산업 제어 시스템에서 전동 실행기는 전기 단위 콤비네이션 미터에서 매우 중요한 실행 단위입니다. 제어 회로와 실행 기관으로 구성되며, 둘 다 회로에서 완전히 독립적입니다. 조절기에서 나오는 전기 제어 신호를 수신하고, 선형 변환을 기계적 각도 또는 선형 변위로 변환하고, 이를 사용하여 댐퍼, 댐퍼, 밸브 등의 조정 메커니즘을 조작하여 자동 제어를 가능하게 합니다. 최근 몇 년 동안 마이크로전자 기술과 제어 기술이 급속히 발전하면서 전동 실행기도 급속히 발전해 왔으며, 특히 외국의 일부 업체들은 최근 몇 년 동안 필드 버스 통신 프로토콜을 갖춘 기존의 스마트 전동 실행기를 속속 내놓았고, CAN 스마트 전동 실행기는 가장 유망한 것이다.
본 문서에 설명된 CAN 지능형 전동 실행기는 브러시리스 DC 모터 제어를 사용하여 제어 정확도가 높고 디지털 밸브 비트 감지를 구현하여 밸브 비트 측정의 정확도와 신뢰성을 높이고 현재 일반적으로 사용되는 전위기 및 차동 변압기의 시뮬레이션 측정 방법을 대체할 수 있습니다.
제어 회로의 하드웨어 설계
CAN 지능형 전동 실행기의 원리 구조는 그림 1 에 나와 있습니다.
전체 회로는 주로 단일 칩 P89C58 기반 호스트 부분, SJA 1000, 82C250 및 광전 격리 회로로 구성된 CAN 버스 제어 및 인터페이스 부분, 브러시리스 DC 모터 전용 제어 칩 MC33035 로 구성된 모터 제어 부분, 밸브 위치 감지 부분 및 LCD 디스플레이 부분으로 구성됩니다.
1 CAN 버스 및 인터페이스 섹션
CAN 버스 제어 및 인터페이스는 그림 2 와 같이 주로 독립형 CAN 통신 컨트롤러 SJAl000, CAN 버스 트랜시버 82C250 및 고속 옵토 커플러 6N 137 을 포함합니다. 단일 칩 P89C58 은 먼저 SJA 1000 을 초기화하고 SJA 1000 을 제어하여 데이터 통신 작업을 수행합니다. SJA 1000 의 ADO~AD7 은 89C52 의 P0 포트, CS 는 89C52 의 P2.0 포트, 기타 핀은 연결에 해당합니다.
CAN 버스 노드의 간섭 방지 기능을 향상시키기 위해 SJA 1000 의 TX0 및 RX0 은 82C250 의 TXD 및 RXD 에 직접 연결되지 않고 고속 옵토 커플러 6N 137 을 통해 82C250 에 연결되므로 버스의 CAN 노드가 잘 구현됩니다. 82C250 과 CAN 버스의 인터페이스도 일정한 안전과 간섭 방지 조치를 취했다. CANH 와 CANL 핀과 CAN 버스 사이에 5 오메가 저항을 연결하면 82C250 을 과전류 충격으로부터 보호할 수 있습니다. 소형 콘덴서는 또한 CANH 와 CANL 핀에 병렬로 연결하여 버스의 고주파 간섭을 필터링하고 전자기 방사를 방지할 수 있습니다. 82C250 의 Rs 핀에는 버스의 통신 속도에 따라 적절히 조정할 수 있는 램프 저항이 있습니다. 일반적으로 16 에서 140 kω 사이입니다.
