专利名称：电动执行机构用智能型伺服放大器的制作方法
技术领域：
一种电动执行机构用智能型伺服放大器属于伺服放大器技术领域。
电动执行机构广泛地应用在电力、冶金、水泥等行业的过程自动化中。其中，控制伺服电机的伺服放大器是由输入隔离放大电路、比较、触发电路和功率输出电路组成的，输入一般用线圈隔离，再用磁放大器放大，其线性度差；比较电路一般采用由分立元件组成的电压比较器，触发电路采用驰张振荡触发电路，其稳定性、可靠性均较差；功率输出电路是用的可控硅输出电路，伺服机转速是固定的，难于调节。因而用这种伺服放大器控制的电动执行机构的精度、稳定性、可靠性和适用性均较差。
本实用新型的目的在于提供一种线性、稳定性、可靠性均好和精度高的伺服机转速可控的用软件完成数据比较和输出控制的电动执行机构用智能型伺服放大器。
本实用新型的特征在于它是一种单片机控制下的给定值控制型伺服放大器，它含有型号为PIC16F877而其RA4端为位置反馈信号输入端的单片机P1；输入端接自动控制模拟量A+、AIN-而输出接单片机P1的自动控制模拟量输入端RA0的输入模拟量光电隔离放大电路；两输出端KT1、KT2分别接单片机P1的开关量设定控制端RD0、RD1的各由并接有设定按钮S1、S2的电容C10、C9和电阻R14、R13串接而成的有源阻容串接支路构成的开关量设定控制电路；输入端K01、K02分别经继电器J2的触点和单片机P1的伺服电机或变频电机的正反转信号输出端RD3、RD4相连而输出端KOUT1、KOUT2分别和伺服机或变频电机控制输入端相连的正、反转控制用开关量输出光电隔离电路；输入为来自外部电动操作器或上位机的操作切换信号而输出端KA和单片机的电动操作信号输入端RD7相连的由电容C11、电阻R10串接而成的有源阻容串接支路构成的电动操作电路；输入分别为来自外部的伺服机或变频电机阀门增、减信号KUPIN、KKWIN而输出端KD、KU分别经一继电器常闭触点和正、反转控制用开关量输出光电隔离电路输入端K01、K02并分别经过该电路的K01LD+、K02LD+输出端去控制伺服机或变频电机阀门增、减的手动操作电路，输入与单片机P1的D/A信号输出端RB0至RB7相连而输出为变频器输出频率控制信号AOUT的D/A转换电路以及输入分别为力矩传感器发出的正、反向力矩脉冲信号NT1、NT2和ND1、ND2而输出端NT、ND分别和单片机P1的正、反向力矩脉冲输入端PA2、RA5相连的用有源阻容串接电路构成的正、反向力矩脉冲信号输入电路。
它还可设有语音报警电路、故障显示报警电路、故障报警电路和放大器零点自动校正电路。
试验证明它的线性度好，运算精度高，可靠性高，伺服电机的转速可根据需要设定和变化。
为了在下面结合实施例作详细说明，现把本申请文件所用的附图名称及编号简介如下
图1是电动执行机构用智能型伺服放大器的原理框图；图2是单片机P1和输入模拟量光电隔离放大电路的原理图；图3、4是开关量设定控制电路原理图；图5、6是开关量输出光电隔离电路原理图；图7是电动操作电路原理图；图8至10是手动操作电路原理图；图11是D/A转换电路原理图；图12、13是正反向力矩脉冲信号输入电路原理图；图14是语音报警电路原理图；图15是故障报警电路原理图；图16是放大器零点自动校正电路原理图；图17是故障显示报警电路原理图。
实施例请见图1、2。单片机P1用芯片PIC16F877构成。输入模拟量光电隔离放大电路依次由用芯片TLE2141做的线性运算放大器P3、用芯片TIL-300A做的线性光电隔离器件P2以及同样用芯片TLE2141做的线性运算放大器P4串联而成，它的输入端接自动控制模拟量A+、AIN-，在图16中，当RE2端为高电位时，开关三极管N3导通，继电器J1得电，A+端便经继电器J1的触点接1V-、进行放大器零点自动校正；当继电器J1失电，触点复位时，A+端便与外部自动控制位置模拟量输出端AIN+相连。上述光电隔离放大电路的输出端和单片机P1的位置模拟量输出端RA0相连。单片机P1的RA1、RA3、RA4各端也分别经各自的上述光电隔离放大电路和外部的电机温度、功率和位置反馈信号输出端B+、PIN+、F+相连。开关量设定控制电路由一端接5伏电源，另一端接地的各自并妆有开关量设定按钮S2、S2的电容C10、C9和各自的电阻R14、R13串接而成，其输出端KT1、KT2分别接单片机P1的RD1、RD0端，请见图3、4。