專利名稱：一種智能型變頻電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具體為一種用于石油化工電力等工業(yè)控制管道閥門開度的智能型變頻電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，各種電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)只要是有交流感應(yīng)電機(jī)(或直流電機(jī))，減速機(jī)構(gòu)、反饋電位器等組成，其中交流感應(yīng)電機(jī)作為動力源存在機(jī)械特性軟，調(diào)速困難，需要電氣制動，耗損大，啟動及振蕩沖擊縮短機(jī)械壽命，體積大，制造成本高等諸多缺陷。而直流電機(jī)由于電刷和轉(zhuǎn)向器的存在，引起的噪聲、火花、電磁干擾、壽命短等一系列弊病，反饋電位器由于有死區(qū)，及長期磨損容易出故障，而且要反映閥門開度就必須配置一套與減速器相應(yīng)變比的小型減速器，它既增加了執(zhí)行器的故障點(diǎn)，又增加體積及生產(chǎn)成本，目前一種直流無刷電機(jī)(簡稱BLDCM)，內(nèi)部具有霍爾傳感器檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，采用電子換向器替代了傳統(tǒng)直流電動機(jī)的機(jī)械換向裝置，克服了直流電機(jī)的弊端，既具備交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，又具備直流電機(jī)的運(yùn)行效率高、無勵磁損耗、調(diào)速方法簡單、體積小、重量輕、高功率密度、啟動扭矩大、慣量小和響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，但這種直流無刷電機(jī)并未得到普及應(yīng)用，在實(shí)際執(zhí)行方面仍存在難題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題在于提供一種智能型變頻電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以解決上述背景技術(shù)中的缺點(diǎn)。本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種智能型變頻電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括有電源電路，所述的電源電路分別連接并向IPM模塊接口單元和控制單 元提供直流電源；所述的IPM模塊接口單元連接和驅(qū)動直流無刷電機(jī)；所述的控制單元分別連接A/D、D/A轉(zhuǎn)換單元EEPROM存儲單元、I/O擴(kuò)展單元和顯示通訊單元，通過A/D、D/A轉(zhuǎn)換單元接收和檢測輸入4 20ma給定信號，將閥門位置轉(zhuǎn)換成4 20ma信號反饋給中控室，計(jì)算閥門的位置，經(jīng)EEPROM存儲單元及I/O擴(kuò)展單元檢測外部開關(guān)量輸出單元和保存設(shè)備正常運(yùn)行所必需的參數(shù)，通過顯示通訊單元輸出報(bào)警信號和顯示當(dāng)前系統(tǒng)信息；在直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)監(jiān)測電機(jī)霍爾傳感器的信號并根據(jù)此信號輸出不同的PWM信號給IPM模塊接口單元；所述的直流無刷電機(jī)連接減速機(jī)構(gòu)，所述的減速機(jī)構(gòu)連接閥門。所述的電源電路包括有向IPM模塊接口單元提供直流電源的濾波整流輸出電路，以及向控制單元提供的降壓輸出電路。所述的控制單元是由單片機(jī)Ul構(gòu)成。在本實(shí)用新型中，對于單片機(jī)的引腳序以通用的引腳序來標(biāo)注，即左上角為I腳，然后逆時(shí)針一次2、3、4……排序。所述的直流無刷電機(jī)是帶有三個(gè)霍爾傳感器的電機(jī)，所述的控制單元的單片機(jī)Ul的12、13、14腳分別各通過一個(gè)電阻對應(yīng)連接三個(gè)霍爾傳感器的輸出端，控制單元的單片機(jī)Ul的24腳上的5V電源端分別通過一個(gè)電阻對應(yīng)連接三個(gè)霍爾傳感器的電源端，而控制單元的單片機(jī)Ul的25腳的地端分別通過一個(gè)電容對應(yīng)連接三個(gè)霍爾傳感器的接地端。