2 모터 제어 회로
전기 실행 기관의 모터 제어 칩은 Anson 이 개발한 고성능 2 세대 단위인 브러시리스 DC 모터 컨트롤러 MC33035 를 사용합니다. 컨트롤러에는 정확한 정류 시간과 센서 온도를 보정하는 참조 수준에 사용할 수 있는 회전자 위치 디코더가 포함되어 있습니다. 또한 주파수 프로그래머블 톱니 발열기, 오류 신호 증폭기, 펄스 변조기 비교기, 3 개의 컬렉터 개방 상단 구동 출력 및 3 개의 고전류 토템 기둥 하단 출력이 있어 구동 전력 MOSFET 에 적합합니다. 모터 제어 회로의 원리 모듈은 그림 3 에 나와 있습니다.
모터 제어 회로의 기능에는 PWM 개방 루프 속도 제어, 제어 및 정방향 제어가 포함됩니다. 4- 10 비트 디코더/드라이브 74LS 145 의 기능을 사용하여 모터의 속도를 제어할 수 있습니다. 신호는 단일 칩 P89C58 에 의해 제공되고 분압 회로를 통해 핀 속도 전압에 제공됩니다.
모터의 제어 및 정방향 제어 신호도 단일 칩 마이크로 컴퓨터에 의해 제어되며, 단일 칩 마이크로 컴퓨터는 89C205 1 으로 수평 신호를 전송하고, 수평 변환 후 MC33035 로 출력되는 해당 핀으로 모터의 작동 상태를 제어합니다.
3 밸브 위치 검출 회로 및 액정 디스플레이
밸브 위치의 디지털 감지를 위해 A/D 변환 회로는 ADI 의 16 비트-△ (전하 균형) A/D 변환기 AD7705 를 사용합니다. AD7705 에는 버퍼와 게인 프로그램 가능 증폭기 (PGA), 시그마-델타 변조기, 프로그래밍 가능한 디지털 필터 등으로 구성된 프런트 엔드 아날로그 조정 회로가 내장되어 있습니다. 센서의 서로 다른 스윙 범위 내의 신호를 A/D 변환기 전체 범위 전압 근처로 직접 확대한 다음 A/D 변환을 수행하여 비선형 16 비트 오류 없는 데이터 출력을 0.003% 로 만들 수 있습니다. 게인 및 데이터 출력 업데이트 속도는 프로그래밍할 수 있으며 입력 시뮬레이션 버퍼, 자체 교정 및 시스템 교정 모드도 선택할 수 있습니다. 외부 고정밀 전도성 플라스틱 전위기 센서를 통해 참조 전압 값을 분압하여 얻은 전압 값은 밸브 비트 값을 반영합니다.
이 시스템은 모든 컨트롤러, 스캔 회로 및 디스플레이 RAM 이 LED 백라이트가 있는 LCD 뒷면에 통합된 128×64 도트 매트릭스 LCD 를 사용합니다. 이 모듈은 단일 전원 공급 장치를 사용하며 대규모 래스터 디스플레이 컨트롤러 KS0 107, LCD 어레이 구동 회로 KS0 108, 디스플레이 메모리 및 LCD 디스플레이로 구성됩니다.
지능형 액추에이터의 소프트웨어 설계
소프트웨어 설계는 주로 CAN 버스 통신 모듈, 전동 실행기 제어 및 LCD 디스플레이의 세 가지 측면으로 구성됩니다.
CAN 버스의 통신 부분은 SJA 1000 을 초기화할 수 있으며 초기화가 완료된 후 정상 작동 상태로 돌아가고 버스를 통해 실행 기관의 작업을 상위 컴퓨터로 전송하며 운영자는 상위 컴퓨터에서 제어 명령을 실행하여 실행 기관을 조작할 수 있습니다.
전동 액추에이터의 제어 부분은 주로 밸브의 위치 제어 기능을 실현하거나 모터의 회전 속도를 제어하여 밸브의 폐쇄 속도를 제어할 수 있습니다. LCD 표시 섹션은 주로 밸브의 밸브 위치 및 실행 기관의 작동 상태를 표시하고, 상위 컴퓨터가 실행 기관에 전송하는 제어 신호를 표시할 수 있습니다.
시스템의 프로그램 흐름은 그림 4 에 나와 있습니다.