電動控制閥執(zhí)行機構(gòu)控制器設(shè)計與實現(xiàn)

史可任

【摘?要】電動控制閥是工業(yè)自動化發(fā)展的產(chǎn)物，其執(zhí)行機構(gòu)已經(jīng)大量應(yīng)用于工業(yè)管道和流體控制等工業(yè)場合。隨著我國工業(yè)自動化的發(fā)展，市場對閥門啟閉程序的反應(yīng)速度和精確程度也有了嚴格的要求，強化執(zhí)行機構(gòu)的性能、優(yōu)化控制系統(tǒng)的設(shè)計就成為控制閥行業(yè)發(fā)展的當務(wù)之急。本文首先從電動控制閥整體系統(tǒng)的設(shè)計出發(fā)，詳細說明其各部分結(jié)構(gòu)的要點，并對閥門控制系統(tǒng)的設(shè)計要求進行總結(jié)，致力于實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)控制器的最優(yōu)化設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】電動控制閥;執(zhí)行機構(gòu);控制器設(shè)計

0 引言

閥門的執(zhí)行機構(gòu)，在整個控制系統(tǒng)中都極為關(guān)鍵，是其重要的設(shè)備組成。按照執(zhí)行機構(gòu)運行的能源供應(yīng)情況，可以將其分為氣動式、液動式和電動式三種，其中電動式以其高精度和控制靈活的優(yōu)勢逐漸得到市場的認同。在智能技術(shù)高速發(fā)展的今天，閥門的控制器也更趨向智能化，電動控制系統(tǒng)也逐漸實現(xiàn)新的發(fā)展。

1 電動控制閥執(zhí)行機構(gòu)控制器的整體設(shè)計

一直以來，國內(nèi)生產(chǎn)的閥門在使用性能上，與國外產(chǎn)品還存在著一定的差距，國內(nèi)產(chǎn)品在市場競爭上處于弱勢。在近年來國產(chǎn)觀念的推動下，我國的閥門行業(yè)迅速發(fā)展，其整體的性能逐漸提升，與國外先進生產(chǎn)技術(shù)的差距不斷縮小。執(zhí)行機構(gòu)是控制電動控制閥的關(guān)鍵性裝置。

根據(jù)不同用戶的需要，執(zhí)行控制器按照其性質(zhì)劃分為不同的模式，如實地控制閥門運行的就地模式，以按鈕控制閥門，有“維持式”按鈕操作和“脈沖式”兩種控制方式;還有遠程操作執(zhí)行機構(gòu)的遠程模式，有簡單控制閥門啟閉的“開關(guān)量式”，能在通信的情況下實現(xiàn)控制，還有能精準控制閥門啟閉程度的“模擬量式”，這兩種模式在市場上的應(yīng)用較為廣泛。

依據(jù)目前市場對閥門性能的要求，優(yōu)化其執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計就要從兩個方面出發(fā)，首先是硬件系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化，其基本架構(gòu)及模塊設(shè)定如圖1所示。

由設(shè)計圖可以看出，系統(tǒng)的整個構(gòu)架中最核心的部分是控制模塊，是維持系統(tǒng)正常運行、處理整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。該模塊是閥門控制器的核心組成，與其他部分的電路是緊密連接的，更是執(zhí)行機構(gòu)運轉(zhuǎn)和工作的有力保證。閥門系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計還應(yīng)考慮到整體的軟件功能，不斷提高控制器處理各類輸入信號的能力，同時強化其智能自檢的設(shè)計[1]。

閥門的執(zhí)行機構(gòu)主要就是根據(jù)系統(tǒng)的傳輸信號，對閥門進行相應(yīng)的啟閉操作，以實現(xiàn)相應(yīng)管道介質(zhì)流量的控制。執(zhí)行機構(gòu)的具體工作原理如圖2，由原理圖可知，該機構(gòu)主要由控制器（其功能是轉(zhuǎn)換系統(tǒng)傳達的執(zhí)行命令，操縱電機進行精準的運作）和執(zhí)行器（其功能是根據(jù)相關(guān)的控制命令，對閥門進行具體的驅(qū)動）組成，由圖2可以看出，執(zhí)行機構(gòu)還包括反饋檢測部分的工作，目的是檢查系統(tǒng)運作的精準度，并對出現(xiàn)的操作問題進行及時處理。

圖中的執(zhí)行器主要包括電機設(shè)備、系統(tǒng)傳動設(shè)備、切換設(shè)置以及最后的反饋檢測部分;而控制器包括CPU、接口模塊、供電設(shè)備以及信號轉(zhuǎn)換處理等模塊，這兩個大的部分是實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化最為重要的部分。

2 電動控制閥控制器的設(shè)計

控制器的設(shè)計同樣從軟硬件的優(yōu)化入手，具體包括各個模塊性能的強化，以及軟件各部分參數(shù)的優(yōu)化。

（1）閥門系統(tǒng)的硬件要求。首先是核心控制模塊，對電路單元進行最小化設(shè)計;合理分配其外設(shè)資源。在檢測系統(tǒng)的設(shè)計上，要切實保證其穩(wěn)定性，實現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制，所以就要給電路的設(shè)計提供優(yōu)質(zhì)的硬件配件;包括精準的閥位控制和及時的反饋檢測。接口模塊的設(shè)計方面，保證通信信號的傳送，強化開關(guān)量在信息發(fā)送和接受方面的效果。另外，有計劃地進行模擬量在上級控制信號方面的優(yōu)化工作，選擇具備較強抗干擾能力的通信電路，防止上級發(fā)送信號在傳輸?shù)倪^程中受到影響。最后是人機交互的設(shè)計，這個構(gòu)成部分涉及到操作和設(shè)置閥門系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，是保障用戶便捷操作的重要部分，按照控制方式的不同氛圍就地控制和遠程控制兩種方式。除此之外，閥門系統(tǒng)還應(yīng)該從LED指示燈、供電源和電機驅(qū)動等方面進行具體的設(shè)計優(yōu)化[2]。

（2）控制器的軟件要求。電動控制閥對軟件的要求也逐漸嚴格，目前較為常見的操作系統(tǒng)是嵌入式，具體的優(yōu)化要從軟件開發(fā)的環(huán)境、框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計、驅(qū)動類相關(guān)軟件以及人機交互等幾個方向出發(fā)，不斷細化軟件的程序設(shè)計，優(yōu)化各個模塊的運行參數(shù)，把實際的需求和市場流行的操作技術(shù)結(jié)合起來，進行綜合的處理。

3 結(jié)束語

針對當前閥門行業(yè)發(fā)展過程中面臨的設(shè)計優(yōu)化難題，本文首先從電動控制的整個系統(tǒng)進行分析，分別指出執(zhí)行機構(gòu)優(yōu)化的方向和具體的程序配件要求，并以具體的優(yōu)化方向作為指導，致力于實現(xiàn)系統(tǒng)不同模塊控制性能的提升。隨著工業(yè)自動化的推進，電動控制閥在控制系統(tǒng)方面的性能亟待得到優(yōu)化，其控制方式也逐漸得到全新的發(fā)展，接口模塊的信號傳輸也出現(xiàn)多樣化的實現(xiàn)途徑。

參考文獻：

[1]王哲，葉慶仕，陸健等.基于STM32的電動控制閥執(zhí)行機構(gòu)控制器設(shè)計與實現(xiàn)[J].工業(yè)控制計算機，2016，29（03）：95-96.

[2]德國利，DEGuoli.電動控制閥控制系統(tǒng)的設(shè)計方式及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2016（03）：82-83.

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