适应远程控制的电动执行机构智能控制器设计与实现

摘要

在现代工业生产中，电动执行机构是管道系统中实现对阀门电控的关键部件，其性能在很大程度上决定了整个工业生产控制系统的安全性与可靠性。电动执行机构是一种响应工业生产控制系统控制指令，以电动机为动力源，将控制指令转化为阀门的直线位移或者角位移的设备。近年来，随着工农业生产快速发展，社会对智能化的电动执行机构的需求量愈来愈大。
　　本学位论文紧密围绕电动执行机构智能控制器实际使用功能需求，在智能控制器的功能性、稳定性以及低成本性等方面进行详细研究，设计研制出一款具有较好市场应用前景的新型电动执行机构智能控制器。
　　本学位论文的主要工作包括:对电动执行机构产品发展现状和市场需求进行调研，确定所研发的电动执行机构智能控制器所具有的智能控制、变频驱动、支持多种现场通信方式等功能，研究远程通信技术、增加远程通信模块，使得该智能控制器能够支持远程控制，适应高端应用需求;在此基础上优化和完成了总体设计方案，深入研究了HART、CAN、RS-485/232、4～20mA等常用现场总线、信号输出与远程通信接口，完成了相应的电路模块的设计;设计的电机驱动模块硬件电路，可支持交流变频控制方式以及接触器控制方式;实现电机变频控制算法，结合VVVF控制方式对电机实现变频控制;完成系统软件编写及样机软硬件及整机调试，使得电动执行机构智能控制器实现可靠、稳定运行。
　　本学位论文共分为六章，第一章介绍电动执行机构的国内外研究现状、本课题主要研究内容以及学位论文的主要工作;第二章对智能控制器的总体实现方案进行讨论，完成课题总体设计方案，对关键模块技术进行调研;第三章介绍了本课题所涉及各个模块的硬件设计，包括了控制模块、电机驱动模块、远程通信模块、阀位检测模块、人机接口模块以及电源模块;第四章介绍辅助控制器程序设计，包括了远程通信、液晶显示、辅助控制器与中心控制器之间通信等部分的软件设计;第五章介绍中心控制器程序设计，包括了变频驱动算法实现、Hart总线通信等部分的编程实现;第六章介绍系统调试，对研发中所遇到问题进行讨论。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究概况

1．3 本课题主要研究内容

1．4 本章小结

第二章 课题总体方案设计

2．1 系统设计要求

2．2 相关技术综述

2．2．1 远程通信技术

2．2．2 HART总线技术

2．2．3 交流变频控制技术

2．3 总体方案设计

2．3．1 核心控制模块结构设计

2．3．2 电机控制模块结构设计

2．4 本章小结

第三章 电动执行机构智能控制器硬件设计

3．1 核心控制模块的设计

3．1．1 中心控制器及其外围电路设计

3．1．2 辅助控制器及其外围电路设计

3．1．3 中心控制器与辅助控制器通信设计

3．2 电机驱动模块设计

3．2．1 变频驱动模块

3．2．2 接触器控制模块

3．3 远程通信模块硬件设计

3．3．1 MC55接口电路

3．3．2 SIM卡接口电路

3．3．3 信号放大电路

3．4 阀位检测模块硬件设计

3．4．1 阀位检测接口电路

3．4．2 电池充电电路

3．5 现场通信模块硬件设计

3．5．1 HART通信模块设计

3．5．2 HART通信主机模块设计

3．5．3 模拟量接收与发送模块

3．5．4 开关量发送与接收电路

3．5．5 CAN总线与RS-485／232通信接口电路设计

3．6 人机接口电路设计

3．6．1 液晶接口电路设计

3．6．2 红外接口电路设计

3．7 电源设计

3．8 硬件抗干扰设计

3．9 本章小结

第四章 辅助控制器程序设计

4．1 辅助控制器程序总体设计

4．2 远程通信软件设计

4．2．1 AT指令简介

4．2．2 GPRS通信实现

4．3 阀位检测程序设计

4．4 红外解码软件设计

4．5 液晶显示程序设计

4．5．1 1级设置内容简介

4．5．2 2级设置内容简介

4．6 辅助控制器与中心控制器通信设计

4．6．1 通信协议模式

4．6．2 通信协议格式

4．6．3 特殊情况处理

4．6．4 协议内容简介

4．7 本章小结

第五章 中心控制器程序设计

5．1 中心控制器程序总体设计

5．2 电机控制程序设计

5．2．1 SVPWM简介

5．2．2 SVPWM算法软件实现

5．2．3 变频变压调速

5．3 HART通信程序设计

5．3．1 HART协议数据链路层

5．3．2 HART协议应用层

5．3．3 HART通信处理流程

5．4 本章小结

第六章 系统调试

6．1 各模块功能验证

6．1．1 开关电源调试

6．1．2 变频模块调试

6．1．3 HART总线模块调试

6．1．4 GPRS通信模块调试

6．2 遇到的问题及解决

6．3 成果展示

6．4 本章小结

结束语

致谢

研究生阶段研究成果及发表学术论文情况

参考文献