上海申弘閥門(mén)有限公司
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之前介紹自力式壓力調(diào)節(jié)閥在化工行業(yè)應(yīng)用，現(xiàn)在介紹MODBUS協(xié)議控制智能電動(dòng)閥原理通信功能：提供RS-485/M-BUS接口，支持Modbus協(xié)議，可方便地與具有RS-485、Modbus通信接口的PLC、DCS、計(jì)算機(jī)等上位機(jī)及傳輸設(shè)備對(duì)接。結(jié)合機(jī)電一體化和遠(yuǎn)程通信控制技術(shù)，用戶可通過(guò)計(jì)算機(jī)根據(jù)溫度，壓力，流量，熱量等技術(shù)要求遠(yuǎn)程控制終端閥門(mén)，可提供M-bus、RS-485通信接口與計(jì)算機(jī)連接，取代昂貴的PLC，廣泛應(yīng)用于石油、化工、醫(yī)藥、建筑、電力等行業(yè)。在應(yīng)用場(chǎng)合往往會(huì)根據(jù)實(shí)際需要將閥門(mén)開(kāi)或關(guān)，或者開(kāi)到一定程度，甚至動(dòng)態(tài)的以某種規(guī)律開(kāi)關(guān)。在傳統(tǒng)的模擬控制方式中用時(shí)間、電流的大小來(lái)表示閥門(mén)的開(kāi)啟角度。由于影響時(shí)間、電流(電壓)等參數(shù)的因素很多，因此顯示的開(kāi)啟角度與閥門(mén)的實(shí)際位置不易達(dá)到同步，經(jīng)常出現(xiàn)明顯的誤差。同時(shí)，簡(jiǎn)單的模擬量控制提供的信息極為有限，不利于系統(tǒng)的調(diào)試和檢修。筆者設(shè)計(jì)的智能型控制系統(tǒng)采用數(shù)字化的方法來(lái)控制電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行。
智能控制功能：可通過(guò)RS-485接口編程，編程后可在無(wú)人值守、無(wú)上位機(jī)的情況下，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度。在上位機(jī)控制下， WZ系列智能執(zhí)行器可執(zhí)行的控制命令有：
1） 開(kāi)閥、關(guān)閥、閥門(mén)開(kāi)度調(diào)整。
2） 設(shè)置工作模式。
3） 設(shè)置工作模式數(shù)據(jù)。
4） 設(shè)置通信速率。
5） 上報(bào)閥門(mén)開(kāi)度。
6） 上報(bào)閥門(mén)工作狀態(tài)。
7） 與上位機(jī)校對(duì)時(shí)間。
8） 上報(bào)身份識(shí)別碼。
直接外接4~20mA電流輸入信號(hào):可直接外接4~20mA電流輸入信號(hào)并根據(jù)信號(hào)大小自動(dòng)調(diào)整閥門(mén)開(kāi)度，支持PID算法。
自動(dòng)故障診斷及自動(dòng)故障報(bào)警功能
當(dāng)閥門(mén)出現(xiàn)故障自動(dòng)進(jìn)行故障診斷，并通過(guò)通信端口向上位機(jī)上報(bào)故障現(xiàn)象、可能的故障原因，及故障位置。
防卡死設(shè)計(jì)當(dāng)閥門(mén)被異物卡住時(shí)。閥門(mén)的閥球會(huì)自動(dòng)進(jìn)行多次正、反向旋轉(zhuǎn)，利用介質(zhì)流動(dòng)力排除異物，如果依然不能排除卡死故障，會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生“卡死報(bào)警”信息。
手動(dòng)操作設(shè)計(jì)
當(dāng)閥門(mén)的電動(dòng)部分癱瘓時(shí)，可通過(guò)手動(dòng)搖柄打開(kāi)或關(guān)閉閥門(mén)
過(guò)負(fù)荷保護(hù)設(shè)計(jì)
WZ系列電動(dòng)閥門(mén)均涉及過(guò)負(fù)荷保護(hù)裝置，當(dāng)閥門(mén)電動(dòng)裝置負(fù)荷過(guò)重時(shí)，不會(huì)燒毀閥門(mén)內(nèi)部電機(jī)。
1.可輸入2路4~20MA模擬控制信號(hào)或直接外接兩只溫度傳感器（PT100,PT1000)，或兩只壓力傳感器。
2.可根據(jù)壓力，溫度或4~20mA信號(hào)自動(dòng)調(diào)整開(kāi)度，支持PID算法。
3.具有485/M-bus通信接口，方便遠(yuǎn)控和應(yīng)用于大型控制網(wǎng)絡(luò)。
4.可通過(guò)通信接口上報(bào)溫度，壓力等測(cè)量數(shù)據(jù)。
應(yīng)用領(lǐng)域：可用于溫控,壓控,溫差控制,壓差控制及自動(dòng)化控制領(lǐng)域。
典型應(yīng)用：采暖供回水溫度,溫差,壓力壓差控制及工業(yè)反應(yīng)罐溫度壓力控制。
2MODBUS協(xié)議控制智能電動(dòng)閥原理系統(tǒng)硬件組成
上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：截止閥,電動(dòng)截止閥智能控制器根據(jù)智能化、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、成本低等原則，控制核心采用8位微處理器MC68HC908SR12(SR12)，電機(jī)控制的主電路采用電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