所述的A/D、D/A轉(zhuǎn)換單元包括有A/D轉(zhuǎn)換集成塊U2和D/A轉(zhuǎn)換集成塊U3兩部分，其中，A/D轉(zhuǎn)換集成塊U2的輸出端連接控制單元的單片機(jī)Ul的第18腳，D/A轉(zhuǎn)換集成塊U3的輸入連接控制單元的單片機(jī)Ul的第8腳。所述的A/D、D/A轉(zhuǎn)換單元包括有A/D轉(zhuǎn)換集成塊U2和D/A轉(zhuǎn)換集成塊U3兩部分，其中，A/D轉(zhuǎn)換集成塊U2的輸出端連接控制單元的單片機(jī)Ul的第18腳，D/A轉(zhuǎn)換集成塊U3的輸入連接控制單元的單片機(jī)Ul的第8腳。所述的EEPROM及I/O擴(kuò)展單元是由擴(kuò)展集成塊U4構(gòu)成，所述擴(kuò)展集成塊U4的1、
2、3、7、8腳連接開關(guān)量輸出單元；第20、21、22連接控制單元的單片機(jī)仍的第12、13、14腳；第23、24、25、26腳連接顯示通訊單元。所述的EEPROM及I/O擴(kuò)展單元是由擴(kuò)展集成塊U4構(gòu)成，所述的擴(kuò)展集成塊U4的1、2、3、7、8腳連接開關(guān)量輸出單元；第20、21、22連接控制單元的單片機(jī)Ul的第12、13、14腳；第23、24、25、26腳連接顯示通訊單元。所述的開關(guān)量輸出單元包括有兩組相同結(jié)構(gòu)的磁保護(hù)繼電器驅(qū)動電路和一組通用繼電器觸發(fā)電路，其中，所述的磁保護(hù)繼電器驅(qū)動電路設(shè)置有磁保護(hù)繼電器U5/U6，所述的磁保護(hù)繼電器U5/U6的驅(qū)動線圈通過電阻R5/R6連接到開關(guān)三極管T1/T2的集電極，還通過續(xù)流二極管D2/D1連接到15V電源，磁保護(hù)繼電器U5/U6的釋放線圈通過續(xù)流二極管D5/D4接15V電源，還通過電阻R10/R9電阻連接開關(guān)三極管T4/T3的集電極，三極管T1/T2和三極管T4/T3的發(fā)射極都接 地，三極管T1/T2的基極通過電阻R4/R3連接EEPROM及I/O擴(kuò)展單元的第3/2腳，三極管T4/T3的基極通過電阻R13/R12連接EEPROM及I/O擴(kuò)展單元的第7/8腳，磁保護(hù)繼電器U5/U6常開接點(diǎn)為輸出報(bào)警端口 ；所述的通用繼電器觸發(fā)電路是:三極管T5的基極通過電阻R8連接EEPROM及I/O擴(kuò)展單元的I腳，三極管T5的發(fā)射極接地，集電極通過一個(gè)電阻R7分別連接二極管D3和繼電器U7的線圈，所述的二極管和繼電器線圈的另一端連接15V電源，15V電源通過兩個(gè)耦合電容的并聯(lián)接地，所述繼電器U7的常開接點(diǎn)為輸出報(bào)警端口。所述的顯示通訊單元是由通訊電路和顯示電路構(gòu)成,其中的通訊電路包括有三個(gè)高速光耦芯片U6、U7、U8及通訊驅(qū)動集成塊U9，其中，芯片U6的2腳接5V電源，3腳連接控制單元的單片機(jī)Ul的37腳，高速光耦芯片U6的8腳接電源Vdd，還通過一個(gè)電阻與6腳一起連接集成塊U9的2、3腳，5腳接地；高速光耦芯片U7的2腳接5V電源，還通過兩個(gè)電容的并聯(lián)接地，3腳通過一個(gè)電阻連接控制單元的單片機(jī)Ul的36腳，8腳接電源Vdd，還通過一個(gè)電阻與6腳一起連接集成塊U9的4腳，5腳接地；高速光耦芯片U8的8腳接5V電源，還通過一個(gè)電阻和6腳一起接控制單元的單片機(jī)Ul的35腳,2腳接電源Vdd, 3腳通過一個(gè)電阻接集成塊U9的I腳；集成塊U9的6腳和7腳為輸出端連接外部計(jì)算機(jī)，6腳和7腳之間還連接一個(gè)電阻，集成塊U9的8腳連接電源Vdd，還通過兩個(gè)電容的并聯(lián)連接電源Vss ；所述的顯示電路包括有顯示板插口 J1，所述的顯示板插口 Jl的1、2、3、4腳各通過一個(gè)電阻連接EEPROM及I/O擴(kuò)展單元的集成塊U4的26、25、24、23腳，以及再分別各通過一個(gè)電容接地，以及通過一個(gè)電阻接地，顯示板插口 Jl的5、6、7、8腳分別對應(yīng)連接控制單元的單片機(jī)Ul的31、39、40、38腳，顯示板插口 Jl的9腳接地，10腳接5V電源，9腳與10腳之間還連接有相并聯(lián)的兩個(gè)電容。