專利名稱：隔離式電子伺服控制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種伺服控制器，特別涉及一種廣泛應用在冶金、電力、石化、輕工、建材、環(huán)保等行業(yè)自動控制中的隔離式電子伺服控制器。
背景技術：
工業(yè)自動控制一般是從控制對象中提取被控制物理量，例如鍋爐汽泡中的液位，經過計算推動給水閥門，克服進水與負載的擾動，朝著保持液位恒定的方向移動，它不僅要求控制精度高，而且還必須有很大的輸出力矩，從幾百牛米到數千牛米不等，特別是給水和負載頻繁不斷的擾動，汽泡液位不斷變化，閥門就要適應不斷調節(jié)，高達1200次/小時，大力矩伴隨著頻繁啟動，停止。即使是當今現代的電子技術，實現起來難度也是很大。國產電動組合儀表中的執(zhí)行單元，是由DFD操作器，ZPE伺服放大器，DJK電動執(zhí)行器三大件組成，總的是聯線復雜控制精度不高，故障多，維護調整麻煩，遠遠不能滿足工業(yè)自動控制的要求，成為制約自控水平提高的瓶頸。近些年來，我國從國外引進了不同類型的電動執(zhí)行器，它們各有所長，從不同方面提高了電動執(zhí)行器的總體水平，但是又各有不足，有的輸出力矩不夠大，有的抗干擾能力欠佳，死區(qū)偏大，維護較困難，價格高昂。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于提供一種結構簡單、體積小、精度高、運行可靠的隔離式電子伺服控制器。
本發(fā)明是采用下述方案實現的它包括閥位信號轉換電路、閥位輸出電路、輸入緩沖電路、雙比較電路、雙觸發(fā)電路、電制動脈沖形成電路、驅動電路，所述閥位信號轉換電路的輸入端接執(zhí)行器的電位器，將此電位器信號變成電壓信號分別送到雙比較電路的輸入端和閥位輸出電路的輸入端，閥位輸出電路將閥位信號轉換電路的輸出信號進行V/I轉換后隔離輸出；輸入緩沖電路的輸入端接來自計算機的信號，其輸出端接雙比較電路，將來自計算機的4-20mA電流信號進行緩沖放大后變成1-5V電壓信號送到雙比較電路的輸入端；雙比較電路的輸出端接雙觸發(fā)電路，它將輸入信號與閥位信號進行比較，產生輸出一個正偏差信號和負偏差信號，并將此信號送到雙觸發(fā)電路；雙觸發(fā)電路的輸出端分別接電制動脈沖形成電路和驅動電路的輸入端，它產生電制動脈沖形成電路和驅動電路的觸發(fā)信號；電制動脈沖形成電路的輸出端接驅動電路的另一個輸入端，用以根據雙觸發(fā)電路電路的輸出信號產生電制動脈沖，并送到驅動電路的輸入端；驅動電路的輸出端接電機，用以根據雙觸發(fā)電路的輸出信號和電制動脈沖來控制電機的正、反轉。
作為本發(fā)明的改進，所述輸入緩沖電路的兩端并接有安全預置電路，用以在輸入信號異常時鎖定輸入緩沖電路，輸出一預先設定信號。
作為本發(fā)明的另一改進，閥位輸出電路由V/I轉換電路、線性補償與來自多諧振蕩的高頻倒相開關、隔離變流器、橋式檢波器依次串接組成。
本發(fā)明由于采用上述技術方案，它具備下述優(yōu)點1)體積小、結構簡單、運行穩(wěn)定可靠、操作調試簡便、精度高。2)在輸入緩沖電路的兩端并接安全預置電路，這樣安全預置電路可在輸入信號異常時，鎖閉輸入緩沖電路，輸出一預先設定信號使執(zhí)行器運行到預先設置的安全位置，操作人員可以在不停機情況下，從容處理故障。克服了現有斷信號保位電路中斷線故障前輸入信號已失常時，會將閥門誤導至危險位置的事故發(fā)生。3)閥位輸出電路采用隔離結構，實現了電流輸入信號和位置輸出信號之間的隔離，有效防止了工頻與共地干擾，便于與控制計算機直接聯接，減少計算機中AI/AO的抗干擾的壓力。
