智能型伺服放大器管理論文

1、智能型伺服放大器管理論文 摘要：介紹閥門控制電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的FCF1智能伺服放大器的功能、構(gòu)成及電路原理，并對(duì)放大器的軟件框圖作了剖析，對(duì)使用的元器件電路性能也作了簡(jiǎn)要介紹。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；電動(dòng)執(zhí)行器；位置反饋；AD轉(zhuǎn)換 1FCF1伺服放大器基本功能 1）給定輸入：輸入來(lái)自計(jì)算機(jī)、調(diào)節(jié)器或手操器的給定信號(hào)（一般為420mA的直流電流）。2）閥位輸入：來(lái)自執(zhí)行器閥門開度的位置反饋信號(hào)（一般為420mA）。3）閥位增加輸出：使正轉(zhuǎn)固態(tài)繼電器打開，伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)。4）閥位減小輸出：使反轉(zhuǎn)固態(tài)繼電器打開，伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)。5）輸入斷路保護(hù)：當(dāng)給定輸入電流IN或位置反饋電流WF的值小于3mA或斷線時(shí)，面板上

2、黃燈點(diǎn)亮報(bào)警，同時(shí)，系統(tǒng)切斷總電源并送出抱閘信號(hào)和報(bào)警接點(diǎn)信號(hào)。6）輸出短路保護(hù)：當(dāng)固態(tài)繼電器輸出發(fā)生故障短路時(shí)，紅燈點(diǎn)亮報(bào)警，系統(tǒng)切斷總電源并且送出抱閘信號(hào)。7）輸出開路保護(hù)：當(dāng)固態(tài)繼電器輸出發(fā)生故障開路時(shí)，綠燈閃爍報(bào)警。8）死區(qū)調(diào)整功能：如執(zhí)行器在平衡點(diǎn)振蕩，可將死區(qū)調(diào)大（比如將撥碼開關(guān)1撥到ON的位置時(shí)，2、3、4為不變，則死區(qū)為滿量程的15）。 2基本構(gòu)成及電路原理 21信號(hào)采集及運(yùn)算電路的構(gòu)成及原理 此部分電路包括單片機(jī)AT89C2051，多路模擬開關(guān)CD4051，AD轉(zhuǎn)換器ADC0804等（圖1）。 211AT89C2051 它是一個(gè)封裝為DIP20的芯片，其內(nèi)部集成了8位CPU和

3、2K的閃速存儲(chǔ)器；128字節(jié)的內(nèi)部RAM；15條可編程的IO口線，2個(gè)16位的定時(shí)器計(jì)數(shù)器。本放大器中共有兩片，一片用于數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算和控制，另一片用于系統(tǒng)保護(hù)和報(bào)警。 212CD4051 單端8通道模擬多路開關(guān)。在本例中，僅X0、X1、X2三路切換，其余5路X3X7不參加切換。二進(jìn)制控制輸入端也僅選A、B兩位，C接地，因此4051可譯出（0011）4種狀態(tài)，由2051控制口的35、37控制。 允許輸入端INH端常接地，保持4051常通。 213ADC0804 ADC0804片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，與微處理器兼容，單通道輸入，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s。典型接線如圖1所示，被轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)從Vin（

4、）和Vin（）輸入，允許此信號(hào)是差動(dòng)的或不共地的電壓信號(hào)。模擬地和數(shù)字地分別設(shè)置引入端，使數(shù)字電路的地電流不影響模擬信號(hào)回路，以防止寄生耦合造成的干擾。參考電壓可以由外部電路供給，從VREF2端直接輸入。 ADC0804片內(nèi)有時(shí)鐘電路。只要在外部“CLKR”和“CLKIN”兩端外接一電阻電容即可產(chǎn)生AD轉(zhuǎn)換所要求的時(shí)鐘是片選端是控制芯片啟動(dòng)的輸入端是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端為轉(zhuǎn)換結(jié)果讀出控制端，當(dāng)它與同時(shí)為低電平時(shí)，輸出數(shù)據(jù)鎖存器DB0DB7各端上出現(xiàn)8位并行二進(jìn)制數(shù)碼，以表示AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果。 214作用原理 來(lái)自計(jì)算機(jī)、調(diào)節(jié)器或手操器的給定信號(hào)IN從模擬開關(guān)4051的X1端輸入，來(lái)自電動(dòng)執(zhí)行器的位

