樱花草在线观看播放WWW,欧美日韩综合精品无人区,亚洲精品AV中文字幕在线,熟妇高潮喷沈阳45熟妇高潮喷

 

引言

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，用于控制水、氣、油等各種流體的閥門是不可缺少的重要設(shè)備，而電動閥門占據(jù)著主導(dǎo)地位，主要用于構(gòu)成各種管道自動化控制系統(tǒng)[1?2]。傳統(tǒng)的電動調(diào)節(jié)閥主要由伺服放大器以及執(zhí)行機構(gòu)等兩部分組成。伺服放大器先將輸入信號與執(zhí)行機構(gòu)反饋的信號進行比較，并放大兩者之間的偏差，進而通過電機驅(qū)動閥芯轉(zhuǎn)動以改變閥門開度，存在的缺點是接收和輸出的都是模擬信號，通常會出現(xiàn)明顯的誤差[3?4]。特別是，對于存在有害物質(zhì)以及高壓氣體的地方，一是高壓電動調(diào)節(jié)閥非常少而且價格昂貴，二是操作人員不便于進行操作手動調(diào)節(jié)閥，同時，高壓手動調(diào)節(jié)閥不能在線自動精確地調(diào)節(jié)閥門開度。因此，為了保證設(shè)備執(zhí)行精度，實現(xiàn)安全操作，本文研究了一種針對高壓調(diào)節(jié)閥基于單片機的調(diào)節(jié)閥智能控制器，用來精確控制閥門的開度，實現(xiàn)開度的遠程自動在線控制。 1 結(jié)構(gòu)設(shè)計針對適合高壓的電動調(diào)節(jié)閥非常少且價格昂貴，并且存在著無法在線自動調(diào)節(jié)等缺點，本文提出了一種把高壓手動調(diào)節(jié)閥改造成高壓電控自動調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1所示。

具體做法是：首先，把高壓手動調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)手柄去掉；然后，將調(diào)節(jié)軸和步進電機轉(zhuǎn)軸對接起來，聯(lián)軸器中間套裝一個增量式旋轉(zhuǎn)編碼器。

 

步進電機使用單片機驅(qū)動控制。單片機接收來自增量式編碼器的脈沖信號，該脈沖信號接入單片機計數(shù)器端口，電機每轉(zhuǎn)一圈，編碼器發(fā)出 512個脈沖。電機正轉(zhuǎn)時，編碼器 A 相超前 B 相 90°，單片機正向累計脈沖； 反之，編碼器 B相超前 A 相 90°，單片機反向累計脈沖。

式中：N 為閥門開度從最小開度調(diào)節(jié)（0%）到最大開度

（100%）需轉(zhuǎn)動的圈數(shù)；n為單片機采集的脈沖個數(shù)。由 式（1）可知，單片機通過脈沖個數(shù)即可計算出閥門的當前開度并進行實時顯示。用戶可根據(jù)實際需要進行閥門開度的調(diào)節(jié)，即通過上位單片機的人機接口輸入調(diào)節(jié)閥的目標開度，上位單片機將目標開度傳送給下位單片機，然后下位單片機計算當前開度與目標開度的差值，進而控制步進電機正向增大，或者反向減小調(diào)節(jié)閥門開度，以達到改變介質(zhì)通過管道流量大小而控制壓力的目的。

 

調(diào)節(jié)閥控制器需要達到如下性能要求：

 1）能夠接收編碼器輸出的脈沖信號，為了提高控制精度，進行四細分和辨向。

2）單片機處理分析接收到的脈沖信號，根據(jù)相應(yīng)的算法計算開度，并向外輸出寬度一定的信號完成調(diào)節(jié)閥開度的控制。 

3）運用人機鍵盤，對閥門的目標開度等相關(guān)參數(shù)進行設(shè)定以及調(diào)節(jié)等。

4）驅(qū)動液晶屏顯示，從而確保能夠顯示出調(diào)節(jié)閥目標開度、當前開度，以及自診斷過程中的相關(guān)參數(shù)。 

5）具備斷電保存、電流檢測、電源電壓監(jiān)測、看門狗、防振蕩保護等功能。 

 