下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。


圖1為本發(fā)明的結構框圖。
圖2為本發(fā)明的電原理圖。
具體實施例方式
參見圖1，包括閥位信號轉換電路7、閥位輸出電路8、輸入緩沖電路1、雙比較電路3、雙觸發(fā)電路4、電制動脈沖形成電路5、驅動電路6，閥位信號轉換電路7的輸入端接執(zhí)行器的電位器，它將閥位的變化值轉換成不同的電阻值，通過電橋引入到差分放大的輸入端屏除共模干擾后，再經過調整放大，產生標準的1-5VDC的位置信號，其中一路送入伺服放大的雙比較電路3輸入端形成閉環(huán)控制，達到準確定位的目的。另一路送到閥位輸出電路8。將閥位信號轉換電路7的輸出信號進行V/I轉換后隔離輸出；輸入緩沖電路1的輸入端接來自計算機的信號，其輸出端接雙比較電路3，它將來自計算機的4-20mA電流信號進行緩沖放大后變成1-5V電壓信號送到雙比較電路3的輸入端；雙比較電路3的輸出端接雙觸發(fā)電路4，它將輸入信號與閥位信號進行比較，產生輸出一個正偏差信號和負偏差信號，并將此信號送到雙觸發(fā)電路4；雙觸發(fā)電路4的輸出端分別接電制動脈沖形成電路5和驅動電路6的輸入端，它產生電制動脈沖形成電路和驅動電路的觸發(fā)信號；電制動脈沖形成電路5的輸出端接驅動電路6的另一個輸入端，用以根據雙觸發(fā)電路4的輸出信號產生電制動脈沖，并送到驅動電路6的輸入端；驅動電路6的輸出端接電機，用以根據雙觸發(fā)電路4的輸出信號和電制動脈沖來控制電機運轉。
上述電路中，輸入緩沖電路1的兩端并接有安全預置電路2，這兩個電路是通過輸入信號相互鎖定的。也就是說，信號在4-20mA之內變化時，安全預置電路2被鎖定，輸入緩沖電路1不受任何影響，正常實現伺服功能，一旦出現故障，輸入信號斷開或信號在3.0mA以下，輸入緩沖電路1被鎖閉，啟動安全預置電路2，執(zhí)行器將會運行到預先設置的安全位置，操作人員可以在不停機情況下，從容處理故障，再結合執(zhí)行機構固有的熱保護、行程開關保護、過扭矩保護、機械擋塊保護等形成電子式執(zhí)行器完善的保護體系。
上述的閥位輸出電路8由V/I轉換電路81、線性補償與來自多諧振蕩的高頻倒相開關82、隔離變流器83、橋式檢波器84依次串接組成。
參見圖2，1)伺服功能的實現伺服功能實質上就是執(zhí)行器調節(jié)閥的開度要跟隨指令信號變化，也就是說，他們之間是同步的，或者是成比例的。其功能是由如下的幾個單元電路實現的。來自計算機的指令信號從4-20mA經過R1R2C1網絡轉換成1-5V標準電壓信號，經過IC1A緩沖放大，仍然在R8端輸出1-5V信號，這一級的作用是濾掉部分來自引線上的干擾，提高了輸入阻抗，同時又降低了輸出阻抗，便于和下一級IC2A雙比較電路連接。雙比較的輸入有兩個，其一是取自R8的指令信號，另一個則是來自差分放大IC3的8腳的位置信號，它也被調整到標準的1-5V雙比較電路的輸入輸出端1、2、3與12、13、14和外接電阻R9、R10、R11、R12和R13、R14、R15、R16是完全對稱的。IC2A的1腳是正比較輸出端，IC2A的14腳是負比較輸出端。當兩輸入信號相等時，正負比較輸出端同時為零電位，雙觸發(fā)器IC2B的正負輸出端腳7和腳8同時被“凍結”在-12V，閥門上行，下行的固態(tài)繼電器SSRA與SSRB同時鎖閉，電機停止運動。