2012年一级注册建造师水利水电工程:智能型阀门电动执行机构控制器的设计

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2012年一级注册建造师水利水电工程:智能型阀门电动执行机构控制器的设计_第2页

来源：一级建造师考试网收藏本页 2011/12/30 http://www.jzsedu.org/

　　（4）数字显示，显示控制信号值、阀位值、故障类别；

　　（5）RS485远程通讯功能，通过通讯协议在上位机进行编程组态，对过程量、开关量作数据或图形处理。

　　（6）阀门行程自整定，输入输出模拟信号自校准。

　　2、系统硬件组成

　　智能控制器根据智能化、可靠性高、抗干扰能力强、成本低等原则，控制核心采用8位微处理器MC68HC908SR12（SR12），电机控制的主电路采用电力电子技术实现。SR12具有速度快、功能强和价格低等特点。其最高工作频率可达8 MHz，有512字节的片内RAM、12K字节的片内FLASH存储器，14路10位A/D，及SCI、I2C、SPI等通讯接口［1，4］。

　　系统应用SR12内部的A/D进行阀门位置信号及输入控制信号的采集，利用PWM输出经过滤波后的位置信号，利用I2C总线与外部存储器AT24C08进行通讯存储设置值，利用SCI接口通过M AX485与上位机进行数据交换，充分利用了该芯片的内部资源，节约了成本。

　　2.1信号输入部分利用SR12内部A/D转换，将输入的模拟信号和阀门位置反馈的模拟信号进行量化。采用REF02作为A/D的基准电压，其温度漂移系数为3PPM/℃。

　　2.2信号输出部分SR12有3通道8位高速PWM，每个通道有独立的计数器，可选择PWM输入时钟以产生各种PWM 频率，并有自动相位控制。利用其中一路PWM作为模拟量输出信号，其余两路作为电机控制信号。同时选择I/O口PTB6作为继电器开关量输出的控制信号。

　　2.3输入输出隔离系统在工业现场使用时，涉及到各种仪表、传感器及执行机构，会由于各种原因引入信号干扰以及各种危险的强电压信号。为了保证系统的安全，保证检测的正确性和运行的可靠性，采用光耦LOC210对输入输出信号进行隔离

　　2.4通讯部分为了完成工业现场远程控制和组网的需要，系统支持 RS485通讯方式。电平转换芯片采用MAX485.实际工作时，可以与上位机进行远程通讯，进行运行方式设定并监控运行状态。

　　2.5电机驱动部分电机的驱动采用电力电子开关双向可控硅BTA16.双向可控硅具有开关速度快、寿命长、无火花和拉弧现象等特点［2］，保证执行机构在高温条件下的长期可靠运行，同时有助于对电机的保护。主电路与CPU之间采用光耦MOC302X驱动，如图3所示，图中ZL为电机负载。一级建造师考试时间

　　在设计中，MOC3020的二极管前向电流为15 mA，MOC3021和MOC3023分别为8 mA和3 mA，所以可以由MC68HC908SR12的I/O口采用灌电流方式直接驱动。在实际工作时RC吸收回路的实际参数需要根据电机参数（ZL）的不同确定。

　　需要注意的是，MOC302X的耐压是400 V，如果电机需要工作在380 V下或者电机的反电势比较大时，要选用MOC308X系列。

　　3、软件设计控制器的软件

　　主要是由主程序、人机界面处理程序及自动调试、故障处理、A /D转换和数据处理、手动操作故障处理等子程序组成。主程序流程如图4所示。

　　在执行过程中，判断各种故障状态，发现故障，立即报警显示，同时输出一组继电器开关量信号给用户，并切断电机电源。

　　系统采用4个键复用的方法实现对系统的控制及参数设定。4个键的定义分别为F（Function）、U（Up）、D（Dowm）、S（Shift）。F为功能键，按此键进入设置菜单，多次按F键后可退出菜单。U、D键分别代表增加和减小当前数值或进行参数选择，在手动操作中代表向上或向下指令。S为切换键，可以改变当前输入焦点，配合U、D键，可以很方便的实现任意数字的输入。

[1] [2] [3]