CN201177763Y - 新型智能电动执行器 - Google Patents

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李立敏
马秀坤
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Abstract

一种新型智能电动执行器，包括一个发出控制指令的嵌入式微处理器、一个向控制器输入检测信号的非接触式霍尔传感器阀位检测模块、A/D转换模块、D/A转换模块、电源模块和密封的外壳，上述A/D转换模块和D/A转换模块与嵌入式微处理器之间分别连接光电隔离器；嵌入式微处理器的经Modbus现场总线通讯模块与上位机连接，另一个信号输出端与晶闸管控制极连接，晶闸管驱动模块的输出与电机连接，电机驱动电动执行机构与控制阀***；嵌入式微处理器分别与液晶显示模块和一个红外接收器信号连接，上述红外接收器接收手持遥控器的无线信号。大大提高了电动执行器的控制精度和可靠性，实现了数字化、智能化、网络化。

Description

新型智能电动执行器
(一)技术领域
本实用新型涉及一种电动执行器。
(二)背景技术
电动执行器用途广泛，其性能的好坏直接影响到行业发展、产品质量与经济效益，现有的电动执行器、尤其是高端执行器尚不能满足许多重点行业关键设备的需要，其控制器大多与模拟或运算放大器等诸多硬件连接，位置检测采用塑导电位器，数字化、智能化、网络化水平较低，存在着可靠性较差、精度较低的问题。
(三)实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种新型智能电动执行器，要解决现有电动执行器可靠性较差、精度较低、数字化、智能化、网络化等功能不足等问题。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
这种新型智能电动执行器，包括一个向电机与执行机构发出控制指令的控制器、一个向控制器输入检测信号的位置检测模块、与控制器信号输入端连接的A/D转换模块、与控制器信号输出端连接的D/A转换模块、电源模块和外壳，其特征在于：上述控制器是嵌入式微处理器，上述位置检测模块是非接触式霍尔传感器阀位检测模块，上述A/D转换模块和D/A转换模块与嵌入式微处理器之间分别连接光电隔离器。
嵌入式微处理器通过Modbus现场总线通讯模块与上位机的通讯端连接。
嵌入式微处理器的一个信号输出端与晶闸管驱动模块的控制极连接，晶闸管驱动模块由电源模块供电，晶闸管驱动模块的输出与电机连接，电机驱动电动执行机构与控制阀***。
嵌入式微处理器的一个信号输出端与液晶显示模块的信号输入端连接。
嵌入式微处理器的另一个信号输出端与一个红外接收器信号连接，红外接收器接收手持遥控器的无线信号。
上述嵌入式微处理器的型号是ATmega64-16AI或ATmega128。
上述晶闸管驱动模块是单相晶闸管驱动模块或三相晶闸管驱动模块。
上述电机与执行机构是单相电机与执行机构或三相电机与执行机构。
上述外壳是防水、防爆外壳。
本实用新型集控制、测量、决策、执行等功能于一体，提高了控制精度和可靠性，实现了数字化、智能化、网络化。与现有技术相比本实用新型具有以下特点和有益效果：
1.控制器采用嵌入式微处理器，以嵌入式微处理器为核心硬件，采用适合于单相、三相多种执行器系列的智能控制软件，实现了电动执行器的位置跟踪、精确定位、转向切换、柔性起停等多种功能控制。具有数字控制、智能控制、总线通讯、人机交互、可靠性高、适用性广、品质好、软硬件模块化的优点。控制程序采用智能控制策略，实现了对电动执行器的数字控制，适用于单相、三相多种系列电动执行器。
2.位置检测模块
采用位置非接触数字式检测手段，采用非接触式霍尔传感器阀位检测模块，简化了机械结构，直接输出数字信号，实现了准确定位。并实时检测执行机构的行程，精确地把数字信号转换成标准的4～20mADC的反馈信号，提高了智能电动执行器的精确度、可靠性和稳定性。
3.多方式人机信息交互
现场参数可通过LED在线显示、手持设定器设置与修改、也可通过Modbus总线通讯模块与上位机进行信息交互。提高了电动执行器的总线通信能力。
采用液晶显示技术，高清晰液晶数字显示窗口配有背光照明***和红、绿、黄色三个LED指示灯，不论在晚上或恶劣的环境中，准确地显示出执行器的阀位给定、阀位实际值、正反向逻辑、相序、时间、各种故障状态等重要信息。
***参数设定方便，采用先进的红外传感技术，利用手持设定器，在无需打开执行器外壳的情况下，通过手持设定器对执行器的阀位、时间、限位、控制等进行参数设定及无线连接，满足全封闭的防爆要求。
采用VC++设计上位测试软件平台，通过现场总线MODBUS-RTU总线接口实现上位机与下位机的通讯，进行在线监控多参数、多画面、多台执行器的工作状态、数据显示、参数修改等功能。
4.就地/远程操作
采用磁性非接触性开关，通过控制执行器内部磁簧片进行控制，触点小，应答速度快，实现就地/远程操作控制，方便灵活，具有远程联网通信能力。
5、故障自诊断与保护功能丰富。譬如：过流故障采用先硬件保护，后软件报警方式，确保驱动电路不易损坏；对于三相电动机自动增加缺相保护，而对于单相电动机该功能自动禁止；上电自动检测相序，并根据实际结果改变执行器的运动方向。
6、模块化结构设计
本实用新型是阀门执行机构、电源和控制器的融合，将先进的机械制造技术、生产工艺、双密封技术与控制技术结合为一体，以嵌入式微处理器ATmega64-16AI为核心，以非接触式霍尔传感器阀位检测模块、A/D、D/A转换模块、晶闸管驱动模块、电源模块、液晶显示模块、手持设定器模块、Modbus现场总线通讯模块、电机与执行机构模块等为***设备，采用模块化设计，结构紧凑，运行稳定，操作方便，外型美观。
7.相序自动检测
由于电机输出轴的转速能够跟随位置误差的大小而自适应地变化，对保证跟踪位置精度，减少起停对阀门机械的冲击是非常有利的。在电动执行机构内部预设相同步器监视三相电源的相序，当三相电源的相序错误时，相同步器会自动改正相位，以确保阀门按控制器的指令方向执行。
6.故障自诊断与多重保护
设计了完善的保护措施，如阀位保护、过热保护、过流保护、过电压保护、堵转保护、瞬时逆转保护、联锁保护、缺相保护、掉电保护、ESD紧急保护等。当执行器发生故障时，控制器智能自诊断功能自动检错与报警，显示执行器的故障原因，运行状态，报警信号等，缩短用户排除故障的时间，使执行器恢复到正常工作。
7.断电显示
该执行器的电源是单、三相交流电220VAC，380VAC，为防止意外掉电，在执行器内部配有后备电池。一旦出现断电，后备电池会自动接通供电线路，对通讯、记录及显示等功能模块提供充裕的电能，电源管理模块会自动管理电源电量。
8.非侵入式设计
该智能电动执行器采用非侵入式设计，部件密封在标准为IP68的双密封防水外壳内，产品防爆等级达到BT4及CT4。采用条状磁钢控制干簧管的非侵入式设计，触点小，对电气信号应答速度快，使电动执行机构的控制更加精确。
本实用新型广泛应用在石油、化工、电力、能源、钢铁、水利、机械、轻工、环保、城市供水、污水处理、智能大厦等各个领域。
(四)附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型的***结构框图。
(五)具体实施方式
实施例参见图1所示，这种新型智能电动执行器，包括一个向电机与执行机构发出指令的控制器、一个向控制器输入检测信号的位置检测模块、与控制器信号输入端连接的A/D转换模块、与控制器信号输出端连接的D/A转换模块、电源模块和密封外壳。其特征在于：上述控制器采用ATmega64-16AI或ATmega128嵌入式微处理器，上述位置检测模块采用非接触式霍尔数字传感器阀位检测模块，上述A/D转换模块和D/A转换模块与嵌入式微处理器之间分别连接光电隔离器，使传输信号免受干扰。
嵌入式微处理器经Modbus现场总线通讯模块与上位机的信号端连接，用于实现人机信息交互操作。
晶闸管驱动模块接收嵌入式微处理器的放大后的输出信号，并输出电压控制电机与执行机构运行。晶闸管驱动模块是单相晶闸管驱动模块或三相晶闸管驱动模块。
电源模块向晶闸管驱动模块和电机与电机供电。可以是单相电源模块、三相电源模块。
液晶显示模块接收嵌入式微处理器的输出信号，并显示出执行器的阀位给定、阀位实际值、正反向逻辑、相序、时间、各种故障状态等图象信息。手持遥控器向红外接收器发射红外信号，通过操作就地/远程操作按钮，可实现多方式人机信息交互。
电机可采用单相电机和三相电机，电动执行机构可以是直行程和角行程。为减小阀位误差，上述电机同轴安装非接触式霍尔传感器阀位检测模块，采用非接触式霍尔传感器检测。
在电动执行机构内部可以预设相同步器，电机的相序信息输入嵌入式微处理器。当三相电源的相序错误时，相同步器会自动改正相位，以确保阀门按控制器的指令方向执行。

