電子信息工程專業(yè)畢業(yè)論文--智能閥門控制器的硬件設(shè)計(jì)

1、電子信息工程專業(yè)畢業(yè)論文-智能閥門控制器的硬件設(shè)計(jì) 摘 要在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制中工業(yè)過程控制的質(zhì)量很大程度上取決于過程控制儀表性能的高低氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥是工業(yè)過程控制的重要調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)本文研究的調(diào)節(jié)型閥門控制器是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的核心附件它能夠顯著改善閥門的動(dòng)態(tài)特性提高閥門的響應(yīng)速度定位精度以及控制靈活性本文先對(duì)國內(nèi)外智能閥門控制器進(jìn)行了對(duì)比和分析然后詳細(xì)闡述了智能閥門控制器的總體及硬件設(shè)計(jì)論文主要解決了基于MSP430單片機(jī)的閥門硬件控制電源相序的檢測電機(jī)保護(hù)等關(guān)鍵問題并且由基于MSP430的單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)字化智能化控制提高了控制精度針對(duì)當(dāng)前國內(nèi)閥門電動(dòng)裝置主要為機(jī)械式開關(guān)控制的現(xiàn)狀本著在現(xiàn)有

2、機(jī)械結(jié)構(gòu)上改動(dòng)最小的原則利用傳感器和電子電路替換傳統(tǒng)的機(jī)械控制結(jié)構(gòu)并且開發(fā)了集執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)單元調(diào)節(jié)控制單元現(xiàn)場顯示儀表等為一體的機(jī)電一體化智能電動(dòng)執(zhí)行器本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)智能閥門控制器對(duì)提高國內(nèi)閥門控制的自動(dòng)化水平和智能閥門電動(dòng)裝置生產(chǎn)水平參與國際競爭具有重要的現(xiàn)實(shí)意義關(guān)鍵詞調(diào)節(jié)型閥門控制器系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)The Hardware Design of Adjustable Valve ControllerABSTRACTIn modern industrial automation control the quality of industrial process control depends

3、to a great extent on the performance level of process control instrumentation Pneumatic control valve is an important governor motion of industrial process control and the adjustable valve controller studied in this paper is the main attachment of pneumatic control valve it can significantly improve

4、 the dynamic characteristics of valves improve the control speed precision and flexibility of valvesThis paper analyzes the research situation and future development of the adjustable Valve Controller home and abroad and also carries on the contrast and the analysis to them and finds the solution of

5、 some key problems such as hardware designs of the intelligent valve controller based on MSP430 single chip processor phase sequence test of power source motor protection and so on Then in the view of the situation that the major current domestic electric valve actuator is controlled by the mechanic

6、al type switch the design of hardware of the adjustable valve controller was elaborated in detail based on the principles such as modifying the smallest in the existing mechanism replacing tradition machinery control structure by the sensor and the electronic circuit situation of the overall system

7、being digitally and intellectually controlled by the programmable MCU system to improve the control accuracy This electro mechanics integrates actuator drive unit adjusting control unit and field display meter This paper design and implement the intelligent valve controller which has great practical

8、 significance for raising the level of the automation of the domestic valve control and the level of the production of the intelligent electric valve actuator and for participating international competitionKey Words Adjustable valve controllerHardware systemCircuit design第一章 緒 論111調(diào)節(jié)型閥門執(zhí)行器的發(fā)展及現(xiàn)狀1com

9、門執(zhí)行器的發(fā)展及現(xiàn)狀1com門執(zhí)行器的發(fā)展及現(xiàn)狀212 本課題的目的及內(nèi)容4com 課題的背景及意義4com 課題研究的主要內(nèi)容5第二章 調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行器控制閥門的總體設(shè)計(jì)621普通閥門電動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)622調(diào)節(jié)型閥門控制器總體設(shè)計(jì)方案7com閥門控制器設(shè)計(jì)要求7com閥門控制器功能分析8com閥門控制器基本原理8第三章 調(diào)節(jié)型閥門控制器中央處理單元1231單片機(jī)的選擇1232 MSP430F135IPM的基礎(chǔ)時(shí)鐘1733 MSP430F135IPM的定時(shí)器18com定時(shí)器18com 16位定時(shí)器A19com 16位定時(shí)器B2234 MSP430F135IPM的各端口2335 MSP4