一旦輸入的指令信號SS大于位置信號Sp，并達到某一指定值Δ(死區(qū))即SS-Sp≥Δ，此時，雙比較電路的正輸出端IC2A的1腳為≥Δ，而負輸出端IC2A的14腳為≤-Δ，雙觸發(fā)電路5腳高于觸發(fā)電平，7腳從-12V突跳到+12V，經過R24，D3，導通SSRA，而雙觸發(fā)電路IC2B的10腳則更低于原電平，負觸發(fā)輸出端IC2B的8腳仍然鎖定在-12V，SSRB繼續(xù)鎖閉，電機從SSRA獲得正向運動電流，閥門作上行運動，此時，閥位傳感電位器也隨之作正向運動，差分放大器IC3的輸入端3腳電位上升，輸出端8腳的電位也隨之升高，因為，此電位是從雙比較器IC2A的反端輸入，因而，雙比較器的正，負輸出端1腳與14腳均向著趨零的方向變化，當下降到某一電平時(提前量“Δ”)正觸發(fā)器反向觸發(fā)，7腳從+12V下降到-12V關閉SSRA，與此同時，制動脈沖形成電路IC4A工作，產生一個瞬間制動脈沖，經過R30，D6，導通SSRB，隨即又關閉SSRB，使電機獲得一個瞬間的反向扭矩，達到制動的目的。反之，亦然。當輸入指令信號SS小于位置信號Sp，并達到某一指定值Δ(死區(qū))即SS-Sp≤-Δ，此時，雙比較電路的正輸出端IC2A的1腳為≤-Δ，而負輸出端IC2A的14腳為≥Δ，雙觸發(fā)電路IC2B的10腳高于觸發(fā)電平，負輸出端8腳從-12V突跳到+12V，并經過R25，D5，導通SSRB，而雙觸發(fā)電路IC2B的5腳電平則比原先更低，正觸發(fā)輸出端IC2B的7腳仍然為-12V，SSRA繼續(xù)鎖閉，電機從SSRB獲得反向運動電流，閥門作下行運動，此時，閥門傳感定位器亦跟隨做反向運轉，差分放大器IC3的輸入端3腳的電位下降，輸出端8腳的電位亦隨之下降，因為此電位是從雙比較電路的正端輸入，因此使得雙比較電路的正負輸出均向著趨零的方向變化，當負輸出端下降到某到某一電平時(提前量“Δ”)負觸發(fā)器反向觸發(fā)，電平從+12V下降到-12V關閉SSRB，與此同時，制動脈沖形成電路IC4B工作，產生一個瞬間制動脈沖，經過R31，D4，導通SSRA，隨即又關閉SSRA，使電機獲得一個瞬間的反向扭矩，迅速停止運動。
2)安全預置功能的實現一旦出現信號故障，調節(jié)閥或者執(zhí)行器在失控的情況下，應該運行到什么位置才算安全。與輸入緩沖電路并接形成互鎖電路，一旦出現斷信號故障，馬上啟動IC1B，使上輸出端從-12V的鎖閉狀態(tài)躍升到+12V開啟狀態(tài)，再通過安全預置電位器R6，D1，在R8上調整到1-5V中任何一個安全值，使執(zhí)行器運行到此安全信號所指定的位置。出廠設定在50％。這種設計簡潔可靠，有效，邏輯嚴謹，因為任何一個測控回路的安全位置是客觀存在，它就是控制回路運行時，閥門停留時間最長的位置。它既可以在計算機系統(tǒng)的追憶曲線上找到，更是操作人員頭腦中所牢牢掌握的。國外所選擇的保位方式，看似合理，細推起來，則不嚴謹。所謂保位，就是閥門保持在斷線故障前一瞬間的位置，自然這種位置有可能是安全的，也有可能不是安全的，這是因為假設在斷線故障前，指令信號已經失常，并將閥門誤導至危險位置，才出現斷線，這種概率雖小，確實還存在。
3)位置信號的形成使用了目前流行有高分辨率和耐磨性能的塑料電位作位置傳感，橋電路作R/V轉換，如圖所示，閥位傳感電位器接在電橋的一臂從差分放大電路的3腳和12腳，引入差分信號，R36用于調零，R39作調滿，從8腳輸出一個單端1-5V的標準信號，分別送往雙比較電路和隔離輸出的E/I轉換電路。
