电动阀门控制器硬件电路设计讲诉.docx

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电动阀门控制器硬件电路设计讲诉

毕业设计

电动阀门控制器硬件电路设计

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摘　要

在现代工业自动化控制中，工业过程控制的质量很大程度上取决于过程控制仪表性能的高低。

气动调节阀是工业过程控制的重要调节机构，本文研究的智能阀门定位器是气动调节阀的核心附件，它能够显著改善阀门的动态特性，提高阀门的响应速度、定位精度以及控制灵活性。

阀门定位器从二十世纪中期产生至今，经历了几个不同的发展阶段.目前智能式阀门定位器是国内外研究和使用的重点。

1.根据目前国内、外对智能阀门定位器的研究，通过深入分析典型智能阀门定位器的结构，工作原理及其实现的功能，制定了以LPC2290为定位器核心的硬件系统方案，并预测了所设计的定位器硬件系统达到的性能指标。

2.对智能阀门定位器硬件系统进行了特性分析。

根据所制定的定位器硬件系统设计方案，在数学建模的基础上详细分析了所设计的智能阀门定位器硬件系统主要模块的动、静态特性、工作原理及其对定位器控制系统的作用和影响。

关键词：

智能阀门定位器；系统硬件特性；LPC2290；电路设计

Abstract

Inmodemindustrialautomationcontrol，thequalityofindustrialprocesscontroldependstoagreatextentontheperformancelevelofprocesscontrolinstrumentation．Pneumaticcontrolvalveisallimportantgovernormotionofindustrialprocesscontrol，andtheintelligentvalvepositionerstudiedinthispaperisthemainattachmentofpneumaticcontrolvalve，itcallsignificantlyimprovethedynamiccharacteristicsofvalves，improvethecontrolspeed，precisionandflexibilityofvalves．Fromtheproduceofvalvepositionerinthemid-twentiethcentury,ithasexperiencedseveraldifferentdevelopmentstages

1、Basedonthedomesticandforeignresearchaboutintelligentvalvepositioner,bYmeallsofthedeepanalysisofthestructureoftypicalintelligentvalvepositioner,theprincipleofoperationandimplementationfunctions，theschemeofpositionedhardwaresystemwhichusedLPC2290asthecentrewasdrawupandtheperformanceindexofpositionerhardwaresystemwaspre—estimated．

2、Thecharacteristicsanalysisofthehardwaresystemofintelligentvalvepositionerwascarriedon．Basedonmathematicalmodeling，thedynamicandstaticcharacteristicsanalysisofthemainmoduleofthedesignedintelligentValvepositionerwerecarried011．Theprincipleofoperationofvariouspartsofthemoduleandtheinfluencetothefunctionofpositionercontrolsystemwereexplainedbytheory．

KeyWords：

intelligentvalvepositioner；featuresofhardwaresystemLPC2290；

circuitdesign

第一章电动阀门主要概述

1.1概述

五十多年前，工业生产中控制回路都是气体驱动的，变送器、调节器和执行单元（如调节阀）被连接在一起并通过一个3-15psi（1个标准大气压=14．69psi）的气动信号相互通讯，这个信号同时也是驱动执行机构动作的动力源睁7。

。

在大多数情况下，此种装置的操作仍是正确的，但在一些特殊情况下，例如阀的位置反应或改变速度太慢；较大尺寸的阀，需要较大的执行机构时，使用此种低气压信号很难达到预期的控制效果和控制目的。

这些问题的产生直接导致了阀门定位器的问世。

阀门定位器从产生至今，经历了不同的发展阶段。

二十世纪四十年代最早出现了气动阀门定位器，它在调节器输出和阀门位置之间扮演容量调节器、信号放大器和关系控制器的角色，最早的气动阀门定位器是利用力平衡原理制造的完全气动阀门定位器，其结构原理如图1-1所示

图1-1气动阀门定位器结构简图

作为驱动阀门或风门的一种主要装置阀门电动装置经过多年的发展,已经成为控制可靠,操作简单,维护方便的高性能产品。

随着现代科学技术的飞速发展,许多新技术和新材料的应用,各种高品质高性能的阀门或风门等设备的不断出现,要求与其所匹配的各种控制装置也应不断改进。

当调节器来的控制信号Pi增大时，波纹管1就相应伸长，并推动挡板2以反馈凸轮5为支点作逆时针偏转，于是挡板2就靠近喷嘴3，使喷嘴背压升高。

此背压经放大器4放大后，输出压力迅速上升并送入气动调节阀的膜头8，使阀杆7向下移动，带动反馈杆6和反馈凸轮5绕支点O顺时针偏转，反馈凸轮5的偏转使挡板以波纹管1为支点作逆时针方向偏转，于是挡板2离开喷嘴3，使输出压力下降，即阀杆7向下移动引起的效果是负反馈作用。

此时，一定的信号压力就对应于一定的阀门位置pJ。

这种机械传动式的阀门定位器在使用过程中易磨损，精度难以保证；在安装调试时要反复调节一系列弹簧、螺钉以达到力平衡，过程复杂；控制不够灵活，不能方便地配合不同行程的阀门，也难以提供多种作用特性和流量特性。