10、30F135IPM的模數(shù)轉(zhuǎn)換2436 FLASH存儲(chǔ)器24第四章 調(diào)節(jié)型閥門控制器外圍電路設(shè)計(jì)及抗干擾2641 外圍接口電路設(shè)計(jì)26com 三相電鑒相電路及接口設(shè)計(jì)26com 開關(guān)量控制接口設(shè)計(jì)29com 繼電器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)30com 顯示接口設(shè)計(jì)31com 電源電路設(shè)計(jì)36com 遠(yuǎn)程模擬控制設(shè)計(jì)39com 電流工作及保護(hù)電路設(shè)計(jì)42com 開度檢測模塊設(shè)計(jì)4442 控制器系統(tǒng)硬件抗干擾措施44第五章 結(jié)論與展望47參考文獻(xiàn)48致謝50第一章 緒論11 調(diào)節(jié)型閥門執(zhí)行器的發(fā)展及現(xiàn)狀執(zhí)行器是工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的執(zhí)行單元也是自動(dòng)化系統(tǒng)中最重要的組成部分之一電動(dòng)執(zhí)行器一般是以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源的閥門電

11、動(dòng)裝置其作用是將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的動(dòng)作來控制閥內(nèi)截流件的位置或其它調(diào)節(jié)裝置com門執(zhí)行器的發(fā)展及現(xiàn)狀近年來我國電動(dòng)閥門研制行業(yè)堅(jiān)持技術(shù)進(jìn)步加快新產(chǎn)品開發(fā)涌現(xiàn)出一批各具特色的高新技術(shù)產(chǎn)品如北京機(jī)床所的直動(dòng)式電液伺服閥杭州精工液壓 機(jī)電公司的低噪聲比例溢流閥 擁有專利 寧波華液公司的電液比例壓力流量閥 已申請(qǐng)專利 均為機(jī)電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品并己投入批量生產(chǎn)取得了較 好的經(jīng)濟(jì)效益目前國內(nèi)研制的新型智能電動(dòng)執(zhí)行器的主要特點(diǎn)是主要技術(shù)指 標(biāo)正在向國際 90 年代初水平看齊工作死區(qū)小于 08 級(jí)回差和基本誤差都小 于 1 級(jí)使用方便具有自診斷自調(diào)整和 PID 調(diào)節(jié)功能PI調(diào)節(jié)功能但目前僅是個(gè)別使用沒有

12、形成產(chǎn)品北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)場總線及工業(yè)測控技術(shù)研究室與天津百利二通機(jī)械合作于2002年成功開發(fā)了基于現(xiàn)場總線的閥門控制系統(tǒng)首次將現(xiàn)場總線CANController Area Network控制器局域網(wǎng)總線應(yīng)用于國內(nèi)通用型閥門電動(dòng)裝置另外上海交通大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)天津大學(xué)大連理工大學(xué)重慶大學(xué)等高校也都對(duì)閥門電動(dòng)裝置的調(diào)節(jié)型化控制器進(jìn)行了相關(guān)的研究并取得一定的成果通過上述分析可以說調(diào)節(jié)型閥門電動(dòng)裝置今后幾年在國內(nèi)將進(jìn)入發(fā)展成熟階段而且隨著工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)步控制技術(shù)的發(fā)展及受數(shù)字技術(shù)和微處理技術(shù)的影響人們對(duì)工業(yè)過程控制的終端執(zhí)行器提出了新的要求以及調(diào)節(jié)型閥門電動(dòng)裝置與傳統(tǒng)的普通閥門

13、電動(dòng)裝置相比的突出優(yōu)勢可以推測在未來幾年時(shí)間調(diào)節(jié)型閥門電動(dòng)裝置將會(huì)在很大層面上取代普通閥門電動(dòng)裝置因此進(jìn)行調(diào)節(jié)型閥門電動(dòng)裝置控制器的研究開發(fā)提升國內(nèi)產(chǎn)品的技術(shù)水平以參與國際競爭勢在必行com門執(zhí)行器的發(fā)展及現(xiàn)狀自1929年LIMITORQUE公司制造出了世界上第一臺(tái)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以來國際上電動(dòng)執(zhí)行器技術(shù)水平發(fā)展迅速20世紀(jì)80年代起國外相繼推出了符合各種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)節(jié)型執(zhí)行器在工業(yè)現(xiàn)場取得了較好的應(yīng)用效果由于高新技術(shù)的迅猛發(fā)展目前國外己開發(fā)出新一代調(diào)節(jié)型化電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)品電子計(jì)算機(jī)技術(shù)微機(jī)控制技術(shù)己在閥門設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用這些調(diào)節(jié)型化電動(dòng)執(zhí)行器功能強(qiáng)大簡單可靠技術(shù)先進(jìn)國際著名的電動(dòng)執(zhí)行器公司

