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1、化工自动化及仪表,2010,37(4):64～66检测与仪表ControlandInstrumentsinChemicalIndustry智能阀门定位器的研究与开发李颀,栾翔鹤(陕西科技大学电气与信息工程学院,西安710021)摘要:调节阀是一种重要的执行器,阀门定位器是主要附件之一。传统定位器行程和零点调整时需反复调整,调校麻烦、功能单一、可扩充性差。而智能阀门定位器以微控制器为核心,运用基于灰色预测的PID2模糊控制算法产生相应控制信号,使阀芯准确定位。经仿真表明,智能阀门具有很高的控制精度和抗干扰能力。关键词:定位器;
2、单片机;模糊控制;PID;灰色预测中图分类号:TP214文献标识码:A文章编号:100023932(2010)04200642031引言AVR系列的ATmega16单片机。这种芯片工作电压阀门是管道系统中应用最广泛的执行机构。可为4.5～5.5V,其有40个管脚,串行通信可选择异以用来截断或调节管道系统中的介质流量,在工业步或同步通信,芯片内部有八路10位A/D转换器,生产和人民群众生活中发挥着重要的作用。国外已综合功能和成本都比较合适。从生产机械式,电子式过渡到智能型和总线型的电2.2硬件电路设计气阀门定位器,其技术特点包
3、括:具有人机交互功硬件电路设计的系统总体框图如图1所示。能,采用工作参数组态通用性强,安装自动调校,故障诊断与处理,采用数字信号传输以及高的技术性能指标。我国目前生产的阀门定位器大都是基于喷嘴挡板工作原理的机械式定位器,品种多通用性差,零件多结构复杂,安装调校费力,故障率高维护困难,功能简单,性能指标差。所以对智能阀门定位器的研究与开发迫在眉睫。以单片机为核心的智能阀门定位器的原理与一般定位器是不同的。它采用的是以单片机为核心的图1系统整体框图控制电路,它接受来自调节器的设定阀门开度的电由执行机构反馈回来的实际阀门开度经过前
4、端流信号,用这个信号与从阀位传感器反馈回来的实处理电路输入到单片机,单片机将此信号和设定的际开度信号进行比较,如果微处理器得到一个偏差阀门开度相比较,得到阀门开度偏差与偏差变化率,信号,就输出一个相应的信号去控制执行机构。如经过我们的算法处理,单片机将根据算法得出的不果反馈信号比设定信号大,则控制气缸排气;如果反同结果发出一定宽度的脉冲信号去控制执行机构。馈信号比设定信号小,则控制气缸进气;如果两个信与此同时,液晶显示模块将实际阀门开度和设定阀号相等,则执行机构不动,从而达到阀芯的准确定门开度显示出来,单片机通过RS485通
5、讯接口将数位。①据传送给上位机。电源模块给单片机和外部设备分2系统的硬件设计别提供5V和12V的电压。键盘模块主要功能为2.1芯片选择设定阀门开度。报警模块将在阀位大于整个行程的AVR系列的ATmega16单片机为高性能,低功90%或小于整个行程的10%时和单片机出现故障耗的八位微处理器,其利用精简指令集,系统工作相时报警提示相关操作人员。而遥控模块的设计是为对稳定,处理能力强。另外它集成了丰富的外围模了避免操作人员爬高的不方便。整个电路实施方式块,A/D模块,D/A模块,看门狗电路等,在利用时大大减少了空间体积。由于AVR
6、系列单片机具有①收稿日期:2010201227(修改稿)超低功耗,处理数据强大,考虑到以后在算法中要运基金项目:陕西省2007年西安市科技创新支撑计划项目用灰色预测时需要大量运算,综合考虑我们选择(YF07031) 第4期 李 颀等.智能阀门定位器的研究与开发·56·如下。压进行变压处理,这里用专用芯片LM317。电压通(1)前端处理电路:如图2所示,将传感器反馈过变压转变为+12V和+5V电压输出。分别给运回来的实际阀门开度4～20mA的电流经过电阻的放和其他元器件供电。R8的作用是调节输出电压,转换
7、变为电压,再经过电容的滤波,最后进入LM258D2,D3主要是起保护电路作用,电容在这里起稳压电压跟随器对电压起稳压作用,最后输入到单片机作用,如图3所示。的PA0口。由于4～20mA的电流经过电阻的转换是无法到达0～5V的电压,这就引起对阀门开度反馈的不准确,影响控制效果。所以我们在单片机的PA1口和电源之间加一个电位器,在程序里我们可以将PA0口的值减去PA1口的值,这样我们可以得到更为准确的阀门开度。(2)电源模块设计:ATmega16需要5V电压供电,有的外设需要12V电压供电,要对输入电源电图2 前端处理电路图图3
8、 电源模块电路图(3)键盘模块、RS485通讯电路及显示电路等:(1,1)模型的基础上,所以它不需要建立被控对象键盘模块采用四位独立式。RS485通讯电路模块选的数学模型,而且具有较强的自适应性,需要的原始择专用芯片MAX485,MAX485为单电源5V供电,数据少,计算量小,使用简单且速
