．9
[23] 杨振江，蔡德芳．新型集成电路使用指南与典型应用．西安：西安电子科技大学出版社．1998．10
[24] 何希才．新型集成电路及其应用实例．北京：科学出版社．2002
[25] 杨平，彭道刚，王志萍，徐兆龙．智能电动执行器及其发展趋势．世界仪表与自动化．2005．1
[26] 许常武，谭爱红．阀门电动装置的发展趋势．阀门．2002(3)．33～38
[27] 陈伯时．电气传动系统的发展历程与展望．世界仪表与自动化．2005(4)．31～32、50
[28] 王敏．运行中电动机的检测．电工园地．2005
[29] 张元良，邓华，黄春英．一种新型工业阀门控制器．机床与液压．2003(5)．214～216
[30] 吕佩举．基于单片机电动阀门控制系统设计．电子测量技术．2004(4)．85～86
[31] 李戈文，孙晶，许鸣宇．智能化阀门电动执行器调速装置．2003(7)．13～16
[32] 张卫华，吕月娥．电动阀门智能测控系统的研制．青岛大学学报．2003(9)16-3．79～83
[33] 焦文良，姜平．交流电动机力矩检测方法及应用．煤矿机械．2002(8)．51～52
[34] 周建国，曹炬，姚金赋．单片机与PC机实现的电动阀门控制系统设计．计算机自动测量与控制．2001，9(2)．33～34
[35] 李铁成．阀门电动装置的电气控制及调整．安装．2001，10．30～31
[36] 王东睿，郝秀平，曹式录．电动阀门常见问题及产生原因．电力建设．2000(11)．70～72
[37] 解建军，万文辉．采用LM317T芯片的电路电源设计．现代电子技术．2005(18)．84～85，88
[38] 刘清波，孙业歧，蔡淑珍．用LM317T设计改造稳压电源．河北大学学报(自然科学版)．2001．6(2)．176～178
[39] TPS7333Q带集成延时复位功能的低压差稳压器．武汉力源信息技术服务有限公司．1～5
[40] 周海强．恒流电源设计．机床电器．2005．4．49～53
[41] 刘文芹．直流稳压电源设计及其串联应用．UPS应用．2005．9(51)．53～56
[42] 李文江，杨清翔．基于单片机的阀门开度智能检测表．仪器仪表用户．2005(6)．49～50
[43] 张华栋，孙丽丽．用TMS320LF2407和XTR115设计电流环通讯口．电子产品世界．2005．11．90～91
[44] 李春泥．一种精确调整门机行走驱动装置制动力矩的方法．港口科技．16
[45] 洪瑞圭，李林和．变频调速技术在给水系统中的应用．天津轻工业学院学报．2001．12(4)．38～42
[46] 李建奇，曹斌芳．CAN总线技术在基于DSP变频调速系统中的应用．电气应用．2005(24)．88～90
[47] 刘熠，赵春宇，陈大跃，阀门开度的数字化精确测量和控制．自动化技术与应用．2004(23)．65～67
[48] 郑玉虎．用单片机实现闸阀门开度的检测．电气时代．2004(5)．106
[49] Liu Jianhou. The research on reliability and environment adaptability of electric control valve used in unclear power station. [J] Maintainability and Safety, vol. 2, Dalian, China, 28-31 August 2001.
[50] TI. TMS320F/C24x DSP Controllers Reference Guide——CPU and Instruction Set. 1999. Literature Number: SPRU160C
[51] TI. TMS320C2x/C2xx/C5x Optimizing C Compiler User's Guide. 1999. Literature Number: SPRUO24E
[52] TI. TMS320F/C240 DSP Controllers Reference Guide——Peripheral Library and Specific Devices. 1999. Literature Number: SPRU161C
[53] TI. TMS320F/C2xx C Source Debugger User's Gude Collation List—— Electronic Transfer List. 1995. Literature Number: SPRU151
[54] TI. TMS320C2xx/C24x Code Composer User's Guide. 2000. Literature Number: SPRU490
[55] 沙占有，白云飞，安国臣．集成化精密电流变送器的原理与应用．广东电子商贸网．技术资料)技术文章
[56] 干簧管的构造及工作原理．OKI公司技术网．技术资料
[57] 天津贝尔自动化仪表技术有限公司网站．产品技术资料
[58] 鞍山工装自控仪表有限公司网站．产品技术资料
[59] 大连欧亚仪表有限公司网站．产品技术资料
[60] 百司特智控泵阀有限公司网站．进出口执行机构技术资料
[2] 孙建忠，白凤仙．特种电机及其控制．北京：中国水利水电出版社．2005
[3] 韩安太，刘峙飞，黄海．DSP控制器原理及其在运动控制系统中的应用．北京：清华大学出版社．2003
[4] 李维，曹京伟，王学恩．EPSON单片系列液晶显示器及其应用．北京：北京航空航天大学出版社．2001
[5] 李维，郭强．液晶显示应用技术．北京：电子工业出版社．2000．3
[6] 任致程．电动机变频器实用手册．北京：中国电力出版社．2004
[7] 三菱电机株式会社．变频器原理与应用教程．北京：国防工业出版社，1998
[8] 原魁，刘伟强．变频器基础及应用．北京：冶金工业出版社．1997
[9] 王念祖．DSP基础与应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社．2001
[10] 李宏，张家田．液晶显示器件应用技术．北京：机械工业出版社．2004
[11] 王家桢，王俊杰．传感器与变送器．北京：清华大学出版社．1996
[12] 张琳娜，刘武发．传感检测技术及应用．北京：中国计量出版社．1999
