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氣動(dòng)閥門(mén)執(zhí)行器的控制方式與工作原理?

由于現(xiàn)在的操控方式和手段越來(lái)越多,在實(shí)際工業(yè)生常和工業(yè)操控中,用來(lái)操控氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方法也很多,常用的有以下幾種。
(一)基于單片機(jī)開(kāi)發(fā)的智能顯示儀操控 智能顯示儀是用來(lái)監(jiān)測(cè)閥門(mén)工作狀態(tài),并操控閥門(mén)執(zhí)行期工作的儀器,它通過(guò)兩路位置傳感器監(jiān)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),通過(guò)編程記錄閥門(mén)開(kāi)關(guān)的數(shù)字,并且有兩路與閥門(mén)開(kāi)度對(duì)應(yīng)的4~20mA顯示及兩足常開(kāi)常閉顯示觸點(diǎn)。通過(guò)這些顯示信號(hào),操控閥門(mén)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。根據(jù)系統(tǒng)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(shè)計(jì):模擬部分、數(shù)字部分、按鍵/顯示部分。 1、模擬電路部分主要包括電源、模擬量輸入電路、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(shù)字電路和顯示的能源供應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)閥門(mén)開(kāi)讀的遠(yuǎn)程操控,需要將閥門(mén)的開(kāi)度信息傳送給其他的操控儀表,同時(shí)操控儀表能從遠(yuǎn)方制定閥門(mén)為某一開(kāi)度,系統(tǒng)需要1路4~20mA的模擬量輸入信號(hào)和1~2路4~20mA的模擬量顯示信號(hào)。模擬量輸入信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換變成與閥門(mén)開(kāi)度相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)后送給數(shù)字部分的單片機(jī),在單片機(jī)中對(duì)它進(jìn)行濾波處理后就可以顯示了。閥門(mén)的開(kāi)度信息通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換后變成模擬信號(hào)顯示,用來(lái)接顯示儀顯示閥門(mén)開(kāi)度或連接其他的操控設(shè)備。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中,所有的數(shù)字量數(shù)據(jù)均采用串行的輸入顯示方式,為了節(jié)省芯片資源和空間,輸入的4~20mA的模擬量在轉(zhuǎn)化為數(shù)字量時(shí),采用已有的4路DA芯片與單片機(jī)的系統(tǒng)資源相結(jié)合作8位的AD使用。 2、數(shù)字電路部分主要包括:?jiǎn)纹瑱C(jī)、掉電保護(hù)、兩路監(jiān)測(cè)脈沖輸入信號(hào)、兩路常開(kāi)常閉轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)顯示。 在設(shè)計(jì)方案中選用目前普遍使用的51系列單片機(jī)AT89C4051。AT89C4051是一款低電壓、高性能的CMOS8位微操控器,它具有4K字節(jié)的可擦除、可重復(fù)編程的只讀閃存。通過(guò)在單芯片內(nèi)復(fù)合一個(gè)多功能的8位CPU閃存,在性能、指令設(shè)定和引腳上與80C51和80C52完全兼容。 考慮到在系統(tǒng)掉電或重新啟動(dòng)時(shí),需要保持先前在儀表中設(shè)置的一些閥門(mén)參數(shù),而單片機(jī)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器不具備掉電存儲(chǔ)功能,所以在片外擴(kuò)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(jiān)控和串行EEPROM3種功能于一身的可編程電路,這種組合設(shè)計(jì)可以減少電路對(duì)電路板空間的需求,X5045中的看門(mén)狗為系統(tǒng)提供了保護(hù),當(dāng)系統(tǒng)發(fā)送故障而超過(guò)設(shè)定時(shí)間時(shí),電路中的看門(mén)狗將通過(guò)RESET信號(hào)向CPU作反應(yīng)。