電動(dòng)控制閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

賈華++劉艷玲++左成

摘 要：電動(dòng)控制閥是工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的產(chǎn)物，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)已經(jīng)大量應(yīng)用于工業(yè)管道和流體控制等工業(yè)場(chǎng)合。隨著我國工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)閥門啟閉程序的反應(yīng)速度和精確程度也有了嚴(yán)格的要求，強(qiáng)化執(zhí)行機(jī)構(gòu)的性能、優(yōu)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就成為控制閥行業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。本文首先從電動(dòng)控制閥整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)出發(fā)，詳細(xì)說明其各部分結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)，并對(duì)閥門控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行總結(jié)，致力于實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)控制閥；執(zhí)行機(jī)構(gòu)；控制器設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.016

0 引言

閥門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在整個(gè)控制系統(tǒng)中都極為關(guān)鍵，是其重要的設(shè)備組成。按照?qǐng)?zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行的能源供應(yīng)情況，可以將其分為氣動(dòng)式、液動(dòng)式和電動(dòng)式三種，其中電動(dòng)式以其高精度和控制靈活的優(yōu)勢(shì)逐漸得到市場(chǎng)的認(rèn)同。在智能技術(shù)高速發(fā)展的今天，閥門的控制器也更趨向智能化，電動(dòng)控制系統(tǒng)也逐漸實(shí)現(xiàn)新的發(fā)展。

1 電動(dòng)控制閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器的整體設(shè)計(jì)

一直以來，國內(nèi)生產(chǎn)的閥門在使用性能上，與國外產(chǎn)品還存在著一定的差距，國內(nèi)產(chǎn)品在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)上處于弱勢(shì)。在近年來國產(chǎn)觀念的推動(dòng)下，我國的閥門行業(yè)迅速發(fā)展，其整體的性能逐漸提升，與國外先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的差距不斷縮小。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是控制電動(dòng)控制閥的關(guān)鍵性裝置。

根據(jù)不同用戶的需要，執(zhí)行控制器按照其性質(zhì)劃分為不同的模式，如實(shí)地控制閥門運(yùn)行的就地模式，以按鈕控制閥門，有“維持式”按鈕操作和“脈沖式”兩種控制方式；還有遠(yuǎn)程操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)程模式，有簡(jiǎn)單控制閥門啟閉的“開關(guān)量式”，能在通信的情況下實(shí)現(xiàn)控制，還有能精準(zhǔn)控制閥門啟閉程度的“模擬量式”，這兩種模式在市場(chǎng)上的應(yīng)用較為廣泛。

依據(jù)目前市場(chǎng)對(duì)閥門性能的要求，優(yōu)化其執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就要從兩個(gè)方面出發(fā)，首先是硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，其基本架構(gòu)及模塊設(shè)定如圖1所示。

由設(shè)計(jì)圖可以看出，系統(tǒng)的整個(gè)構(gòu)架中最核心的部分是控制模塊，是維持系統(tǒng)正常運(yùn)行、處理整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。該模塊是閥門控制器的核心組成，與其他部分的電路是緊密連接的，更是執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)和工作的有力保證。閥門系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮到整體的軟件功能，不斷提高控制器處理各類輸入信號(hào)的能力，同時(shí)強(qiáng)化其智能自檢的設(shè)計(jì)[1]。

閥門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要就是根據(jù)系統(tǒng)的傳輸信號(hào)，對(duì)閥門進(jìn)行相應(yīng)的啟閉操作，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)管道介質(zhì)流量的控制。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的具體工作原理如圖2，由原理圖可知，該機(jī)構(gòu)主要由控制器（其功能是轉(zhuǎn)換系統(tǒng)傳達(dá)的執(zhí)行命令，操縱電機(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)的運(yùn)作）和執(zhí)行器（其功能是根據(jù)相關(guān)的控制命令，對(duì)閥門進(jìn)行具體的驅(qū)動(dòng)）組成，由圖2可以看出，執(zhí)行機(jī)構(gòu)還包括反饋檢測(cè)部分的工作，目的是檢查系統(tǒng)運(yùn)作的精準(zhǔn)度，并對(duì)出現(xiàn)的操作問題進(jìn)行及時(shí)處理。