所述的IPM模塊接口單元包括有IPM模塊UlO，所述的IPM模塊UlO的I腳通過一個(gè)電容與2腳一起、4腳通過一個(gè)電容與5腳一起、7腳通過一個(gè)電容與8腳一起分別連接電機(jī)的三相，IPM模塊UlO的10腳接電源電路中的AC-A，12腳接地，10腳與12腳之間還連接一個(gè)電容，IPM模塊UlO的15、16、17、18、19、20腳分別對應(yīng)連接控制單元的單片機(jī)Ul的42、44、2、43、1、3腳，21腳還通過一個(gè)電阻連接控制單元的單片機(jī)Ul的4腳，22腳還通過一個(gè)電阻連接控制單元的單片機(jī)Ul的19腳，23腳接地，還通過兩個(gè)電容的并聯(lián)接5V電源，IPM模塊UlO的15、16、17、18、19、20腳還分別各通過一個(gè)電阻接5V電源。有益效果:本實(shí)用新型的智能型變頻電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，利用直流無刷電機(jī)代替交流感應(yīng)電機(jī)或直流有刷電機(jī)，并采用電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測替代電位器閥門開度反饋，使電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，體積小、制造成本低、運(yùn)行可靠維護(hù)方便，速度簡單可調(diào)，軟啟動無沖擊，延長機(jī)械壽命，省去了交流制動，節(jié)省能耗，采用軟停機(jī)無需電制動，無震蕩過程，定位精度聞。

圖1為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的整體連接圖。圖中:電源電路1、CPU控制單元2、IPM模塊接口單元3、A/D采樣單元4、D/A轉(zhuǎn)換單元5、EEPROM存儲單元6、IXD顯示人機(jī)單元7、通訊單元8、I/O擴(kuò)展單元9、直流無刷電機(jī)10、減速機(jī)構(gòu)11、閥門12。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
·[0021]參見圖1的一種智能型變頻電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括有電源電路I，所述的電源電路I分別向IPM模塊接口單元3和CPU控制單元2提供直流電源I ;所述的IPM模塊接口單元3驅(qū)動直流無刷電機(jī)10 ;所述的CPU控制單元2通過A/D采樣單元4、D/A轉(zhuǎn)換單元5接收并檢測輸入4 20ma給定信號和將閥門位置轉(zhuǎn)換成4 20ma信號反饋給中控室，計(jì)算閥門的位置j^EEPROM存儲單元6及I/O擴(kuò)展單元9檢測外部開關(guān)量輸出單元和保存設(shè)備正常運(yùn)行所必需的參數(shù)；通過IXD顯示人機(jī)單元7和通訊單元8輸出報(bào)警信號和顯示當(dāng)前系統(tǒng)信息；在直流無刷電機(jī)10轉(zhuǎn)動時(shí)監(jiān)測電機(jī)霍爾傳感器的信號并根據(jù)此信號輸出不同的PWM信號給IPM模塊接口單元3 ;所述的直流無刷電機(jī)連接減速機(jī)構(gòu)11，所述的減速機(jī)構(gòu)11連接閥門12。所述的電源電路I包括有向IPM模塊接口單元3提供直流電源的濾波整流輸出電路，以及向CPU控制單元2提供直流電源的降壓輸出電路。所述的CPU控制單元2是由單片機(jī)Ul構(gòu)成，型號為ST7FMC2S4，所述A/D轉(zhuǎn)換集成塊U2的型號為TL494，D/A轉(zhuǎn)換集成塊U3的型號為AM462。