控制伺服机或变频电机正、反转用的开关量输出光电隔离电路各自由型号都为TIL190-4的光电隔离器件G1、G2和型号都为3DK8的开关三极管N8、N9相串接而成，光电隔离器件G1的输入端K01经继电器J2的触点接单片机P1的正转信号开关量输出端RD3，同理G2的输入端K02则接反转信号开关量输出端RD4，请见图10，这个电路的输出端KOUT1+、KOUT2+分别经继电器或固态开关去控制电机的正、反转，请见图5、6。电动操作电路由一端接5伏电源的电容C11和一端接地的电阻R10串接而成，来自外部电动操作器或上位机的电动操作信号KAUTOIN+、KAUTOIN-加在电容C11两端，其输出端KA则接单片机P1的RD7端。此信号处于高电平时为电动状态，低电平时为手动状态，请见图7。控制电机力矩增、减的手动操作电路由力矩增、减信号输入电路(见图8、9)和切换电路(见图10)组成，串联后对地的两个电阻R19、R16构成力矩增加信号输入电路，手动控制力矩增加的信号KUPIN+、KUPIN-加在电阻串联电路的两端，其输出端为KU；手动控制力矩减少的信号输入电路则由电阻R20、R15串联后接地构成，手动控制力矩减少的信号KDWIN+、KDWIN-加在串联电路的两端；切换电路由受控于开关三极管N2的开关三极管N1和与该管N1相串接而另一端接电源的继电器J2构成，开关三极管N1的基极和单片机P1的手动控制力矩增减控制信号输出端RD2相连。手动控制时，RD2端处于低电位，继电器J2失电，触点复位，使手动控制力矩增、减信号输入电路的两个输出端KU、KD分别和K01、K02端接通，只要有力矩增加或减少的信号便可经K01或K02端去启动图5或图6中的开关量输出光电隔离电路，由其输出端K01LD+或K02LD+去控制电机的力矩增加或减小。正、反向力矩脉冲信号输入电路由分别用电容C7、电阻R11和电容C8、电阻R12串接的有源阻容串联电路构成，正向力矩脉冲信号NT1、NT2加在电容C7两端，其输出端NT和单片机P1的正向力矩脉冲信号输入端RA2相连；反向力矩脉冲信号ND1、ND2加在电容C8两端，其输出端ND和单片机P1的反向力矩脉冲信号输入端RA5相连，请见图12、13。D/A转换电路由用D/A转换芯片DAC0832制的D/A转换器P5和用芯片LM358制的运算放大器P6相串接而成，D/A转换器P5的输入端RB0至RB7和单片机P1的相应端相连，其输出信号AOUT+送往变频器进行电压—频率变换以控制变频电机的转速，请见图11。语音报警电路由一个其PLAYL端经限流电阻R41后和单片机P1的语音报警控制信号输出端RD7相连而其报警信号输入端RC0至RC4端和单片机P1的相应端相连的语音芯片P7、其输入端和语音芯片P7的报警信号输出端SP+相连的音频放大电路P8和扬声器SPK构成，请见图14。故障报警电路由一端接电源的继电器J3与其相串接的开关三极管N7构成。开关三极管N7的基极和单片机P1的故障报警信号输出端RE0相连，其集电极接电源负极后，再反接一个发光二极管L3和电源正极相连。单片机P1有故障时，RE1处于低电位，继电器J3失电，触点复位，把电容C13两端短路，向报警器发出报警信号FOUT1、FOUT2；若电源断开，故障信号FALT1+、FALT1-加入也会有同样结果，请见图15。放大器零点校正电路由一端接电源的继电器J1和与其串接的开关三极管N3串接而成。开关三极管N3的基极接单片机P1的放大器零点校正信号输出端RE2。单片机P1定期向RE2端发一个正脉冲，使继电器J1得电，把单片机的A+、F+端同时接1V-、进行零点校正。在校正后，继电器J1失电，使A+、F+分别和AIN+、FIN+接通，以便在同一基础上比较，请见图16。故障显示报警电路由一个其输入信号来自单片机P1的故障显示报警输出端RC0至RC7且由左边的故障选择设定项数码管和右边的故障选择设定值数码管构成的故障显示屏19和一个基极和单片机P1的故障显示报警控制信号输出端RE0相连而集电极和上述两个数码管分别相连的用开关三极管N4、N5构成的设定开关共同构成，其左数码管显示故障类别，而右数码管显示故障程度。
单片机P1可根据其RA0端收到的位置信号实时地进行定值控制，执行机构位移可根据需要设定同时又是可实时控制的。它可以根据其RA2、RA5端收到的力矩信号及RA4端收到的位置反馈信号通过其R3、R4端来对电机进行自动调整，对于变频电机的转速值则要通过D/A转换电路来调整。单片机P1还可从RD7端收到的低电位信号，通过其RD2端把电动改成手动控制，反之也可。
