位置式电动执行装置操作器设计开题报告

更新时间：2023-07-29 04:33:01 阅读量：实用文档文档下载

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阀门电动执行装置推荐度：
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位置式电动执行器的操作装置,适用于自动化、电气工程等专业

黄山学院毕业设计开题报告

课题：位置式电动执行装置操作器设计

专业：自动化

学生姓名：XXX

指导老师：XXX

电动执行阀门是石油、化工、电站、长输管线、造船、核工业、各种低温工程、宇航以及海洋采油等国民经济各部门不可缺少的流体控制没备，在电站、污水处理、石油等工业现场，截止阀、闸阀、蝶阀等不同种类的阀门得到了最广泛的应用。控制阀门所用的电动执行机构，有时称作阀门电动装置、阀门控制器、阀门驱动器等，由于电动执行机构比传统的机械式执行机构动作和响应速度快，工作效率高，调速性能好，作为控制和驱动阀门的重要装置。而对阀门实现远程控制、集中控制和自动控制的过程中，阀门电动执行机构是一种必不可少的执行部件。在阀门的各种类型中，自动调节控制阀所占比例最大，将占市场总份额的20% 以上。

一、课题的依据、目的、意义，国内外研究概况分析

1.1 本课题的依据、目的

本课题是一智能型电动阀执行机构，是开发电动阀智能控制器以取代原来的PLC，通过信号的输入与采集输出信号进行校对，达到最高控制精度，提高产品质量，增强企业产品的竞争力。

1.2 本课题的意义

本课题意义在于尝试通过负反馈信号调节，实现输入信号与输出信号相互之间的对比，进行位置式电动控制装置的控制，提高控制器的控制精度，提高国内产品的质量，提高国产设备的市场占有率，创造实际经济效益。

1.3 国内外研究概况分析

我国的自动化仪表与国外的差距较大。国内仪表行业的主要执行机构产品是DDZ一工I，DDZ一工II和DDZ一型，产品大量采用分立元件，只能接受输入模拟信号，伺服电机的制动器使用寿命短，可靠性低，使用维修困难。虽然国内各主要生产厂家投入人力对电动执行机构进行了一些改进和开发，

但总是不尽理

位置式电动执行器的操作装置,适用于自动化、电气工程等专业

想，八十年代以来，行业中的几个骨干企业相继引进国外技术，如法国Banard，德国SIEMENS、日本工装、英国ROTORK以及ABB公司RS/RHA等电动执行机构。通过引进技术、消化吸收，这些产品已成为国内系统配套的主要产品。但是，这些产品都属于模拟仪表，不具有智能功能，只是在组合化多功能化和集成化方面有所进步。

近年来，我国电动阀门研制行业坚持技术进步，加快新产品开发，涌现出一批各具特色的高新技术产品。目前国内研制的新型智能电动执行器的主要特点是:主要技术指标正在向国际90年代初水平看齐，工作死区小于0.8级，回差和基本误差都小于1级。使用方便，具有自诊断、自调整功能。但是，目前国产的执行机构，只能满足一般的冶金、化工、电站等成套工程40%左右的配套，不具备为500万吨炼油、1200立方米高炉、30MW发电机组等大型成套工程的配套能力。更不能满足当今现场总线及开放式控制系统的要求。然而，已取得的成果和经验为我们进一步开发基于负反馈调节的智能执行器提供了一定的基础。

二、课题研究内容

2.1 课题关键问题及难点

确认位置式电动执行器的当前位置，并且通过上位机对当前位置进行更变，

达到重新预设的位置。

在上位机上通过光带反应位置式电动执行器阀门的位置，比如阀门位置达到

最大行程时，光带显示为100%；阀门达到中间行程时，光带显示为50%；阀门在起点位置式，光带显示为0%。

如何将位置式电动执行器的动态移动过程在上位机上体现出，达到阀门移动，

上位机光带实时动态变化的效果

如何实现在上位机调节出现问题时，灵活地切换到手动状态，手动对阀门位

置进行控制。

位置式电动执行器预设位置的可调性，即对输入信号的随意可调。

2.2 拟采取的研究方法或试验方法及主要技术路线

A. 针对如何确定位置式电动执行器的阀门当前位置

方法一：本人的拟采用方法是是先在单片机程序中将电机的给定输出转速保

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持不变，然后通过控制电机的转动时间来确定阀门的位置。

优点：无需增加额外的测距元器件，成本降低，控制过程简单，控制程序较为简单，控制时间与阀门位置近似成线性正比例关系。

缺点：电机实际的运转过程无法保证转速一定，比如在启动和停止时电机有加速和减速的过程，电机转速发生变化，控制时间与阀门位置实际呈现曲线关系，此种控制方式误差较大。

方法二：本人的拟采用方法是在阀门的最大行程出加装一超声波测距模块，通过超声波测距模块来定位当前的阀门位置。

优点：超声波测距模块定位精确，测量精度达到1mm，测量精度高，误差小。缺点：超声波测距模块成本较高，控制程序较为负载，模拟量转换为数字量，程序扫描周期较长，需要使用STC12系列以上的单片机。