4)隔離輸出電路的實現將位置信號的隔離放在現場并做在伺服控制器中，是本發(fā)明的一個重要創(chuàng)新點。如圖2所示，IC5和Q3、R46、R47、R48、R49完成位置信號的E/I轉換；Q4，Q5，TF1及R50、R51、R52、R53、R54、D7、D8、D9及C6組成多諧振蕩，產生100KC的高頻電壓，經過D10、D11單方向導通，使得Q3的集電極獲得隨位置信號變化的直流電壓，在TF2的次級有不同幅度的高頻信號輸出，再經過D12、D13、D14、D15的橋式檢波，輸出一個已經隔離的高品質的位置信號。
權利要求
1.一種隔離式電子伺服控制器，其特征在于包括閥位信號轉換電路、閥位輸出電路、輸入緩沖電路、雙比較電路、雙觸發(fā)電路、電制動脈沖形成電路、驅動電路，所述閥位信號轉換電路的輸入端接執(zhí)行器的電位器，將此電位器信號變成電壓信號分別送到雙比較電路的輸入端和閥位輸出電路的輸入端，閥位輸出電路將閥位信號轉換電路的輸出信號進行V/I轉換后隔離輸出；輸入緩沖電路的輸入端接來自計算機的信號，其輸出端接雙比較電路，將來自計算機的4-20mA電流信號進行緩沖放大后變成1-5V電壓信號送到雙比較電路的輸入端；雙比較電路的輸出端接雙觸發(fā)電路，它將輸入信號與閥位信號進行比較，產生輸出一個正偏差信號和負偏差信號，并將此信號送到雙觸發(fā)電路；雙觸發(fā)電路的輸出端分別接電制動脈沖形成電路和驅動電路的輸入端，它產生電制動脈沖形成電路和驅動電路的觸發(fā)信號；電制動脈沖形成電路的輸出端接驅動電路的另一個輸入端，用以根據雙觸發(fā)電路電路的輸出信號產生電制動脈沖，并送到驅動電路的輸入端；驅動電路的輸出端接電機，用以根據雙觸發(fā)電路的輸出信號和電制動脈沖來控制電機的正、反轉。
2.根據權利要求1所述的隔離式電子伺服控制器，其特征在于所述輸入緩沖電路的兩端并接有安全預置電路，用以在輸入信號異常時鎖定輸入緩沖電路，輸出一預先設定信號。
3.根據權利要求1所述的隔離式電子伺服控制器，其特征在于所述閥位輸出電路由V/I轉換電路、線性補償與來自多諧振蕩的高頻倒相開關、隔離變流器、橋式檢波器依次串接組成。
4.根據權利要求1所述的隔離式電子伺服控制器，其特征在于所述的閥位信號轉換電路采用差分放大器構成。
5.根據權利要求2所述的隔離式電子伺服控制器，其特征在于所述的安全預置電路是一個比較器，比較器的負輸入端接輸入信號，比較器的正輸入端接一個基準電壓，輸出端正向串接二極管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種隔離式電子伺服控制器，它包括閥位信號轉換電路、閥位輸出電路、輸入緩沖電路、雙比較電路、雙觸發(fā)電路、電制動脈沖形成電路、驅動電路等，本隔離式電子伺服控制器與計算機系統(tǒng)中的AI/AO端口連接，正確執(zhí)行來自計算機系統(tǒng)的調節(jié)控制指令，可對閥門等的驅動電機進行高精度控制。并具有體積小、功能多、操作調試簡便、長壽命、無維護、抗干擾、抗浪涌、運行穩(wěn)定、可靠、精度高的優(yōu)點，是當今國內外電動執(zhí)行器上的理想更新換代產品。
文檔編號F16K31/04GK1635432SQ20041004671
公開日2005年7月6日 申請日期2004年8月31日 優(yōu)先權日2004年8月31日
發(fā)明者龍得云, 嚴明德, 龍波, 彭浩 申請人:長沙三利儀器儀表有限公司