关于保护问题当输入的两路模拟量A、F，其中任一路发生开路或短路时两路开关量KOUT1+、KOUT2+均不允许输出高电平。当力矩或功率在一定时间内大于或小于额定值时，相应的开关量就不允许输出高电平；若电机温度在一定时间内超温，则两路开关量都不允许输出高电平。当位置反馈模拟量F的变化速率超过额定值时，则两路开关量也不允许输出高电平。
由此可见，它具有精度高，可靠性高，线性度好，电机转速可实时设定并控制等优点。
权利要求1.一种电动执行机构用智能型伺服放大器，其特征在于它是一种单片机控制下的给定值控制型伺服放大器，它含有型号为PIC16F877而其RA4端为位置反馈信号输入端的单片机P1；输入端接自动控制模拟量A+、AIN-而输出接单片机P1的自动控制模拟量输入端RA0的输入模拟量光电隔离放大电路；两输出端KT1、KT2分别接单片机P1的开关量设定控制端RD0、RD1的各由并接有设定按钮S1、S2的电容C10、C9和电阻R14、R13串接而成的有源阻容串接支路构成的开关量设定控制电路；输入端K01、K02分别经继电器J2的触点和单片机P1的伺服电机或变频电机的正反转信号输出端RD3、RD4相连而输出端KOUT1、KOUT2分别和伺服机或变频电机控制输入端相连的正、反转控制用开关量输出光电隔离电路；输入为来自外部电动操作器或上位机的操作切换信号而输出端KA和单片机的电动操作信号输入端RD7相连的由电容C11、电阻R10串接而成的有源阻容串接支路构成的电动操作电路；输入分别为来自外部的伺服机或变频电机阀门增、减信号KUPIN、KKWIN而输出端KD、KU分别经一继电器常闭触点和正、反转控制用开关量输出光电隔离电路输入端K01、K02并分别经过该电路的K01LD+、K02LD+输出端去控制伺服机或变频电机阀门增、减的手动操作电路，输入与单片机P1的D/A信号输出端RB0至RB7相连而输出为变频器输出频率控制信号AOUT的D/A转换电路以及输入分别为力矩传感器发出的正、反向力矩脉冲信号NT1、NT2和ND1、ND2而输出端NT、ND分别和单片机P1的正、反向力矩脉冲输入端PA2、RA5相连的用有源阻容串接电路构成的正、反向力矩脉冲信号输入电路。
2.如权利要求1所述的电动执行机构用智能型伺服放大器，其特征在于它还含有一个由其PLAYL端经限流电阻R41后和单片机P1的语音报警信号输出端RD7相连，而其RC0至RC4端和单片机P1的相应端相连的语音芯片P7、音频放大电路P8和扬声器SPK构成的语音报警电路。
3.如权利要求1所述的电动执行机构用智能型伺服放大器，其特征在于它还可有一个由线圈接电源而其常闭触点并接于电容C13两端的继电器J3、和继电器J3串接的开关三极管N7构成的其输入为开关三极管N7基极上来自单片机P1的故障信号输出端RE1的信号和开关三极管A7集电极上的失电故障检测信号FALT而其输出为电容C13两端的故障报警信号FOUT的故障报警电路。
4.如权利要求1所述的电动执行机构用智能型伺服放大器，其特征在于它还有一个由其两个触点一端B+、A+分别接单片机P1的RA1端和输入模拟量光电隔离放大电路输入端A+而另一端在线圈失电时都接相同的负压而在得电时分别接位置传感器的位置反馈信号输出端FIN+上来自外部的位置模拟量输出端AIN+的继电器J1和与它的线圈相串联的其基极输入信号来自单片机P1的放大器零点自动校正信号输出端RE2的开关三极管N3串接而成的放大器零点自动校正电路。
5.如权利要求1所述的电动执行机构用智能型伺服放大器，其特征在于它含有一个其输入信号来自单片机P1的故障显示报警信号输出端RC0至RC7且由左边的故障选择设定项数码管和右边的故障选择设定值数码管组成的故障显示屏P9和基极和单片机P1的故障显示报警控制信号输出端RE0相连而集电极和两个数码管分别相连的用开关三极管N4、N5构成的设定开关共同构成的参数设定和故障显示和报警电路。
专利摘要电动执行机构用智能型伺服放大器属于伺服放大器领域,其特征在于:它由单片机,分别受控于它的位置、电机温度、功率、位置反馈输入模拟量光电隔离电路,电机正反转控制用力矩正、反转信号输入电路和开关量输出光电隔离电路,开关量设定控制电路,电动/手动切换控制电路构成,还有语音报警、故障报警,故障显示报警电路和放大器零点校正电路。它具有线性度好、精度和可靠性高,电机转速可实时设定并调整以及电机温度过高、功率超载自动保护等功能。
文档编号G05B11/01GK2404143SQ99256339
公开日2000年11月1日 申请日期1999年12月21日 优先权日1999年12月21日
发明者赵本岐 申请人:赵本岐