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

高壓調(diào)節(jié)閥控制系統(tǒng)原理框圖如圖 2 所示。從圖 2中能夠發(fā)現(xiàn)，該控制系統(tǒng)涵蓋很多模塊，分別是最小系統(tǒng)電路、解碼電路、電源、E2PROM、模擬量輸出電路、驅(qū)動電路、LCD 顯示、D/A 轉(zhuǎn)換和 A/D 轉(zhuǎn)換等板塊。下面將詳細地分模塊逐一闡述。

 2.1 主控芯片與最小系統(tǒng)

控制系統(tǒng)核心是微控制器，控制器在宏晶科技公司系列單片機中進行篩選，最終確定系統(tǒng)上位機和下位機采用型號為 STC12C5A60S2 單片機，上位機和下位機使用串口通信。此芯片是一款高速、低功耗、超強抗干擾的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051， 但速度快 8~12倍。內(nèi)部集成了 MAX810專用復(fù)位電路、 2 路 PWM、8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換，性能可靠易上手，完全符合本系統(tǒng)的設(shè)計要求。

 

MCU 的主要任務(wù)包括： 

1）上位機首先利用矩陣鍵盤輸入目標開度，并將該目標開度值發(fā)送給下位機。 

2）下位機接收到目標開度值，計算閥門目標開度與當前開度兩者之間的差值，然后根據(jù)該差值通過驅(qū)動步進電機實現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的開度控制。 

3）編碼器輸出的脈沖通過硬件解碼電路進行辨向和細分，脈沖個數(shù)由下位機進行實時采集計數(shù)。若電機正轉(zhuǎn)，則脈沖個數(shù)增大；若電機反轉(zhuǎn)，則脈沖個數(shù)減小。

4）下位機最后將脈沖個數(shù)實時地發(fā)送給上位機，上位機根據(jù)式（1）換算成當前開度并在液晶屏上顯示。

5）基于定位器原理進行閥門自診斷。 2.2 解碼電路設(shè)計系統(tǒng)采用 74HC 系列數(shù)字邏輯器件構(gòu)建硬件解碼電路，如圖 3所示。

74HC14 片內(nèi)共有 6 路施密特觸發(fā)反相器，74HC86為 2 輸入端四異或門。不同型號的編碼器其旋轉(zhuǎn)一圈發(fā)出的脈沖個數(shù) n 也有所不同，但其信號時序都相同。旋轉(zhuǎn)增量式編碼器出來的信號一般為 A 相、B 相兩路方波信號和 Z 信號，采用 TTL 電平。A 相脈沖在前，B 相脈沖在后，兩路脈沖相差 90°，每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出一個 Z脈沖，可作為參考機械零位。這里，順時針旋轉(zhuǎn)為正轉(zhuǎn)，A 相超前B 相為 90°；逆時針旋轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)，B相超前 A相為 90°。經(jīng)過該電路進行解碼后，可直接細分輸出 2 倍脈沖信號OUT和辨向信號 DIR，并可以直接與單片機相連接。

 

編碼器出來的信號 AB 經(jīng)過 74HC14 的第一二個反相器，其波形為相位差為 90°的方波信號。74HC86第一個異或門輸出為 1CP 信號，CP 信號為 D 觸發(fā)器提供了 CLOCK。74HC86輸入為 A 和-A，當 VCC 為 4.5 V 時，輸入信號高于 3.15 V 被認為高電平，低于 1.35 V 時被認為低電平，加之任何方波信號波形上升下降時間不可能為 0，因此，當信號下降到小于 1.35 V 而未上升到 3.15 V 時，其異或門輸出就為低電平。同理，第四個異或門的輸入 B 和-B信號產(chǎn)生的CP信號與之相同。1D輸入為信號， 而RESET和SET又接的是高電平，同時，有了CP信號，即可得到 1Q 和 2Q 信號，然后再經(jīng)過異或門就可以得到最終的OUT信號，如圖4所示，實現(xiàn)了對輸入信號的2倍頻。