14、英國的ROTORK羅托克生產(chǎn)的IQ系列調(diào)節(jié)型化電動(dòng)執(zhí)行器不但具有調(diào)節(jié)型通信調(diào)節(jié)型控制支持多種現(xiàn)場總線的功能而且其獨(dú)有的雙密封系統(tǒng)和紅外線非侵入式設(shè)定使它可用在任何環(huán)境中防水防暴終身可靠調(diào)試及故障排除簡單德國HartmannBraum公司新一代產(chǎn)品調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行器MOE700實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)型式電子一體化變頻變速定位監(jiān)控等功能代表著該領(lǐng)域的世界先進(jìn)水平的公司還有美國的JORDAN公司和LIMITORQUE公司等幾家國外著名的公司JORDAN公司的調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行器突出特點(diǎn)是動(dòng)作頻率高其動(dòng)作頻率是20004000h而國內(nèi)的電動(dòng)執(zhí)行器動(dòng)作頻率在2000h以下一般動(dòng)作頻率達(dá)到1200h就是很高的了調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)

15、行器集微機(jī)技術(shù)和執(zhí)行器技術(shù)于一體以調(diào)節(jié)型放大器取代傳統(tǒng)的磁放大器是一種新型的終端控制單元是工業(yè)控制與自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)前和今后發(fā)展動(dòng)向之一國際上電動(dòng)執(zhí)行器向五個(gè)方向發(fā)展調(diào)節(jié)型性現(xiàn)場總線調(diào)節(jié)型性輕巧實(shí)用性重型安全復(fù)位性目前調(diào)節(jié)型化閥門電動(dòng)裝置在國外已經(jīng)形成許多系列產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域中并呈現(xiàn)出全方位調(diào)節(jié)型化全方位體現(xiàn)在閥門電動(dòng)裝置與儀表執(zhí)行機(jī)構(gòu)這兩類產(chǎn)品概念的統(tǒng)一即其產(chǎn)品已經(jīng)將上述兩類產(chǎn)品性能集于一身其突出特點(diǎn)在于 1機(jī)械結(jié)構(gòu)的精簡可靠電子電路高度集成化模塊化把整個(gè)控制回路裝在一個(gè)現(xiàn)場儀表閥門電動(dòng)裝置之中同時(shí)可在不使用專用的工具移去任何封蓋的前提下進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置而是通過安置在控制儀表板上的LCDL

16、iquid Crystal Display和本地控制開關(guān)來完成這樣使控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝操作和維護(hù)等工作大大簡化且減少因信號(hào)傳輸中的泄漏和干擾等因素對(duì)系統(tǒng)的影響提高了可靠性此外在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上充分考慮到抗惡劣工作環(huán)境的因素其組件多帶有保護(hù)涂層以防腐蝕外殼采用密封式經(jīng)得起溫度濕度的大范圍變化和振動(dòng)沖擊的考驗(yàn)保證工作可靠例如OTORK公司生產(chǎn)的Q300系列電動(dòng)裝置就帶有防水保護(hù)和雙層密封外殼工作溫度度在-3070之間從這些可以折射出國外閥門電動(dòng)裝置生產(chǎn)廠商的規(guī)模生產(chǎn)能力以及其技術(shù)工藝的成熟和完善2功能的完備主要體現(xiàn)在其一機(jī)多用途完全具備閥門電動(dòng)裝置儀表執(zhí)行器的所有功能計(jì)算機(jī)控制功能除了能精確確定閥門全行

