電動執行器設計

　　隨著工業生產自動化水平的提高，傳統電子式電動執行器在功能、精度、性價比等方面已難以滿足實際應用需求。作者研制了以MSP430F449單片機為信息處理單元，具有現場總線通信、智能控制和網絡化管理功能的新型網絡化電動執行器，并開發了基于虛擬儀器的上位機系統和便攜式控制器，提高了電動執行器的可操作性和可靠性。
　　
　　1、網絡化電動執行器的構成
　　
　　網絡化電動執行器系統主要包括網絡化電動執行器、現場總線轉換、便攜式控制器和上位機系統等4部分。網絡化電動執行器根據給定量與反饋量的偏差控制電機運行；現場總線轉換是通過通信協議轉換，實現RS-485總線與其它不同現場總線的轉換連接，便于網絡化電動執行器匹配各類型過程控制系統；便攜式控制器是用于實現網絡化電動執行器各項參數簡便設定的設備，可以通過紅外通信實現執行器各項參數快速設置；基于虛擬儀器技術的上位機系統是網絡化電動執行器遠程管理平臺，可以通過RS-485總線實現電動執行器的操作和管理，并可以接入以太網實現遠程控制。
　　　　
　　2、電動執行器控制單元電路設計
　　
　　電動執行器控制單元的結構如圖3所示，采用TI公司生產的MSP430F449單片機作為信息處理單元，該單片機含有8通道12位ADC（模數轉換器，zui大采樣速率200kPs）和片內溫度傳感器，能夠滿足網絡化電動執行器功能設計要求。網絡化電動執行器通過RS-485總線與上位機系統通信，通過紅外通信方式與便攜式控制器通信。執行器可以直接與DDZⅢ型設備連接，由單片機自帶的ADC對調節器輸出的DDZ-Ⅲ型信號（4～20mA或者1～5V直流信號）采樣后進行處理。執行器利用單片機內嵌的溫度傳感器實現對控制電路單元實時溫度測量，并采用12位的數字溫度傳感器（DS18B20）對電機溫度進行實時測量；調節閥的位置反饋信號由安裝在電機傳動軸上的光電編碼盤獲得。
　　　　
　　單片機通過計算給定與反饋的偏差，按照預定的控制方法輸出電機驅動信號，經光電隔離后驅動電機運行。為防止執行器越限損壞設備，網絡化電動執行器安裝了行程開關進行限位檢測與保護。發生故障時，網絡化電動執行器可切換到手動模式，通過手動操作控制電機運行。
　　
　　2.1電機驅動電路
　　
　　網絡化電動執行器必須具備正反運行功能，因此選用無觸點的固態繼電器作為單相電機正反轉及起?？刂破骷Ｈ鐖D4所示，由邏輯門電路和達林頓驅動器（MC1413）組成正反轉控制電路。MSP430F449單片機的輸出端信號（X2，X4）經觸發邏輯控制電路處理后，控制固態繼電器的通斷。
　　　　
　　電路中非門（74HC04）和與門（74HC08）對信號進行互鎖，防止正、反轉信號同時導通。MC1413為反相驅動器，起到吸收電流的作用，當MC1413輸出低電平時，控制固態繼電器SSR導通，從而驅動電機運轉。當X4輸出高電平，X2輸出低電平時，接通電機的正繞組，電機正轉；當X2輸出高電平，X4輸出低電平時，接通電機的反繞組，電機反轉；當X4，X2均輸出高電平時或均輸出低電平時，電路自鎖，電機停轉。
　　
　　M為電機繞組，R51，R52，C50，C51是吸收電路，RV是氧化鋅壓敏電阻，共同起到保護固態繼電器的作用。對電機繞組加交流電源，測得電壓U、電流I、頻率f，電機繞組阻值R，根據式（1）可以計算出電容C53配置的理論值