鑒向由第二片 74HC74 完成，其輸入 1D 為 74HC86的第三個異或門的輸出，即為信號 -B 和 -A 信號經(jīng)過異或運算，其 RESET 和 SET 都接高電平，通過時序圖即可得到 OUT 信號。當反轉(zhuǎn)時，1D 信號不變，CP 信號相位會向后移動半個周期，輸出恒為低電平，從而實現(xiàn)了方向信號的判別。 

 

2.3 驅(qū)動電路

閥門開度選用步進電機進行驅(qū)動，電機線圈由四相組成，即 A,B,C,D 四相，驅(qū)動方式為兩相激磁方式[5]。電機驅(qū)動模塊電路如圖 5所示。

 

電機使用 12 V 工作電壓，最大電流為 0.26 A，需要額外的驅(qū)動電路實現(xiàn) PWM 控制。電機驅(qū)動模塊采用STC15F104 將輸入的 PWM 波形轉(zhuǎn)換成 4 路方波輸出，方波進步通過 ULN2003 大電流復(fù)合晶體管驅(qū)動，通過P3.0~P3.7 控制各線圈的接通與切斷。電機采用四相雙四拍工作方式，通電換相的正序為 AB?BC?CD?DA；反序為 AD?DC?CB?BA。如果 P3 口輸出的控制信號中，0 代表使繞組通電，1代表使繞組斷電，則可用 4個控制字來對應(yīng)這 4個通電狀態(tài)，雙四拍工作方式的控制字見表 1。

2.4 上位機控制

上位機控制器采用 STC12C5A60S2 單片機作為控制器，其原理電路如圖 6所示。

STC12C5A60S2 每 個 I/O 口 驅(qū) 動 能 力 均 可 達 到20 mA，因此，可用它直接驅(qū)動液晶顯示器或者矩陣鍵盤而不用接上拉排阻，同時可以使用獨立的串口波特率發(fā)生器，這樣給設(shè)計帶來了很大方便。上位機最小系統(tǒng)如圖6所示。U1為LCD12864液晶顯示器接口，P1為4 × 4矩陣鍵盤接口，晶振電路亦采用 11.059 2 MHz 晶振， P3.0 和 P3.1 接串口電路。限于篇幅原因，串口通信、液晶顯示和矩陣鍵盤不再一一贅述。

 

本次系統(tǒng)設(shè)計得到的高壓調(diào)節(jié)閥控制器 PCB 印刷電路板如圖 7 所示。系統(tǒng)電路板上分別為模擬電路部分和數(shù)字電路部分，外接 LCD 顯示屏和人機鍵盤。實驗儀器主要有萬能表、直流電源、示波器、仿真器等。

 

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 閥門開度調(diào)節(jié)

系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺為 KEIL，以 C 語言編程。軟件主要完成系統(tǒng)的初始化設(shè)置[6]、控制、通信、顯示等功能。系統(tǒng)中，上位機發(fā)送控制碼，下位機根據(jù)控制碼執(zhí)行相應(yīng)控制動作，并實時向上位機發(fā)送其工作狀態(tài)以供顯示。上電后，首先上下位機進行握手通信，然后建立連接后方可進行自動或手動控制，其系統(tǒng)軟件流程圖如圖 8 所示。當單片機通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)時，只需要將要發(fā)送的內(nèi)容直接賦給緩沖寄存器 SBUF 就可以了，當單片機通過串口接收數(shù)據(jù)時，只需要緩沖寄存器 SBUF 中的內(nèi)容直接讀出即可。

控制方式和數(shù)據(jù)顯示都是由上位機來完成指令發(fā)送和數(shù)據(jù)接收的。當下位機接收到命令指令后，經(jīng)過判斷來執(zhí)行相應(yīng)的動作，其中，主要指令有：手動正傳、手動反轉(zhuǎn)、自動運行、清零和停止運行。下位機在主函數(shù)中一直進行掃描判斷，完成相應(yīng)的動作執(zhí)行。

 