17、程的兩個(gè)極限位置外還可按給定值自動(dòng)進(jìn)行過程調(diào)節(jié)控制流量和壓力等過程變量通過微處理器和PID或調(diào)節(jié)型控制算法編程實(shí)現(xiàn)例如VALTEK公司的Starpac調(diào)節(jié)型化閥門電動(dòng)裝置能響應(yīng)外部4-20mA模擬信號(hào)或經(jīng)由RS-485通訊口發(fā)來的數(shù)字信號(hào)或按自身程序設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行PID控制安全保護(hù)功能具有高度的自身保護(hù)和系統(tǒng)保護(hù)功能如自動(dòng)調(diào)整三相電源的相序而保證電機(jī)正確起動(dòng)避免因相序接錯(cuò)導(dǎo)致電機(jī)反轉(zhuǎn)而損壞電動(dòng)裝置和閥門此外還能在閥門卡死的情況下防止閥門因過轉(zhuǎn)矩而損壞ROTORK公司生產(chǎn)的IQ型調(diào)節(jié)型化閥門電動(dòng)裝置具有上述兩種功能它裝有相同步器自動(dòng)相序調(diào)整裝置可確保IQ的三相電動(dòng)機(jī)始終具有正確的相序電源其次如果

18、閥門卡死當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)發(fā)出715秒后無任何的動(dòng)作IQ的執(zhí)行器內(nèi)部邏輯電路可將相應(yīng)的觸點(diǎn)斷開除了有自身保護(hù)功能外調(diào)節(jié)型化閥門電動(dòng)裝置還具有系統(tǒng)保護(hù)功能即當(dāng)某些部件出現(xiàn)故障或系統(tǒng)出現(xiàn)其它問題時(shí)會(huì)自動(dòng)采取應(yīng)急措施以免發(fā)生事故調(diào)節(jié)型診斷功能在閥門電動(dòng)裝置上裝有一些附加的傳感器或檢測電路專門用于故障檢測微處理器在運(yùn)行中連續(xù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測一旦發(fā)現(xiàn)問題立即執(zhí)行預(yù)定的程序自動(dòng)采取應(yīng)急措施并報(bào)警告知用戶3業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)無線通訊技術(shù)的工業(yè)產(chǎn)品化應(yīng)用調(diào)節(jié)型閥門電動(dòng)裝置利用數(shù)字通訊手段與主控制室相連主控制室送出的可尋址數(shù)字信號(hào)通過電纜被電動(dòng)裝置接收電動(dòng)裝置的微處理器根據(jù)收到的信號(hào)對(duì)電動(dòng)裝置進(jìn)行相應(yīng)的控制12 本課題的

19、目的及內(nèi)容com 課題的背景及意義本課題是一智能型智能電動(dòng)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)是開發(fā)電動(dòng)閥智能控制器以取代原來的PLC增加多單片機(jī)接口可以降低成本增強(qiáng)企業(yè)產(chǎn)品的競爭力智能閥門控制器為控制系統(tǒng)的核心是將送油調(diào)節(jié)閥溢流閥電磁回油閥等融為一體的具有高精度調(diào)節(jié)壓力上限保護(hù)加荷卸荷換向快速送回油等多種控制功能的機(jī)電一體化組合體智能閥門控制器接收傳感器和定位探頭等的信號(hào)后通過閥門控制電機(jī)組件對(duì)閥門進(jìn)行控制調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)抗壓試驗(yàn)過程的智能化自動(dòng)控制同時(shí)進(jìn)行力值采集和強(qiáng)度的計(jì)算顯示和數(shù)據(jù)的打印保存可以查詢所保存的歷史數(shù)據(jù)MSP430單片機(jī)的調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行器有很好的市場前景主要具有如下的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)際價(jià)值1系統(tǒng)提出模塊化

20、的設(shè)計(jì)思想采用MSP430單片機(jī)作為閥門控制系統(tǒng)主控CPU具有低成本低功耗和高性能的處理能力對(duì)電機(jī)的數(shù)字化控制非常有用同時(shí)幾種先進(jìn)的外設(shè)被集成到芯片內(nèi)部形成真正的單芯片控制器外設(shè)集成度高程序存儲(chǔ)空間更大AD轉(zhuǎn)換速度更快等特點(diǎn)是電機(jī)數(shù)字化控制的升級(jí)產(chǎn)品2利用固態(tài)繼電器控制電機(jī)的可逆運(yùn)轉(zhuǎn)的技術(shù)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行器非常適用于頻繁啟動(dòng)易燃易爆潮濕等環(huán)境惡劣的場合與自控遠(yuǎn)控設(shè)備中3實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化儀表技術(shù)從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變自動(dòng)化系統(tǒng)從封閉式系統(tǒng)向開放式系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變4將控制顯示等功能下載到執(zhí)行器中更好的實(shí)現(xiàn)了其調(diào)節(jié)型化并簡化了上層系統(tǒng)5大大的縮短了我國電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與國外同類產(chǎn)品的差距6為國民經(jīng)濟(jì)各部門提