但这种结构多年来，一直在气动阀门定位器产品中占主导地位。

目前，在国内这种阀门定位器还在大量的使用。

随着工业控制电气化的普及，电气阀门定位器应运而生。

电．气阀门定位器的输入信号为0.10mA或4．20mA的DDZIII标准电流信号，而不采用20.100Kp的气动信号，输出为气压信号。

其结构原理如图1－2所示。

图1-2电气阀门定位器结构简图

1.2现状

阀门电动装置是以电机为动力,带动机械减速装置将动力传给控制元件的最终部件。

同时利用一些配件达到手􀀁电动切换、行程控制和力矩控制,此外还具有可以接受位置信号反馈的控制电路。

目前国内外阀门电动装置的结构形式有几十种,而规格型号则有上百种。

为了满足不同的要求,电动装置按安装环境分为普通型和户外型,按性能分为防爆型、防核辐射型和通用型,按启动方式分为开关型和调节型,按运动方式分为:

部分回转型多回转型等。

电动装置的控制形式有的简单,有的复杂（如带智能模块实现自动调节用的等）。

针对不同的工况,电动装置有相应的行业标准和国家标准。

随着科技的不断发展,新技术新产品和新工艺的不断应用,阀门电动装置的性能和结构将得到进一步改进和发展。

结构简单随着技术的进步,电动装置的结构将更加简单,机械部分的体积将缩小重量将减轻,更加适合用户的需要。

如机械减速装置采用谐波减速机构,通过谐波齿轮的大传动比将阀门电动装置的体积变小。

或者采用蜗轮蜗杆与行星减速机构组合的方法。

新材料的运用也对减小体积和减轻重量起着积极的作用。

随着机构主体部分的改进,与阀门电动装置相匹配的附件,如推杆和过渡连接装置等零部件也有了改进。

随着电子技术和传统机械的不断揉合,阀门电动装置的机械减速部分必将有大的改观。

电动装置和电动执行机构统一在国内,由于各种原因,阀门电动装置和电动执行机构是两个不同的概念。

它们也有各自不同的应用范围。

然而,无论从原理,还是从实际使用过程,两者都非常类似。

在国外,它们有一个共同的名称（ACTUATATOR）。

现在已经有越来越多的专业人士倾向于将两者统一起来。

这样既可以减少设计部门以及用户的选型难度,又可以使庞大繁杂的种类和体系得到简化,便于生产制造厂家设计生产。

传统观念认为阀门电动装置倾向于机械部分,结构要可靠,操作要灵活,控制要简单。

而电动执行机构则倾向于电气控制部分,信号反馈要正确,布线接线要简单,远程控制要具备。

作为一种机电一体化的产品,将阀门电动装置的电气部分以及必要的机械配件按要求重新设计一下,就可以满足电动执行机构的要求了。

而电动执行机构本身就可以代替阀门电动装置。

1.3电动阀门装置简介

阀门电动装置electricactuator用电力驱动启闭或调节阀门的装置。

阀门电动装置是实现阀门程控、自控和遥控不可缺少的驱动设备，其运动过程可由行程、转矩或轴向推力的大小来控制。

由于阀门电动装置的工作特性和利用率取决于阀门的种类、装置工作规范及阀门在管线或设备上的位置，设备上的位置。

电动装置一般由下列部分组成：

a、专用电动机，特点是过载能力强﹑起动转矩大﹑转动惯量小，短时﹑断续工作。

b、减速机构，用以减低电动机的输出转速。

c、行程控制机构，用以调节和准确控制阀门的启闭位置。

d、转矩限制机构，用以调节转矩（或推力）并使之不超过预定值。

e、手动﹑电动切换机构，进行手动或电动操作的联锁机构。

f、开度指示器，用以显示阀门在启闭过程中所处的位置。

1.4阀门电动装置的分类

与其他阀门驱动装置相比，电动驱动装置具有动力源广泛，操作迅速、方便等特点，并且容易满足各种控制要求。

所以，在阀门驱动装置中，电动装置占主导地位。

（1）阀门电动装置按输入方式分为多回转型（Z型）和部分回转型（Q型）两种，前者用于升降杆类阀门，包括：

闸阀、截止阀、节流阀、隔膜阀等；后者用于回转杆类阀门，包括球阀、旋塞阀、蝶阀等，通常在900范围内启闭。

阀门电动装置按防护类型分为普通型和特殊防护型两大类

（2）普通型电动装置的使用环境如下：

1、环境温度：

－25～40℃

2、环境相对温度≤90％（25℃时）

3、海拔≤1000m

4、工作环境要求不含有腐蚀性、易燃、易爆的介质

（3）如阀门的工作环境条件超过普通型电动装置所具有的能力时，需采用特殊防护型产品，这类产品根据所处工作环境而具有多种型式

表1-1

特殊防护型电动装置主要技术特征

型式

主要特征

户外型

1、环境温度：

－40～40℃

2、最大降雨量：

50mm/10min

3、最大太阳辐射强度：

1.4J/（cm2·min）

4、有砂、雪、霜、露

高温型

最高环境温度可达80℃

低温型

最低环境温度可至－55℃

防腐型

有一种或一种以上含一定浓度化学腐蚀性介质的环境

高速型

阀杆转速达70r/min

防爆型

应能在具有爆