上位機發(fā)送手動指令時，下位機工作在手動調(diào)節(jié)模式，而當檢測到按鍵松開時，上位機停止發(fā)送手動指令，以實現(xiàn)閥門開度的點動控制。上位機發(fā)送自動指令時，下位機將工作在自動調(diào)節(jié)模式，上位機使用矩陣鍵盤輸入閥門的目標開度，并將該目標開度發(fā)送給下位機。下位機將該目標開度值轉(zhuǎn)換為目標脈沖個數(shù)，然后根據(jù)當前脈沖個數(shù)和目標脈沖個數(shù)的差值控制電機轉(zhuǎn)動方向，即目標脈沖個數(shù)大于當前脈沖個數(shù)，步進電機正向轉(zhuǎn)動，當前脈沖個數(shù)增計數(shù)，閥門開度增加；反之，目標脈沖個數(shù)小于當前脈沖個數(shù)，步進電機反向轉(zhuǎn)動，當前脈沖個數(shù)減計數(shù)，閥門開度減小；當前脈沖個數(shù)等于目標脈沖個數(shù)時，即閥門已由當前開度調(diào)節(jié)至目標開度，電機停止調(diào)節(jié)，下位機停止計數(shù)。系統(tǒng)具備正反轉(zhuǎn)互鎖和延伸切換保護功能，同時，下位機的當前脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換為當前開度在上位機上進行顯示。 

 

3.2 模糊 PID 算法

控制器使用 PWM 驅(qū)動步進電機，由于使用了硬件PWM 發(fā)生器，單位時間內(nèi) PWM 波的個數(shù)難以計算。另 外，考慮到位置偏差大時，控制要求快速跟蹤，而偏差較小時，則要求提高控制精度，因此需要采用 PID 算法。

PID 控制程序流程圖如圖9所示，如果被控量遠未接近給定值，僅剛開始向給定值變化時，由于比例和積分反向，將會減慢控制過程。為了加快開始的動態(tài)過程，可以設(shè)定一個偏差范圍 v，當偏差| e ( t ) | < β時，即被控量接近給定值時，就按正常規(guī)律調(diào)節(jié)，而當| e ( t ) | ≥ β時，則不管比例作用為正或為負，都使它向有利于接近給定值的方向調(diào)整，即取其值為| e ( t ) - e ( t - 1 ) |，其符號與積分項一致。根據(jù)PWM相關(guān)寄存的使用方法，直接設(shè)置相應(yīng)的寄存器，PWM 模塊將會產(chǎn)生頻率和占空比可調(diào)的 PWM波。當PWM模塊一旦運行后，如果不使用軟件方法去關(guān)閉，它將一直輸出相應(yīng)參數(shù)的 PWM 方波，與其他程序的運行沒有關(guān)系，從而實現(xiàn)增量式模糊 PID 算法的實現(xiàn)。

 

系統(tǒng)利用模糊 PID 算法，通過 PID 的輸出控制 PWM的頻率，可加快控制的動態(tài)過程，以滿足偏差大時的快速性要求和偏差小時的精確性控制，從而達到調(diào)節(jié)電機速度和防止開度調(diào)節(jié)慣性產(chǎn)生振蕩的目的[7?10]。此外，系統(tǒng)還具備編碼器故障或急停保護、掉電保持等功能。

 

4 結(jié) 語

本文研制成功的高壓調(diào)節(jié)閥控制器，整個過程簡單直觀，能巧妙且低成本地解決高壓閥調(diào)節(jié)問題。系統(tǒng)可以對調(diào)節(jié)閥門開度進行準確控制，同時能夠?qū)崟r地在線對調(diào)節(jié)閥進行監(jiān)控。本遠程調(diào)節(jié)閥控制器適用于工業(yè)生產(chǎn)、生活需要對流體流量實現(xiàn)自動化精確控制的過程環(huán)節(jié)中，也可適用于工業(yè)生產(chǎn)諸如石化行業(yè)中的煉油裝置和合成氨裝置等有毒有害流體的遠程精確控制過程中。