X5045提供了三個(gè)時(shí)間值供用戶選擇使用。它所具有的電壓監(jiān)控功能還可以保護(hù)系統(tǒng)免受低電壓的影響,當(dāng)電源電壓降到允許范圍以下時(shí),系統(tǒng)將復(fù)位,直到電源電壓返回到穩(wěn)定值為止。X5045的存儲(chǔ)器與CPU可通過(guò)串行通信方式接口。共4069位,可以按512×8個(gè)字節(jié)來(lái)放置數(shù)據(jù)。 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(shù)據(jù)顯示端; SI:串行數(shù)據(jù)輸入端; SCK:串行時(shí)鐘顯示端; WP:寫(xiě)保護(hù)輸入端,低電平有效; RESET:復(fù)位顯示端; Vcc:電源端; Vss:接地端。 INA為輸入信號(hào),是由光電傳感器采集到的閥門(mén)脈沖信號(hào)(<10mA)。該信號(hào)經(jīng)旁路電容濾波后送入光耦,轉(zhuǎn)換成了顯示的OUT電壓信號(hào)送入單片機(jī)。顯示的電壓可直接進(jìn)入單片機(jī)的I/O口。在操控中,要求A、B兩路脈沖都接收到的時(shí)候,才認(rèn)為是由信號(hào)輸入,AB為正轉(zhuǎn),BA為反轉(zhuǎn)。只有一路信號(hào)輸入時(shí)不計(jì)數(shù)。 兩路常開(kāi)、常閉轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)顯示。用來(lái)連接電磁閥,通過(guò)操控電磁閥的吸合來(lái)操控氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作相應(yīng)的開(kāi)閥或關(guān)閥動(dòng)作。 3、顯示部分主要包括:?jiǎn)纹瑱C(jī)、4位LED顯示、3只狀態(tài)指示燈(自動(dòng)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn))、3只按鍵(MODE/SET鍵、上鍵、下鍵)。 顯示部分采用AT89C4051單片機(jī),用來(lái)操控4位LED顯示,且同數(shù)字部分的單片機(jī)進(jìn)行通訊,還要對(duì)操控儀的模式做相應(yīng)的選擇和操控。顯示儀上設(shè)計(jì)有3只狀態(tài)指示燈用來(lái)顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài):正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、自動(dòng);3只按鍵:MODE/SET鍵、上鍵、下鍵,操控執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作模式和一些參數(shù)的初始化。這3部分通過(guò)接口連接,構(gòu)成一個(gè)完整的操控系統(tǒng),可以對(duì)一些類(lèi)似氣動(dòng)馬達(dá)等的 氣動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)行操控。在實(shí)際應(yīng)用中基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)先要求的各種性能指標(biāo)。 (二)利用PLC來(lái)操控的系統(tǒng) PLC在操控系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,由于本方案是在OMRON的PLC上面作的開(kāi)發(fā),所以以O(shè)MRON的PLC來(lái)作介紹。 硬件組成:1臺(tái)計(jì)算機(jī),1套PLC(包括CPU,I/O模塊,ID212,OC224,AD003模塊),2個(gè)繼電器,2個(gè)電磁閥,1個(gè)氣動(dòng)閥門(mén)執(zhí)行器。 其組成原理為:由PC機(jī)通過(guò)RS-232串口通訊連接OMRON的PLC,對(duì)PLC進(jìn)行編程和監(jiān)控。PLC的I/O模塊分別接入輸入、顯示信號(hào),其中輸入模塊連接到閥門(mén)上的兩個(gè)位置傳感器,通過(guò)PLC的輸入模塊ID211的指示燈亮的先后順序來(lái)顯示閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。輸入模塊接收兩路閥門(mén)檢測(cè)脈沖輸入,即脈沖A與脈沖B。