5、置反饋信號(hào)WF從4051的X2輸入（見圖1），它們分別由4051的X端送到AD轉(zhuǎn)換器0804的Vin端腳，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)入2051的端口P10P17，兩信號(hào)在CPU中相減，如INWFa（a為死區(qū)信號(hào)），則說(shuō)明給定信號(hào)大于位反信號(hào)，表示閥門沒(méi)有開夠，由2051的1P32送出一高電平給反向驅(qū)動(dòng)器U1（7404）的輸入端；反之，如WFINa，則說(shuō)明給定信號(hào)小于位反信號(hào)，表示閥門開過(guò)頭了，則由2051的1P33送出一高電平給反向驅(qū)動(dòng)器U2（7404）的輸入端；U1、U2的輸出端分別送出低電平K或K去控制下一級(jí)固態(tài)繼電器輸出電路G1或G2，送出一定功率的電流給電動(dòng)執(zhí)行器的伺服電機(jī)線圈，使其正轉(zhuǎn)或

6、反轉(zhuǎn)。 22保護(hù)電路的構(gòu)成及原理 221輸入斷路保護(hù)電路 圖2中，BG1、BG2、J0和黃燈組成了輸入斷路保護(hù)電路，其原理是，當(dāng)輸入4051的IN及WF信號(hào)因斷線或故障無(wú)信號(hào)時(shí)，在單片機(jī)20511的口線1P31送出低電平，此時(shí)BG1與BG2相繼導(dǎo)通，黃燈有電流流過(guò)而點(diǎn)亮報(bào)警。同時(shí)，中間繼電器J0得電而吸合。在J02的作用下，繼電器J1閉合，使輸出控制電路中的常閉觸點(diǎn)J12斷開，切斷正反轉(zhuǎn)回路的交流220V電源，伺服電機(jī)停轉(zhuǎn)，并送出抱閘信號(hào)B，抑制閘門的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。同時(shí)J01常開接點(diǎn)也閉合，現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警。 222固態(tài)繼電器輸出短路和開路保護(hù)電路 （1）固態(tài)繼電器輸出短路和輸出開路的判斷 由晶體管BG5

7、、BG6等元件組成的電路為固態(tài)繼電器正向回路和反向回路的電流檢測(cè)電路，我們以正轉(zhuǎn)為例說(shuō)明其原理。 圖2中，h1為正轉(zhuǎn)回路的互感器次級(jí)線圈，當(dāng)正轉(zhuǎn)回路有電流流過(guò)時(shí)，h1上將感應(yīng)出電壓，經(jīng)整流、濾波、放大、整形，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的低電平送給20512的2P30，它是0有效信號(hào)。20511送來(lái)的1P32是1有效的正轉(zhuǎn)信號(hào)，加至2P31。 2P30與2P31組合起來(lái)有幾種情況： 100：表示固態(tài)繼電器正向回路有電流流過(guò)，而輸入無(wú)給定信號(hào)，說(shuō)明固態(tài)繼電器短路。 201：表示固態(tài)繼電器正向回路有電流流過(guò)，而輸入有給定信號(hào)，說(shuō)明運(yùn)行正常。 310：表示固態(tài)繼電器正向回路無(wú)電流流過(guò)，而輸入無(wú)給定信號(hào)，說(shuō)明運(yùn)行正常。

