步进式电机调节阀的控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种步进式电机调节阀的控制系统，包括主控计算机机构、数据采集机构、步进电机驱动机构、显控机构和电源；主控计算机机构包括PC104总线以及与其连接的缓冲寄存器和双口RAM；数据采集机构包括数据采集卡以及与其连接的模拟接口和数字接口；步进电机驱动机构包括电机和与其连接的步进电机驱动板；显控机构包括PC104控制模块以及与其连接的键盘与鼠标、显示屏；电源分别与数据采集卡、模拟接口、数字接口、PC104控制模块和步进电机驱动板连接。本发明能够实现步进电机的高精度细分，实现调节阀的高精度控制；具有较强的兼容性与通用性，拓展性较强，能够自由实现用户对调节阀的功能要求。
【专利说明】
步进式电机调节阀的控制系统
技术领域
[0001]本发明属于一种调节阀控制系统，具体涉及一种步进式电机调节阀的控制系统。
【背景技术】
[0002]调节阀常用于调整化工工艺管道中的物料流量或其压力，从而保证生产设备的运行工况处于额定状态。然而，某些特殊化工设备的生产性能会受工艺管道中流体参数的变化而发生较大的变化，因此此类设备所用的调节阀必须能够实现自动化且具有较高控制精度。
[0003]目前调节阀通常采用步进电机作为其执行机构，而此类阀门电机的控制器则会采用PLC或单片机作为其控制中枢。然而，此类控制系统的处理能力较低，无法实现步进电机的高精度细分，因此也无法实现调节阀的高精度控制。
【发明内容】
[0004]本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种步进式电机调节阀的控制系统。
[0005]本发明的技术方案是:
一种步进式电机调节阀的控制系统，包括主控计算机机构、数据采集机构、步进电机驱动机构、显控机构和电源;所述主控计算机机构包括PC104总线以及分别与PC104总线通过数据总线连接的缓冲寄存器和双口 RAM;所述数据采集机构包括数据采集卡以及分别与数据采集卡通过数据总线连接的模拟接口和数字接口，数据采集卡与缓冲寄存器和双口RAM均通过数据总线连接;所述步进电机驱动机构包括电机和与电机连接的步进电机驱动板；所述显控机构包括PC104控制模块以及分别PC104控制模块通过数据总线连接的键盘与鼠标、显示屏;PC104控制模块通过数据总线分别与步进电机驱动板和PC104总线连接;所述电源通过电源线分别与数据采集卡、模拟接口、数字接口、PC104控制模块和步进电机驱动板连接。
[0006]本发明的有益效果是:
本发明采用处理能力较强的PC104总线技术，能够实现步进电机的高精度细分，从而实现调节阀的高精度控制;且具有较强的兼容性与通用性，可以作为各类步进电机调节阀的控制系统;使用全数字技术，其后期的可拓展性较强，能够自由实现用户对调节阀的功能要求。
【附图说明】
[0007]图1是本发明的结构示意图。
[0008]其中:
I 主控计算机机构2 数据采集机构
3 步进电机驱动机构4 显控机构 5电源6PC104总线
7缓冲寄存器8双口 RAM
9数据采集卡10模拟接口
11数字接口12电机
13PC104控制模块14键盘与鼠标
15显示屏16电源线
17数据总线18步进电机驱动板。
【具体实施方式】
[0009]下面结合说明书附图及实施例对本发明步进式电机调节阀的控制系统进行详细说明:
如图1所示，一种步进式电机调节阀的控制系统，包括主控计算机机构1、数据采集机构
2、步进电机驱动机构3、显控机构4和电源5 ；
所述主控计算机机构I包括PC104总线6以及分别与PC104总线6通过数据总线17连接的缓冲寄存器7和双口 RAM8;主控计算机机构I主要完成对数据采集机构2所提供的数据、控制律计算，以及完成对步进电机驱动机构3及显控机构4的通信、故障检测等功能。
[0010]所述数据采集机构2包括数据采集卡9以及分别与数据采集卡9通过数据总线17连接的模拟接口 10和数字接口 11，数据采集卡9与缓冲寄存器7和双口 RAM8均通过数据总线17连接;数据采集机构2主要完成电机运动数据、压力信号的采集与处理等功能;所述的模拟接口 10用于接收O至1V由压力计所传送的电压信号;所述的数字接口 11用于接收阀体处于全开或全开位置时限位开关所传送的电流信号。