在運(yùn)行狀態(tài)下,脈沖A輸入時(shí)指示燈A亮,脈沖B輸入時(shí)指示燈B亮。輸入順序?yàn)锳B,表示開(kāi)閥。輸入順序?yàn)锽A表示關(guān)閥。閥門(mén)檢測(cè)脈沖A和B信號(hào)必須部分疊加,否則不能正常檢測(cè)閥門(mén)開(kāi)度。 通過(guò)PLC的顯示模塊OC225操控兩個(gè)繼電器,繼電器具有兩組常開(kāi)常閉顯示觸點(diǎn),1組為開(kāi)閥顯示觸點(diǎn),1組為關(guān)閥顯示觸點(diǎn)。開(kāi)閥時(shí),當(dāng)閥門(mén)開(kāi)度大于或等于所設(shè)閥門(mén)限位值時(shí)開(kāi)閥顯示觸點(diǎn)動(dòng)作,閥門(mén)開(kāi)度小于所設(shè)閥門(mén)限位值時(shí)開(kāi)閥顯示觸點(diǎn)動(dòng)作,發(fā)明開(kāi)度小于所設(shè)閥門(mén)限位值時(shí)開(kāi)閥顯示觸點(diǎn)復(fù)位。關(guān)閥時(shí),當(dāng)閥門(mén)關(guān)到零位且21s內(nèi)無(wú)脈沖輸入時(shí)關(guān)閥顯示觸點(diǎn)動(dòng)作;若21s內(nèi)有脈沖輸入,則延時(shí)21s關(guān)閥顯示觸點(diǎn)動(dòng)作。通過(guò)繼電器的吸合來(lái)操控兩個(gè)電磁閥的開(kāi)關(guān),電磁閥打開(kāi)后,便可以操控氣動(dòng)閥門(mén)執(zhí)行器使得閥門(mén)做相應(yīng)的開(kāi)閥或關(guān)閥動(dòng)作。同時(shí)接近傳感器把閥門(mén)的開(kāi)關(guān)情況再傳送到PLC中,并同要求的閥門(mén)開(kāi)度作比較,直到符合要求為止。 自動(dòng)歸零與自動(dòng)調(diào)滿:操控系統(tǒng)具有自動(dòng)歸零與自動(dòng)調(diào)滿功能,當(dāng)閥門(mén)開(kāi)度小于歸零范圍值或閥門(mén)開(kāi)度距滿量程小于滿度調(diào)節(jié)范圍值,且時(shí)間大于或等于所設(shè)值穩(wěn)定時(shí)間值時(shí),PLC自動(dòng)操控閥門(mén)進(jìn)行歸零或自動(dòng)調(diào)滿。 在實(shí)驗(yàn)中,由閥門(mén)上的位置傳感器計(jì)算閥門(mén)的開(kāi)度。 當(dāng)閥門(mén)先離開(kāi)A傳感器,后離開(kāi)B傳感器時(shí),表示閥門(mén)在關(guān)閥。當(dāng)閥門(mén)先離開(kāi)B傳感器,后離開(kāi)A傳感器時(shí),表示閥門(mén)在開(kāi)閥。傳感器接收到的是一個(gè)脈沖信號(hào),通過(guò)位置傳感器的采集信號(hào)來(lái)記下閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 在上位機(jī)中用編程軟件CX-programmer編寫(xiě)梯形圖,然后把梯形圖下載到PLC中運(yùn)行,在上位機(jī)的組態(tài)軟件中進(jìn)行操控和監(jiān)控,閥門(mén)開(kāi)關(guān)量的多少可由組態(tài)軟件界面輸入的圈數(shù)值確定。組態(tài)界面做好后,開(kāi)閥、關(guān)閥、停止、總開(kāi)關(guān)等控件的操控和動(dòng)作可以直接在組態(tài)界面中很直觀形象地進(jìn)行操作。 氣動(dòng)閥門(mén)執(zhí)行器工作原理 利用壓縮空氣推動(dòng)執(zhí)行器內(nèi)多組組合氣動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng),傳力給橫梁和內(nèi)曲線軌道的特性,帶動(dòng)空芯主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),壓縮空氣氣盤(pán)輸至各缸,改變進(jìn)出氣位置以改變主軸旋轉(zhuǎn)方向,根據(jù)負(fù)載(閥門(mén))所需旋轉(zhuǎn)扭矩的要求,可調(diào)整氣缸組合數(shù)目,帶動(dòng)負(fù)載(閥門(mén))工作。 兩位五通電磁閥通常與雙作用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)配套使用,兩位是兩個(gè)位置可控:開(kāi)-關(guān),五通是有五個(gè)通道通氣,其中1個(gè)與氣源連接,兩個(gè)與雙作用氣缸的外部氣室的進(jìn)出氣口連接,兩個(gè)與內(nèi)部氣室的進(jìn)出氣口接連。
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