Claims (5)

1.一种新型智能电动执行器，包括一个向电机与执行机构发出控制指令的控制器、一个向控制器输入检测信号的位置检测模块、与控制器信号输入端连接的A/D转换模块、与控制器信号输出端连接的D/A转换模块、电源模块和外壳，其特征在于：上述控制器是嵌入式微处理器，上述位置检测模块是非接触式霍尔传感器阀位检测模块，上述A/D转换模块和D/A转换模块与嵌入式微处理器之间分别连接光电隔离器；
嵌入式微处理器通过Modbus现场总线通讯模块与上位机的通讯端连接；
嵌入式微处理器的一个信号输出端与晶闸管驱动模块的控制极连接，晶闸管驱动模块由电源模块供电，晶闸管驱动模块的输出与电机连接，电机驱动电动执行机构与控制阀***；
嵌入式微处理器的一个信号输出端与液晶显示模块的信号输入端连接；
嵌入式微处理器的另一个信号输出端与红外接收器信号连接，红外接收器接收手持遥控器的无线信号。
2.根据权利要求1所述的新型智能电动执行器，其特征在于：上述嵌入式微处理器的型号是ATmega64-16AI或ATmega128。
3.根据权利要求1所述的新型智能电动执行器，其特征在于：上述晶闸管驱动模块是单相晶闸管驱动模块或三相晶闸管驱动模块。
4.根据权利要求1所述的新型智能电动执行器，其特征在于：上述电机与执行机构是单相电机与执行机构或三相电机与执行机构。
5.根据权利要求1所述的新型智能电动执行器，其特征在于：上述外壳是防水、防爆外壳。
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