21、供新的自動(dòng)化裝備從而帶來更高的效益7振興我國儀表工業(yè)當(dāng)前世界上有名的儀表公司的產(chǎn)品進(jìn)入我國市場競爭激烈只有保持技術(shù)上和國外同步促進(jìn)儀表產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整才能立于不敗之地com 課題研究的主要內(nèi)容本課題是在充分了解國內(nèi)外調(diào)節(jié)型閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上認(rèn)真研究了其優(yōu)點(diǎn)和不足之處并結(jié)合國內(nèi)用戶的需求及應(yīng)用環(huán)境而提出的在國內(nèi)現(xiàn)有的同類產(chǎn)品基礎(chǔ)上將單片機(jī)技術(shù)電子技術(shù)傳感器技術(shù)應(yīng)用在電動(dòng)執(zhí)行器中開發(fā)了集執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)單元調(diào)節(jié)控制單元現(xiàn)場顯示儀表等為一體的機(jī)電儀一體化的調(diào)節(jié)型執(zhí)行器以MSP430單片機(jī)為中心對(duì)閥門電動(dòng)裝置通過開關(guān)式控制機(jī)構(gòu)在行程到位過轉(zhuǎn)矩或故障發(fā)生時(shí)直接切斷該機(jī)構(gòu)在電氣控制回路中

22、的對(duì)應(yīng)常閉觸點(diǎn)來斷開電機(jī)電源的方式故障檢測包括相序檢測及自動(dòng)調(diào)整環(huán)節(jié)斷相檢測環(huán)節(jié)電機(jī)過熱檢測環(huán)節(jié)及極限位置檢測等開度控制包括控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)和開度顯示環(huán)節(jié)等主要功能包括本地控制和遠(yuǎn)程控制兩個(gè)方面本地控制使用旋鈕控制電動(dòng)執(zhí)行器開度遠(yuǎn)程控制使用4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)控制執(zhí)行器開度輸出需要顯示電機(jī)開度同時(shí)使用指示燈顯示電機(jī)狀態(tài)通過傳感器實(shí)現(xiàn)行程和轉(zhuǎn)矩控制機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)采集行程和轉(zhuǎn)矩信息并以電信號(hào)的形式傳至MSP430分析處理MSP430根據(jù)處理結(jié)果實(shí)時(shí)刷新開度指示模塊的開度顯示并通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)和停止?fàn)顟B(tài)檢測模塊在系統(tǒng)上電后即對(duì)電機(jī)電源的相序正反是否缺相電機(jī)溫度過熱等狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控異常時(shí)向

23、MSP430發(fā)出相應(yīng)的故障信號(hào)MSP430及時(shí)做出故障處理如通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊使電機(jī)停止等并通過開度指示模塊顯示故障報(bào)警信息LCD漢字顯示界面并使結(jié)構(gòu)上達(dá)到了操作時(shí)非侵入的要求使得該調(diào)節(jié)型閥門控制器實(shí)現(xiàn)了對(duì)信息采集的數(shù)字化控制處理的精確化人機(jī)交互的人性化調(diào)節(jié)型化以及操作設(shè)置的安全化21普通閥門電動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)普通閥門電動(dòng)裝置對(duì)于行程和轉(zhuǎn)矩的控制均由機(jī)械開關(guān)式行程和轉(zhuǎn)矩控制機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)如圖21所示包括機(jī)械開關(guān)式行程控制機(jī)構(gòu)可調(diào)式開度指示器和機(jī)械開關(guān)式蝶簧組及轉(zhuǎn)矩控制機(jī)構(gòu)用以控制閥門的開啟關(guān)閉及閥門位置的開度指示和開關(guān)閥門過程中的轉(zhuǎn)矩保護(hù)1電機(jī) com 4蝸桿 5蝸輪 6輸出軸 com 9行程控