比较方法一和方法二，安装超声波测距模块，将阀门位置实时发送至上位机控制器上，测量精度更高，误差较小，控制效果更好，因此选择方法二。

B. 针对如何在上位机上显示阀门当前位置

方法一：选择12864液晶屏幕来显示位置光带。

优点：12864屏幕控制程序与显示程序较为简单。

缺点：12864液晶屏幕显示效果差，读取数据速度较慢，且价格昂贵。方法二：本人的拟采用方法是通过单片机TFT彩屏来实现，通过独立的彩屏模块程序显示光带，然后通过单片机的不断扫描来实时监控确定阀门的当前位置，同时彩屏上的光带随着位置的变化而变化。

优点：TFT彩屏能显示红橙黄绿等多种彩色，汉字、英文、数字均可显示，屏幕分辨率高，动态数据显示效果优秀。

缺点：TFT彩屏控制程序比较繁琐，程序扫描周期较长。

比较方法一和方法二，本人拟采用方法二TFT彩屏显示上位机数据，已达到更加优质的屏幕显示效果。

C. 针对灵活进行手自动切换的问题

本人拟采用4个控制按钮，“手动”“自动”“前进”“后退”。当需要手动控制时，按下“手动”按钮，程序切换进入手动循环程序，此时单片机不再接受超声波测距模块发送过来的数据，再按“前进”或者“后退”按钮来控制电机的正

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反转，从而达到改变阀门位置的目的。

D. 针对输入信号的可调性的问题

方法一：通过可调电阻输入可调0~5V电压作为控制信号。

方法二：通过可调电阻输入可调4~24mADC电流作为控制信号。

将可调电阻输出控制电流信号电路控较为简单，输入信号精度较高，因此拟采用4~24mADC电流作为输入信号。

2.3 主要设计内容

位置式电动执行装置控制器的硬件设计是从电机、电源、单片机、URM04超声波测模块、计数器器数字量的输入信号与反馈信号等几个方面完成的。

1) 通过对电源部分的设计完成对整个控制系统的供电任务，对电机控制电路的

设计来达到阀门位置的控制，

2) 对超声波测距模块计数器数字量的控制和反馈以及单片机接口电路的设计

来完成主要的控制任务。

3) 通过按键实现过手动控制位置式电动执行器的阀门开度。

4) 通过TFT彩屏程序来显示双光带，模拟显示位置式电动执行装置阀门开度。

2.4 基本构思

本人准备设计一个直行程位置式电动执行装置控制器，采用负反馈调节的思路，根据控制信号的大小来控制阀门的前进、后退、停等动作。系统供电：交流24V阀门调节部分电机供电为交流24V，电机功率10W。阀门控制器的控制信号为0~24mA电流控制，由可调电阻输入电流。由超声波测距模块来定位阀门的当前位置，单片机接受超声波定位模块的反馈信号，通过比较反馈数字量与输入电流信号的大小，来不断校正阀门的位置。形成输入输出的负反馈调节，提高控制精度，优化控制方式。

2.5 位置式电动执行器的控制原理

位置式电动执行器主要有阀门和执行器两部分组成，阀门的开度大小由执行器来控制，根据超声波测距的数据来定位当前阀门的开度。

位置式电动执行器在控制形式上，是通过阀门的当前位置来实现控制开度和截面面积，从而控制液体或者水流的流量的设备。控制过程是在电机转动过程中，

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通过改变阀门的位置从而改变超声波测距模块反馈内置计数器的数字量，与输入信号4~24mADC电流信号进行校对，直至相等。（即阀门的开度以计数器数字量的形式，反馈给控制单元，控制单元根据4~24mADC直流电输入信号和计数器数字量进行比对和判断，从而不断调整电动机的转动使阀门到达目标位置）。

整体可分为六部分：系统电源AC24V部分、电机控制电路部分、阀门开度输入电路和超声波测距计数器数字量反馈电路部分、单片机部分、手动控制按键部分、TFT彩屏部分。

电机控制电路部分：单相异步交流电机。

阀门位置输入和数字量反馈部分：根据控制信号和超声波测距模块的反馈信号控制电机正反转，并将表示阀门当前位置的数字信号信号送回单片机处理，与4~24mADC电流信号对比。

电源部分模块：一是整流降压稳压供单片机和超声波测距模块使用。

二是直接给电机供电。

单片机部分：4~24mADC电流输入信号与计数器数字量反馈信号进行对比，控制电动机动作从而控制阀门位置，并通过单片机控制中的TFT彩屏光带显示。

手动控制按键：“手动”“自动”“前进”“后退”四个按键手动控制。 TFT彩屏显示：实时显示当前位置式电动执行器的阀门开度。