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一种新型调节阀控制系统的设计刘春雨韩伟实曾和荣哈尔滨工程大学摘要：设计了一种新型调节阀的控制系统。简述了该控制系统的组成及工作原理，并对该系统的硬件及软件进行了设计。该系统具有成本低、控制精度高、抗干扰性强等优点，可以使该种调节阀能方便地实现智能和远程控制。关键词：控制系统调节阀设计DesignforControlSystemofaNewAdjustingValveLiuChunyuHanWeishiZengHerongAbstract：Controlsystemofanewadjustingvalveisdesigned.Composingelementsandworkingprincipleofthecontrolsystemarepresented,hardwareandsoftwareofthesystemaredesigned.Thecontrolsystem,whicheasilyrealizesintelligentandlong-rangecontrolforthenewadjustingvalve,hasadvantageoflowcost,controlaccuracyhigh,interferencerejectionstrong.Keywords：controlsystemadjustingvalvedesign1引言目前，调节阀门大多采用通用的气动、电动的驱动方式，驱动机构复杂、功率消耗大、自动控制困难。随着大型成套设备的发展，系统参数提高，管道内输送的流量增加，对调节阀门的控制提出了新的要求。本文提供的新型调节阀门因采用独特的节流管伺服调控和自能源驱动措施，从而完全改变了普通阀门的驱动方式。因此可用简单、小型的控制机构替代目前普遍应用在调节阀上的复杂、大型的阀门驱动装置。在工业自动控制领域中，利用单片机技术来实现自动控制非常普遍[1]，本文设计的控制系统就是基于89C51为中心的单片机控制系统。在本系统中，利用单片机的串行通讯接口，实现了单片机和计算机的通讯。通过这样的设计处理，使得本调节阀能方便地实现智能和远程控制。2控制系统的组成及工作原理根据系统的控制要求并结合现场的工艺要求，控制系统既要符合现场工艺要求、工作可靠、操作方便，又要有最小的开发支出。由于本调节阀自身的低驱动力矩和良好的密封性能，本方案决定选用ATMEL公司的MCS-51单片机为中央控制器，增加必要的扩展，形成控制系统，如图1所示。图1控制系统框图系统工作时，首先由传感器检测出阀杆的当前位置即位移值，经A/D转换后，将数字量送入单片机中，单片机再经过转换后实时把当前位移值显示出来。这时，可以根据显示结果而输入控制量，然后单片机依据输入值而做出相应的反应。阀杆的位移值到达上限值或下限值时，则报警并使指示灯亮，此时，手动操作员应调整位移量而使阀门的开口度达到正常的工作状态，单片机依据该位移量的大小发出控制指令，控制其相应的执行机构，从而完成阀门开口度的调整。3控制系统硬件设计3.1执行电机的选择作为控制系统的执行元件，对执行电机的要求如下：1）满足负载运动的要求，即提供足够的力矩和功率，使负载达到要求的运动性能；2）能很快地正反转，能快速起动和停止，保证系统的快速运动；3）有较宽的调速范围；4）电机本身的功率消耗小，体积小，重量轻。因此，我们选用步进电动机作为执行机构。步进电动机是将一种数字式脉冲信号转换机械角位移(线位移)的机电元件[2]。它的机械位移与输入的数字脉冲信号有严格的对应关系，即一个脉冲信号可使步进电动机前进一步。作为近代数字控制系统的最佳选择，它是一种比较理想的执行元件。根据本系统负载、步距角等要求选择步进电动机75BF003。表175BF003型步进电动机参数额定电压/V静态电流/A步距角/（°）最大静态转矩/N·m相数3041.50.8833.2主机芯片及接口的选择通讯接口电路如图2所示。主机芯片为MCS-51系列的8751芯片，两片74LS373用作地址锁存，一片2864A用作程序存储器EEPROM，一片74LS138译码器产生三位数码管的位驱动信号，A/D转换器用0809芯片，一片74LS02芯片产生ADC0809的读、写片选信号，一片7414产生ADC0809转换结束的中断信号。图2通讯接口电路框图在单片机测控系统中，数据通讯主要采用异步串行通讯方式。而在设计通讯接口时，必须根据需要选择标准接口。对于本系统而言，采用EIARS-232C标准接口，EIARS-232C是美国电子工业协会正式公布的串行总线标准，用来实现单片机和计算机之间的数据通讯[3]。构成RS-232C标准接口的硬件有多种，如MAX232、INS8250、INTEL8251A及Z80-SIO等通讯接口芯片，通过...