[0011]所述步进电机驱动机构3包括电机12和与电机12连接的步进电机驱动板18;步进电机驱动板18采用型号为TMCM-035高分辨率步进电机驱动板，完成与主控计算机机构I的通信，完成对电机12的驱动及安全保障等功能。
[0012]所述显控机构4包括PC104控制模块13以及分别PC104控制模块13通过数据总线17连接的键盘与鼠标14、显示屏15;PC104控制模块13通过数据总线17分别与步进电机驱动板18和PC104总线6连接;显控机构4完成人机交互界面显示和操作功能。
[0013]所述电源5通过电源线16分别与数据采集卡9、模拟接口10、数字接口 1UPC104控制模块13和步进电机驱动板18连接；
所述的电源5采用标准交流220￥转为直流2狀、12￥、5￥，并通过电源线16为系统中各部分供电；其中，24V供电端口为步进电机驱动板18供电，12V供电端口为显控机构4供电，5V供电端口为主控计算机机构1、数据采集机构2供电。
[0014]所述PC104控制模块13的型号为PMI2。
[0015]本发明的使用方法:
(i )将压力计信号通过数据线引入数据采集机构2的模拟接口 10，将阀门限位开关信号通过数据线引入数据采集机构2的数字接口 11，将步进电机12与步进电机驱动板18相连接；
(? )通过电源5向系统各部件供电；
(m)通过步进电机驱动板18，使阀门阀芯由全关位置走向全开位置，以获得两次限位开关的信号，最终得到阀芯运动全程电机12所需的脉冲数量； (iv)在已获得阀芯运动全程电机12所需的脉冲数量的基础上对阀芯步数进行划分，并将步进电机驱动板18每次向电机12提供的脉冲数量提供至控制部分并予以记录；
(V )将由数据采集机构2所获得的压力计信号传送至主控计算机机构I，并将该电压信号转换为数字信号，从而处理并在显示器15上显示得到压力计的示数；
(vi)通过键盘与鼠标14设定压力目标值，并将该数值与实时测量所得压力值进行对比和计算，利用PID闭合反馈控制方法，对电机12进行自动控制；
(vii)通过修正PID控制系数，从而获得最优的电机12运动参数，最终实现管道压力的稳定。
[0016]本发明采用处理能力较强的PC104总线技术，能够实现步进电机的高精度细分，从而实现调节阀的高精度控制；且具有较强的兼容性与通用性，可以作为各类步进电机调节阀的控制系统;使用全数字技术，其后期的可拓展性较强，能够自由实现用户对调节阀的功能要求。
【主权项】
1.一种步进式电机调节阀的控制系统，包括主控计算机机构(I)、数据采集机构(2)、步进电机驱动机构(3)、显控机构(4)和电源(5);其特征在于:所述主控计算机机构(I)包括PC104总线(6)以及分别与PC104总线(6)通过数据总线(17)连接的缓冲寄存器(7)和双口RAM(S);所述数据采集机构(2)包括数据采集卡(9)以及分别与数据采集卡(9)通过数据总线(17)连接的模拟接口(10)和数字接口(11)，数据采集卡(9)与缓冲寄存器(7)和双口RAM(8 )均通过数据总线(17 )连接;所述步进电机驱动机构(3 )包括电机(12 )和与电机(12 )连接的步进电机驱动板(18);所述显控机构(4)包括PC104控制模块(13)以及分别PC104控制模块(13)通过数据总线(17)连接的键盘与鼠标(14)、显示屏(15);PC104控制模块(13)通过数据总线(17)分别与步进电机驱动板(18)和PC104总线(6)连接;所述电源(5)通过电源线(16)分别与数据采集卡(9)、模拟接口(10)、数字接口(11)、PC104控制模块(13)和步进电机驱动板(18)连接。
【文档编号】G05B19/042GK105843127SQ201610310113
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】刘巍, 王春岩, 韩莉果, 周永胜, 郭子学, 李德鑫
【申请人】核工业理化工程研究院