SR12具有速度快、功能強(qiáng)和價(jià)格低等特點(diǎn)。其較高工作頻率可達(dá)8MHz，有512字節(jié)的片內(nèi)RAM、12K字節(jié)的片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器，14路10位A/D，及SCI、I2C、SPI等通訊接口［1，4］。
系統(tǒng)應(yīng)用SR12內(nèi)部的A/D進(jìn)行閥門(mén)位置信號(hào)及輸入控制信號(hào)的采集，利用PWM輸出經(jīng)過(guò)濾波后的位置信號(hào)，利用I2C總線與外部存儲(chǔ)器AT24C08進(jìn)行通訊存儲(chǔ)設(shè)置值，利用SCI接口通過(guò)MAX485與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，充分利用了該芯片的內(nèi)部資源，節(jié)約了成本。
特點(diǎn)：
1. 豪華的二次開(kāi)發(fā)編程軟件，也可以通過(guò)鍵盤(pán)組態(tài)。
2. 比同類(lèi)產(chǎn)品節(jié)省30%左右的投資。
3. 可以通過(guò)串口下載程序，也可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線遠(yuǎn)程下載。
4. FLYER3-DEBUG在線仿真軟件，用于驗(yàn)證你任意編制的控制邏輯是否正確。
5. 通用端口技術(shù)，AI與DI、AO與DO口可以相互轉(zhuǎn)換，AI口還可以靈活選擇PT1000、NTC、或0-10VDC、4～20mA傳感器，*通過(guò)軟件設(shè)置。
通訊傳送方式：
物理協(xié)議：RS-485
總線協(xié)議：MODBUS
通訊規(guī)約：采用MODBUS協(xié)議 RTU通訊規(guī)約， 當(dāng)通訊命令發(fā)送至FLYER3時(shí)，符合相應(yīng)地址碼的設(shè)備接收通訊命令，如果沒(méi)有出錯(cuò)，則執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)，并把執(zhí)行結(jié)果返送給發(fā)送者。返送的信息中包括地址碼、功能碼、數(shù)據(jù)以及錯(cuò)誤校驗(yàn)碼。如果出錯(cuò)就不發(fā)送任何信息。
2.1信號(hào)輸入部分
利用SR12內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換，將輸入的模擬信號(hào)和閥門(mén)位置反饋的模擬信號(hào)進(jìn)行量化。采用REF02作為A/D的基準(zhǔn)電壓，其溫度漂移系數(shù)為3PPM/℃。
2.2信號(hào)輸出部分
SR12有3通道8位高速PWM，每個(gè)通道有獨(dú)立的計(jì)數(shù)器，可選擇PWM輸入時(shí)鐘以產(chǎn)生各種PWM頻率，并有自動(dòng)相位控制。利用其中一路PWM作為模擬量輸出信號(hào)，其余兩路作為電機(jī)控制信號(hào)。同時(shí)選擇I/O口PTB6作為繼電器開(kāi)關(guān)量輸出的控制信號(hào)。
2.3輸入輸出隔離
系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，涉及到各種儀表、傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，會(huì)由于各種原因引入信號(hào)干擾以及各種危險(xiǎn)的強(qiáng)電壓信號(hào)。為了保證系統(tǒng)的安全，保證檢測(cè)的正確性和運(yùn)行的可靠性，采用光耦LOC210對(duì)輸入輸出信號(hào)進(jìn)行隔離。
2.4通訊部分
為了完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程控制和組網(wǎng)的需要，系統(tǒng)支持RS485通訊方式。電平轉(zhuǎn)換芯片采用MAX485。實(shí)際工作時(shí)，可以與上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，進(jìn)行運(yùn)行方式設(shè)定并監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)。
2.5MODBUS協(xié)議控制智能電動(dòng)閥原理電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分
電機(jī)的驅(qū)動(dòng)采用電力電子開(kāi)關(guān)雙向可控硅BTA16。雙向可控硅具有開(kāi)關(guān)速度快、壽命長(zhǎng)、無(wú)火花和拉弧現(xiàn)象等特點(diǎn)［2］，保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)在高溫條件下的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，同時(shí)有助于對(duì)電機(jī)的保護(hù)。主電路與CPU之間采用光耦MOC302X驅(qū)動(dòng)，如圖3所示，圖中ZL為電機(jī)負(fù)載。
在設(shè)計(jì)中，MOC3020的二極管前向電流為15mA,MOC3021和MOC3023分別為8mA和3mA，所以可以由MC68HC908SR12的I/O口采用灌電流方式直接驅(qū)動(dòng)。在實(shí)際工作時(shí)RC吸收回路的實(shí)際參數(shù)需要根據(jù)電機(jī)參數(shù)(ZL)的不同確定。
需要注意的是，MOC302X的耐壓是400V，如果電機(jī)需要工作在380V下或者電機(jī)的反電勢(shì)比較大時(shí)，要選用MOC308X系列。與本文相關(guān)的論文：自力式煤氣調(diào)壓閥組
