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摘 要：介绍双D触发器在智能电动执行器系统中的应用。在电机运行时，利用双D触发器将电机导通信号及电机换向信号进行互锁，避免电机在运行时进行换向操作，可以有效地控制和保护电机。
关键字：智能执行器 电机 保护
0 引言
随着工业自动化的发展，智能电动执行器越来越广泛应用于化工、环保、冶金、石油以及新型能源等领域。智能电动执行器通过电能驱动，根据给定信号与阀门位置反馈量之间的偏差，通过微型控制器控制电机运行，经变速装置后由执行机构输出位移，实现对阀门的自动调节。智能电动执行机构的核心是对电机的控制，满足系统粗调时的快速跟踪及细调时对控制精度的要求。在智能电动执行器运行过程中，对电机的保护必不可少，以确保系统的安全性和可靠性。
1 智能电动执行器功能
工业生产过程中自动调节系统一般由检测器、调节器、执行器和调节对象组成，其中执行器不可缺少，智能电动执行器以电能为动力，接收来自调节器的模拟信号（一般是4～20mA的电流信号）或上位机的数字信号，将其转换为电动执行器相对应的机械位移（转角、直线或多转）并自动改变操作变量（调节阀、风门、挡板开度等），以达到对被调参数（温度、压力、流量、液位等）进行自动调节的目的，使生产过程按预定要求进行。
智能电动执行器主要由电机、位置传感器、蜗轮、蜗杆、驱动轴、控制单元、就地操作面板、手轮组成。控制单元驱动电机转动，电机带动蜗杆，蜗杆再带动蜗轮驱动输出轴转动，位置传感器检测电机转动的位移量，并送阀位信号给控制单元，当控制单元检测到位置信号与所给的控制信号所指定的位置一致时，切断电机电源，由蜗轮、蜗杆的自锁特性使执行机构停止运行。
2 控制系统实施方案
2.1 控制系统组成
系统硬件结构如图1所示。单片机接收输入信号，进行数据处理并比较指定位置与当前所在位置是否一致，如果不一致则判定运转方向并且控制可控硅及继电器的导通驱动电机运转，同时通过霍尔位置传感器实时采集实际位置，形成闭环系统；通过PID算法进行精确定位，同时输出相应的反馈信号。
图1 系统硬件结构
2.2 电机换向功能实现
在该系统中，导通、换向电路采用四路欧姆龙T9AV5D12-24继电器进行导通与换向操作，其中两路继电器接收单片机的导通控制信号使得电机线的U、V相分别与电源A、B相连接，使得电机通电运转；另两路继电器接收来自单片机的换向控制信号进行切换，调换A、B两相接线，从而调换电动机运转方向。继电器触点的跳动或者开闭的一瞬间均会引起感性负载的变化，产生气体放电现象，继电器触点通断的电流较小，触点间不会出现电弧，但会出现“火花放电”，火花放电对触点也会造成损伤，降低触点的使用寿命，电火花会烧蚀触点表面，使其表面不平造成接触不良的故障。因此，采用RC电路并联在继电器触点的两端，电感中的能量不通过触点而通过RC电路，起到保护继电器触点的作用。
在换向前，必须断开电机线，避免因带有电机负载形成大电流及电动势，击穿可控硅，导致可控硅驱动失效，甚至烧毁印制电路板。因此在电机运转过程中突然换向是不允许的，必须先断开电机，再进行换向操作。为了避免软件误操作导致在电机运转时进行换向操作，在换向电路中增加了双D触发器实现信号互锁，利用触发器的性能使得只有在电机导通控制信号失效后，才能进行换向操作；同时，增加过零检测，在相位为零点进行换向操作，进一步保护设备的安全。双D触发器电路如图2所示。
图2 双D触发器连接图
CTR1及CTR2分别为单片机I/O发出的换向控制信号及导通控制信号，低电平有效；CTR3连接至换向驱动电路控制端，INTC为C相电源的过零检测脉冲信号。当导通信号CTR2有效为低时，电机通电运行，当INTC为上升沿时，U1B输出端Q为低；当INTC不在上升沿时，U1B输出端Q锁存上一个状态值，也为低电平。U1B输出端Q为低时三极管Q1截至，U1A无时钟信号，无论换向信号CTR1是任何状态，CTR3都为最开始锁存的信号，换向电路不切换。只有当CTR2为高电平时，电机才停止运转。当U1A的时钟输入端接收到一个上升沿信号，同时CTR1为低电平时，CTR3跟随CTR1驱动电机换向电路；当U1A时钟信号不为上升沿时，CTR3锁存上一个状态。这样，可以在硬件上对电机换向进行保护，避免程序跑飞或者其他误操作致使电机驱动电路击穿损坏。
3 结语
将双D触发器应用到智能执行器换向电路中，充分利用了其触发、状态锁存以及快响应等特点，在良好地实现功能的同时也将电路尽可能简化。
来源：调节阀信息网
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发表于 2017-5-7 05:49:09
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