本實(shí)用新型的智能型變頻電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作過程是:外部交流輸入電源AC經(jīng)電源電路I轉(zhuǎn)換一路直流低壓供給CPU控制單元2，另一路直流高壓提供給IPM模塊接口單元3，IPM模塊接口單元3在CPU控制單元2的控制下，將高壓直流轉(zhuǎn)換成三相方波電壓去驅(qū)動直流無刷電機(jī)10，從而經(jīng)減速機(jī)構(gòu)11帶動閥門12轉(zhuǎn)動，CPU控制單元2則是依據(jù)A/D采樣單元4、D/A轉(zhuǎn)換單元5檢測到的中控室發(fā)出的4 20ma信號及當(dāng)前閥門12位置，按照程序事先設(shè)定確定電機(jī)起停及運(yùn)行速度，CPU控制單元2同時(shí)依據(jù)直流無刷電機(jī)10的霍爾傳感器反饋信號計(jì)算當(dāng)前閥門12位置，將此位置數(shù)字信號發(fā)給A/D采樣單元4、D/A轉(zhuǎn)換單元5，由該單元轉(zhuǎn)換成4 20ma模擬信號傳送給中控室，CPU控制單元2在此期間還檢測系統(tǒng)的各種其他信號值，然后綜合顯示在本地顯示器上，當(dāng)出現(xiàn)異常故障時(shí)，輸出相應(yīng)報(bào)警信號。以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效 物界定。
權(quán)利要求1.一種智能型變頻電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括有電源電路，所述的電源電路分別連接并向IPM模塊接口單元和控制單元提供直流電源；所述的IPM模塊接口單元連接和驅(qū)動直流無刷電機(jī)；所述的控制單元分別連接A/D、D/A轉(zhuǎn)換單元EEPROM存儲單元、I/O擴(kuò)展單元和顯示通訊單元，通過A/D、D/A轉(zhuǎn)換單元接收和檢測輸入4 20ma給定信號，將閥門位置轉(zhuǎn)換成4 20ma信號反饋給中控室，計(jì)算閥門的位置，經(jīng)EEPROM存儲單元及I/O擴(kuò)展單元檢測外部開關(guān)量輸出單元和保存設(shè)備正常運(yùn)行所必需的參數(shù)，通過顯示通訊單元輸出報(bào)警信號和顯示當(dāng)前系統(tǒng)信息；在直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)監(jiān)測電機(jī)霍爾傳感器的信號并根據(jù)此信號輸出不同的PWM信號給IPM模塊接口單元；所述的直流無刷電機(jī)連接減速機(jī)構(gòu)，所述的減速機(jī)構(gòu)連接閥門。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能型變頻電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的電源電路包括有向IPM模塊接口單元提供直流電源的濾波整流輸出電路，以及向控制單元提供的降壓輸出電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能型變頻電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的控制單元是由單片機(jī)Ul構(gòu)成。`
專利摘要一種智能型變頻電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，提供了一種利用直流無刷電機(jī)代替交流感應(yīng)電機(jī)或直流有刷電機(jī)，并采用電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測替代電位器閥門開度反饋的智能型變頻電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，本實(shí)用新型使電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，體積小、制造成本低、運(yùn)行可靠維護(hù)方便，速度簡單可調(diào)，軟啟動無沖擊，延長機(jī)械壽命，省去了交流制動，節(jié)省能耗，采用軟停機(jī)無需電制動，無震蕩過程，定位精度高。
文檔編號F16K37/00GK203099030SQ201320047640
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者王自團(tuán) 申請人:株洲振邦科技實(shí)業(yè)有限公司