24、制機(jī)構(gòu) 10中間齒輪 com槽 13曲柄 14轉(zhuǎn)矩控制機(jī)構(gòu) 15蝶簧組及轉(zhuǎn)矩控制機(jī)構(gòu)圖21 普通閥門電動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig 21 Structure of ordinary valve機(jī)械開關(guān)式行程控制機(jī)構(gòu)由十進(jìn)位齒輪組頂桿凸輪和微動(dòng)開關(guān)組成簡稱計(jì)數(shù)器其工作原理是由減速箱內(nèi)的一主動(dòng)小齒輪帶動(dòng)計(jì)數(shù)器工作如果計(jì)數(shù)器按閥門開或關(guān)的位置已調(diào)整好當(dāng)計(jì)數(shù)器隨輸出軸轉(zhuǎn)到預(yù)先調(diào)整好的位置圈數(shù)時(shí)則凸輪將被轉(zhuǎn)動(dòng)90°壓迫微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作切斷電源電機(jī)停轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)裝置行程的控制為了控制較多圈數(shù)多回轉(zhuǎn)的閥門可調(diào)整凸輪轉(zhuǎn)180°或270°再迫使微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作同時(shí)其指針式閥門開度指示由可調(diào)式開

25、度指示器實(shí)現(xiàn)其由減速齒輪組調(diào)節(jié)齒輪閥門開度表盤凸輪微動(dòng)開關(guān)及電位器組成在現(xiàn)場調(diào)試時(shí)根據(jù)所配閥門開關(guān)的圈數(shù)將調(diào)節(jié)齒輪調(diào)整到所需位置并與減速齒輪組嚙合當(dāng)閥門在開啟或關(guān)閉過程中開度盤經(jīng)減速后轉(zhuǎn)動(dòng)指示閥門的開度值指示角度與閥門開度值同步機(jī)械開關(guān)式轉(zhuǎn)矩控制機(jī)構(gòu)由曲柄碰塊凸輪分度盤支板和微動(dòng)開關(guān)組成當(dāng)輸出軸受到一定的阻力轉(zhuǎn)矩后蝸桿除旋轉(zhuǎn)外還產(chǎn)生軸向位移帶動(dòng)曲柄旋轉(zhuǎn)同時(shí)使碰塊也產(chǎn)生一定角位移從而壓迫凸輪使支板上抬當(dāng)輸出軸上的轉(zhuǎn)矩增大到預(yù)定值時(shí)則支板上抬到直至微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作切斷電源電機(jī)停轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)裝置輸出轉(zhuǎn)矩的控制通過以上描述可見機(jī)械開關(guān)式行程和轉(zhuǎn)矩控制機(jī)構(gòu)存在著安裝設(shè)置調(diào)整繁瑣控制精度不高不易實(shí)現(xiàn)閥門開度的

26、電子式數(shù)字顯示轉(zhuǎn)矩只能針對(duì)某個(gè)具體值進(jìn)行控制無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)的采集和控制等弊端另外普通型閥門電動(dòng)裝置是靠三相異步電機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來帶動(dòng)閥門的啟停電機(jī)靠交流接觸器控制除電氣控制回路外還有各種保護(hù)電路例如熔斷器熱繼電器過轉(zhuǎn)矩保護(hù)等這種閥門電動(dòng)裝置控制回路簡單可靠性較好但所提供的故障信息較少使用維護(hù)不便也無法實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)功能22調(diào)節(jié)型閥門控制器總體設(shè)計(jì)方案com閥門控制器設(shè)計(jì)要求調(diào)節(jié)型電動(dòng)執(zhí)行器是以單片機(jī)為核心的控制電路要求其使用時(shí)性能穩(wěn)定可靠控制部分緊湊合理各功能單元既相互獨(dú)立又互有接口方便維修和在線擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)具體設(shè)計(jì)要求如下1完成三相異步電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)停止的控制2能實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)正反轉(zhuǎn)間的互鎖防止電源間的