圖中的執(zhí)行器主要包括電機(jī)設(shè)備、系統(tǒng)傳動(dòng)設(shè)備、切換設(shè)置以及最后的反饋檢測(cè)部分；而控制器包括CPU、接口模塊、供電設(shè)備以及信號(hào)轉(zhuǎn)換處理等模塊，這兩個(gè)大的部分是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化最為重要的部分。

2 電動(dòng)控制閥控制器的設(shè)計(jì)

控制器的設(shè)計(jì)同樣從軟硬件的優(yōu)化入手，具體包括各個(gè)模塊性能的強(qiáng)化，以及軟件各部分參數(shù)的優(yōu)化。

（1）閥門系統(tǒng)的硬件要求。首先是核心控制模塊，對(duì)電路單元進(jìn)行最小化設(shè)計(jì)；合理分配其外設(shè)資源。在檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，要切實(shí)保證其穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制，所以就要給電路的設(shè)計(jì)提供優(yōu)質(zhì)的硬件配件；包括精準(zhǔn)的閥位控制和及時(shí)的反饋檢測(cè)。接口模塊的設(shè)計(jì)方面，保證通信信號(hào)的傳送，強(qiáng)化開關(guān)量在信息發(fā)送和接受方面的效果。另外，有計(jì)劃地進(jìn)行模擬量在上級(jí)控制信號(hào)方面的優(yōu)化工作，選擇具備較強(qiáng)抗干擾能力的通信電路，防止上級(jí)發(fā)送信號(hào)在傳輸?shù)倪^程中受到影響。最后是人機(jī)交互的設(shè)計(jì)，這個(gè)構(gòu)成部分涉及到操作和設(shè)置閥門系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，是保障用戶便捷操作的重要部分，按照控制方式的不同氛圍就地控制和遠(yuǎn)程控制兩種方式。除此之外，閥門系統(tǒng)還應(yīng)該從LED指示燈、供電源和電機(jī)驅(qū)動(dòng)等方面進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)優(yōu)化[2]。

（2）控制器的軟件要求。電動(dòng)控制閥對(duì)軟件的要求也逐漸嚴(yán)格，目前較為常見的操作系統(tǒng)是嵌入式，具體的優(yōu)化要從軟件開發(fā)的環(huán)境、框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)類相關(guān)軟件以及人機(jī)交互等幾個(gè)方向出發(fā)，不斷細(xì)化軟件的程序設(shè)計(jì)，優(yōu)化各個(gè)模塊的運(yùn)行參數(shù)，把實(shí)際的需求和市場(chǎng)流行的操作技術(shù)結(jié)合起來，進(jìn)行綜合的處理。

3 結(jié)束語

針對(duì)當(dāng)前閥門行業(yè)發(fā)展過程中面臨的設(shè)計(jì)優(yōu)化難題，本文首先從電動(dòng)控制的整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，分別指出執(zhí)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化的方向和具體的程序配件要求，并以具體的優(yōu)化方向作為指導(dǎo)，致力于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)不同模塊控制性能的提升。隨著工業(yè)自動(dòng)化的推進(jìn)，電動(dòng)控制閥在控制系統(tǒng)方面的性能亟待得到優(yōu)化，其控制方式也逐漸得到全新的發(fā)展，接口模塊的信號(hào)傳輸也出現(xiàn)多樣化的實(shí)現(xiàn)途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]王哲，葉慶仕，陸健等.基于STM32的電動(dòng)控制閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2016，29（03）：95-96.

[2]德國利，DEGuoli.電動(dòng)控制閥控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2016（03）：82-83.