氣動(dòng)閥門(mén)執行器的控制方式與工作原理

    (一)基于單片機開(kāi)發(fā)的智能顯示儀控制 智能顯示儀是用來(lái)監測閥門(mén)工作狀態(tài)，并控制閥門(mén)執行期工作的儀器，它使用兩路位置傳感器監視閥門(mén)的工作狀態(tài)，判斷閥門(mén)是處于開(kāi)閥還是關(guān)閥狀態(tài)，使用編程記錄閥門(mén)開(kāi)關(guān)的數字，并且有兩路與閥門(mén)開(kāi)度對應的4～20mA顯示及兩足常開(kāi)常閉顯示觸點(diǎn)。使用這些顯示信號源，控制閥門(mén)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。根據系統的要求，可將智能閥門(mén)顯示儀從硬件上分為3部分來(lái)設計：模擬部分、數字部分、按鍵/顯示部分。
    1、模擬電路部分主要包括電源、模擬量傳入電路、模擬量顯示電路三部分。 電源部分供給整個(gè)電路能量，包括模擬電路、數字電路和顯示的能源供應。為了實(shí)現閥門(mén)開(kāi)讀的遠程控制，需要將閥門(mén)的開(kāi)度信息傳送給其他的控制儀表，同時(shí)控制儀表能從遠方制定閥門(mén)為某一開(kāi)度，系統需要1路4～20mA的模擬量傳入信號源和1～2路4～20mA的模擬量顯示信號源。模擬量傳入信號源使用A/D轉換變成與閥門(mén)開(kāi)度相對應的數字信號源后送給數字部分的單片機，在單片機中對它進(jìn)行濾波處理后就可以顯示了。閥門(mén)的開(kāi)度信息使用D/A轉換后變成模擬信號源顯示，用來(lái)接顯示儀顯示閥門(mén)開(kāi)度或連接其他的控制設備。在本設計系統中，所有的數字量數據均采用串行的傳入顯示方式，為了節省芯片資源和空間，傳入的4～20mA的模擬量在轉化為數字量時(shí)，采用已有的4路DA芯片與單片機的系統資源相結合作8位的AD使用。
    2、數字電路部分主要包括：?jiǎn)纹瑱C、掉電保護、兩路監測脈沖傳入信號源、兩路常開(kāi)常閉轉換觸點(diǎn)顯示。 在設計方案中選用目前普遍使用的51系列單片機AT89C4051。AT89C4051是一款低電壓、高性能的CMOS8位微控制器，它具有4K字節的可擦除、可重復編程的只讀閃存。使用在單芯片內復合一個(gè)多功能的8位CPU閃存，在性能、指令設定和引腳上與80C51和80C52完全兼容。 考慮到在系統掉電或重新啟動(dòng)時(shí)，需要保持先前在儀表中設置的一些閥門(mén)參數，而單片機中的數據存儲器不具備掉電存儲功能，所以在片外擴展了一個(gè)具有掉電保存功能的芯片X5045。X5045是一種集看門(mén)狗、電源監控和串行EEPROM3種功能于一身的可編程電路，這種組合設計可以減少電路對電路板空間的需求，X5045中的看門(mén)狗為系統提供了保護，當系統發(fā)送故障而超過(guò)設定時(shí)間時(shí)，電路中的看門(mén)狗將使用RESET信號源向CPU作反應。X5045提供了三個(gè)時(shí)間值供用戶(hù)選擇使用。它所具有的電壓監控功能還可以保護系統免受低電壓的影響，當電源電壓降到允許范圍以下時(shí)，系統將復位，直到電源電壓返回到穩定值為止。X5045的存儲器與CPU可使用串行通信方式接口。共4069位，可以按512×8個(gè)字節來(lái)放置數據。 X5045的管腳排列，它共有8個(gè)引腳，各個(gè)引腳的功能如下： CS：電路選擇端，低電平有效； SO：串行數據顯示端； SI：串行數據傳入端； SCK：串行時(shí)鐘顯示端； WP：寫(xiě)保護傳入端，低電平有效； RESET：復位顯示端； Vcc：電源端； Vss：接地端。 INA為傳入信號源，是由光電傳感器采集到的閥門(mén)脈沖信號源(<10mA)。該信號源經(jīng)旁路電容濾波后送入光耦，轉換成了顯示的OUT電壓信號源送入單片機。顯示的電壓可直接進(jìn)入單片機的I/O口。在控制中，要求A、B兩路脈沖都接收到的時(shí)候，才認為是由信號源傳入，AB為正轉，BA為反轉。只有一路信號源傳入時(shí)不計數。 兩路常開(kāi)、常閉轉換觸點(diǎn)顯示。用來(lái)連接電磁閥，使用控制電磁閥的吸合來(lái)控制氣動(dòng)執行機構作相應的開(kāi)閥或關(guān)閥動(dòng)作。
    3、顯示部分主要包括：?jiǎn)纹瑱C、4位LED顯示、3只狀態(tài)指示燈(自動(dòng)、正轉、反轉)、3只按鍵(MODE/SET鍵、上鍵、下鍵)。 顯示部分采用AT89C4051單片機，用來(lái)控制4位LED顯示，且同數字部分的單片機進(jìn)行通訊，還要對控制儀的模式做相應的選擇和控制。顯示儀上設計有3只狀態(tài)指示燈用來(lái)顯示執行機構的狀態(tài)：正轉、反轉、自動(dòng)；3只按鍵：MODE/SET鍵、上鍵、下鍵，控制執行機構的工作模式和一些參數的初始化。這3部分使用接口連接，構成一個(gè)完整的控制系統，可以對一些類(lèi)似氣動(dòng)馬達等的 氣動(dòng)執行器進(jìn)行控制。在實(shí)際應用中基本實(shí)現了預先要求的各種性能指標。