8、411：表示固態(tài)繼電器正向回路無(wú)電流流過(guò)，而輸入有給定信號(hào)，說(shuō)明固態(tài)繼電器開路。 （2）固態(tài)繼電器輸出短路和輸出開路的保護(hù) 當(dāng)固態(tài)繼電器輸出短路時(shí)，20512的2P17輸出高電平，紅燈被點(diǎn)亮報(bào)警。同時(shí)，2P37輸出低電平，BG3、BG4相繼導(dǎo)通，J1得電，輸出控制電路中的J12常閉接點(diǎn)斷開，切斷固態(tài)繼電器回路的電源，伺服電機(jī)停轉(zhuǎn)。 當(dāng)固態(tài)繼電器輸出開路時(shí)，20512的2P16輸出高電平，U3輸出低電平，點(diǎn)亮綠燈報(bào)警。U3、U4均為反向驅(qū)動(dòng)器LS7404。 223硬件復(fù)位與“看門狗”電路 本放大器選用軟硬件復(fù)位電路（上電復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位、看門狗電路），使系統(tǒng)更加安全、可靠。31信號(hào)采集程序框圖 信

9、號(hào)采集程序應(yīng)用于20511。初始化是給20511的各端口及各寄存器設(shè)置一個(gè)初始狀態(tài)，例如P311，P320，P330，表示將P3口的此三位分別設(shè)為 高、低、低電平，這樣一開始不能有信號(hào)報(bào)警，也不能有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)信號(hào)輸出。CD4051多路開關(guān)的通道號(hào)由P35、P37選取，假如為00，表示選中0號(hào)通道，同理，01、10、11分別為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)通道。P30先“0”而后1表示輸出一個(gè)正脈沖用以啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換。AD轉(zhuǎn)換后來(lái)自0通道的8位二進(jìn)制數(shù)送到P1口，它是由我們?cè)O(shè)定的死區(qū)范圍值。不同的設(shè)定將改變變量a1、a2、a3的參數(shù)。通道號(hào)變?yōu)?時(shí)，P1口的值為X，它是伺放的給定信號(hào)，如X48（電流值37mA）

10、，說(shuō)明信號(hào)可能是斷開的，這時(shí)，P310，給出開路報(bào)警信號(hào)。如X48，說(shuō)明信號(hào)正常，采集通道2的Y值，它即為位置反饋的值，同樣程序判斷其小于或大于48來(lái)轉(zhuǎn)到報(bào)警或下一步；以XY判斷給定與位反的差值，如小于設(shè)定的死區(qū)范圍，伺放將給出停機(jī)信號(hào)，只有XYa，才判斷是X大還是Y大來(lái)決定正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)。 32保護(hù)程序框圖 保護(hù)程序加在20512上，初始化程序與上述相同。P30是正轉(zhuǎn)固態(tài)繼電器有信號(hào)輸出的標(biāo)志，0有效。P31來(lái)自20511的P32，是正轉(zhuǎn)信號(hào)，1有效。程序中取P30與P31的值進(jìn)行判斷，假如它們都為1，說(shuō)明有正轉(zhuǎn)給定而無(wú)正轉(zhuǎn)輸出，顯然是輸出開路，P161，即給出開路報(bào)警信號(hào)。假如P30與P31都為0，說(shuō)明無(wú)正轉(zhuǎn)給定而有正轉(zhuǎn)輸出，顯然是輸出短路，P171輸出報(bào)警，同時(shí)，P370，啟動(dòng)保護(hù)繼電器動(dòng)作。P30與P31的值如果相異時(shí)，放大器運(yùn)行正常。 P32是反轉(zhuǎn)固態(tài)繼電器有信號(hào)輸出的標(biāo)志，0有效。P33來(lái)自20511的P33，是反轉(zhuǎn)信號(hào)，1有效。程序中取P33與P32的值進(jìn)行判斷，判斷的方法與動(dòng)作的結(jié)果與取P30與P31的值的情況