[13] 王水平．PWM控制与驱动器使用指南及应用电路．西安：西安电子科技大学出版社．2004
[14] 孔德仁，朱蕴璞，狄长安．工程测试技术．北京：科学出版社．2004
[15] 康华光，陈大钦．电子技术基础．北京：高等教育出版社．2002
[16] 曾毅，张明，孙晓军．变频调速控制系统的设计与维护．山东：山东科学技术出版社．1999
[17] 刘和平，严利平，张学锋，卓清锋．TMS320LF240X结构、原理及应用．北京：北京航空航天大学出版社．2002
[18] Raj Kamal(印度)编著，陈曙晖 译，王续进 审校．嵌入式系统—体系结构、编程与设计．北京：清华大学出版社．2005
[19] 张乃国．电源技术．北京：中国电力出版社．1998．10
[20] 杨帮文，张新华，王晟．实用电源电路集锦．北京：电子工业出版社．1998
[21] 刘永智，杨开愚．液晶显示技术．成都：电子科技大学出版社．2000．12
[22] 李宏．电力电子设备用器件与集成电路应用指南．北京：机械工业出版社． 2001．9
[23] 杨振江，蔡德芳．新型集成电路使用指南与典型应用．西安：西安电子科技大学出版社．1998．10
[24] 何希才．新型集成电路及其应用实例．北京：科学出版社．2002
[25] 杨平，彭道刚，王志萍，徐兆龙．智能电动执行器及其发展趋势．世界仪表与自动化．2005．1
[26] 许常武，谭爱红．阀门电动装置的发展趋势．阀门．2002(3)．33～38
[27] 陈伯时．电气传动系统的发展历程与展望．世界仪表与自动化．2005(4)．31～32、50
[28] 王敏．运行中电动机的检测．电工园地．2005
[29] 张元良，邓华，黄春英．一种新型工业阀门控制器．机床与液压．2003(5)．214～216
[30] 吕佩举．基于单片机电动阀门控制系统设计．电子测量技术．2004(4)．85～86
[31] 李戈文，孙晶，许鸣宇．智能化阀门电动执行器调速装置．2003(7)．13～16
[32] 张卫华，吕月娥．电动阀门智能测控系统的研制．青岛大学学报．2003(9)16-3．79～83
[33] 焦文良，姜平．交流电动机力矩检测方法及应用．煤矿机械．2002(8)．51～52
[34] 周建国，曹炬，姚金赋．单片机与PC机实现的电动阀门控制系统设计．计算机自动测量与控制．2001，9(2)．33～34
[35] 李铁成．阀门电动装置的电气控制及调整．安装．2001，10．30～31
[36] 王东睿，郝秀平，曹式录．电动阀门常见问题及产生原因．电力建设．2000(11)．70～72
[37] 解建军，万文辉．采用LM317T芯片的电路电源设计．现代电子技术．2005(18)．84～85，88
[38] 刘清波，孙业歧，蔡淑珍．用LM317T设计改造稳压电源．河北大学学报(自然科学版)．2001．6(2)．176～178
[39] TPS7333Q带集成延时复位功能的低压差稳压器．武汉力源信息技术服务有限公司．1～5
[40] 周海强．恒流电源设计．机床电器．2005．4．49～53
[41] 刘文芹．直流稳压电源设计及其串联应用．UPS应用．2005．9(51)．53～56
[42] 李文江，杨清翔．基于单片机的阀门开度智能检测表．仪器仪表用户．2005(6)．49～50
[43] 张华栋，孙丽丽．用TMS320LF2407和XTR115设计电流环通讯口．电子产品世界．2005．11．90～91
[44] 李春泥．一种精确调整门机行走驱动装置制动力矩的方法．港口科技．16
[45] 洪瑞圭，李林和．变频调速技术在给水系统中的应用．天津轻工业学院学报．2001．12(4)．38～42
[46] 李建奇，曹斌芳．CAN总线技术在基于DSP变频调速系统中的应用．电气应用．2005(24)．88～90
[47] 刘熠，赵春宇，陈大跃，阀门开度的数字化精确测量和控制．自动化技术与应用．2004(23)．65～67
[48] 郑玉虎．用单片机实现闸阀门开度的检测．电气时代．2004(5)．106
[49] Liu Jianhou. The research on reliability and environment adaptability of electric control valve used in unclear power station. [J] Maintainability and Safety, vol. 2, Dalian, China, 28-31 August 2001.
[50] TI. TMS320F/C24x DSP Controllers Reference Guide——CPU and Instruction Set. 1999. Literature Number: SPRU160C
[51] TI. TMS320C2x/C2xx/C5x Optimizing C Compiler User's Guide. 1999. Literature Number: SPRUO24E
[52] TI. TMS320F/C240 DSP Controllers Reference Guide——Peripheral Library and Specific Devices. 1999. Literature Number: SPRU161C
[53] TI. TMS320F/C2xx C Source Debugger User's Gude Collation List—— Electronic Transfer List. 1995. Literature Number: SPRU151
[54] TI. TMS320C2xx/C24x Code Composer User's Guide. 2000. Literature Number: SPRU490
[55] 沙占有，白云飞，安国臣．集成化精密电流变送器的原理与应用．广东电子商贸网．技术资料)技术文章
[56] 干簧管的构造及工作原理．OKI公司技术网．技术资料
[57] 天津贝尔自动化仪表技术有限公司网站．产品技术资料
[58] 鞍山工装自控仪表有限公司网站．产品技术资料
[59] 大连欧亚仪表有限公司网站．产品技术资料
[60] 百司特智控泵阀有限公司网站．进出口执行机构技术资料