27、短路3 能實(shí)現(xiàn)對(duì)三相電源進(jìn)行缺相相序檢測避免因缺相帶來的電機(jī)過熱4 接受開關(guān)量控制通過操作面板上開關(guān)或遠(yuǎn)程的開閥關(guān)閥開關(guān)控制開關(guān)閉合時(shí)電機(jī)立即啟動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)立即停止5 完成對(duì)閥門開度檢測并進(jìn)行反饋控制同時(shí)實(shí)現(xiàn)變送4-20mA電流信號(hào)信號(hào)輸出6 完成對(duì)閥門力矩檢測并進(jìn)行反饋控制檢測閥門的行程上下限和力矩上下限7 控制面板上有本地停止遠(yuǎn)程三種模式選擇開關(guān)和本地模式下開關(guān)操作旋轉(zhuǎn)開關(guān)在遠(yuǎn)程模式下可進(jìn)行模擬量和開關(guān)量控制8 顯示部分采用液晶背光型默認(rèn)設(shè)置下可顯示閥門開度閥門力矩故障報(bào)警代碼操作模式電流大小在進(jìn)行參數(shù)設(shè)定時(shí)顯示各種設(shè)置參數(shù)符號(hào)9 電機(jī)的過熱保護(hù)采用熱保護(hù)器電機(jī)內(nèi)埋入PT100熱電阻可用通

28、過程序進(jìn)行 80150 內(nèi)的任意溫度設(shè)定起電機(jī)保護(hù)作用10 分辨率1元器件選用工業(yè)級(jí)11 具有較強(qiáng)抗干擾能力 例如電磁干擾噪聲干擾溫度影響 com閥門控制器功能分析在充分理解和分析國外先進(jìn)調(diào)節(jié)型閥門電動(dòng)裝置及其控制器的基礎(chǔ)上提出本設(shè)計(jì)中的調(diào)節(jié)型非侵入式閥門電動(dòng)裝置控制器應(yīng)具有以下功能1系統(tǒng)要求電機(jī)能夠正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)控制因此系統(tǒng)采用了帶互鎖的繼電器控制電機(jī)并配合元件互鎖保證電機(jī)安全可靠工作在繼電器進(jìn)線端采用了光電耦合實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電與弱電的隔離提高了系統(tǒng)的抗干擾能力2為了實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門開度的檢測系統(tǒng)需要檢測閥門的轉(zhuǎn)動(dòng)位置通過4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)從而對(duì)電機(jī)開度進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測實(shí)現(xiàn)電機(jī)的開度控制和

29、顯示3為了實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門力矩的檢測系統(tǒng)需要檢測電機(jī)的三相電流按照相應(yīng)的換算關(guān)系間接檢測力矩的大小4由于開度和力矩值需要變送輸出因此系統(tǒng)要設(shè)計(jì)開度和力矩的變送模塊5為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程模擬量的控制系統(tǒng)需要檢測遠(yuǎn)程模擬量值經(jīng)過A D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)在對(duì)應(yīng)控制信號(hào)位置時(shí)停止6另外設(shè)置的參數(shù)要在液晶屏上顯示系統(tǒng)還需要設(shè)計(jì)顯示模塊7為了使系統(tǒng)在掉電后能夠長時(shí)間工作系統(tǒng)還需要選用一款低功耗單片機(jī)來檢測和記錄開度其他電路都保持掉電狀態(tài)8針對(duì)電機(jī)內(nèi)部溫度過熱的現(xiàn)象系統(tǒng)設(shè)計(jì)了溫度檢側(cè)模塊來實(shí)時(shí)檢測電機(jī)的溫度值com閥門控制器基本原理根據(jù)前面對(duì)普通閥門電動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)功能特點(diǎn)及調(diào)節(jié)型閥門控制器的功能要求的分析本著對(duì)現(xiàn)有普通閥門電

30、動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)上改動(dòng)最小即可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)型化的原則針對(duì)直接開關(guān)位置控制方式開發(fā)實(shí)用的符合我國國情的調(diào)節(jié)型非侵入式閥門電動(dòng)裝置控制器用于驅(qū)動(dòng)和控制多回轉(zhuǎn)閥門裝置提出的總體設(shè)計(jì)方案如下本設(shè)計(jì)將微機(jī)控制技術(shù)傳感器技術(shù)和電子技術(shù)引入到閥門的控制系統(tǒng)中改變了普通閥門電動(dòng)裝置中通過開關(guān)式控制機(jī)構(gòu)包括行程轉(zhuǎn)矩和故障檢測機(jī)構(gòu)在行程到位過轉(zhuǎn)矩或故障發(fā)生時(shí)直接切斷該機(jī)構(gòu)在電氣控制回路中的對(duì)應(yīng)常閉觸點(diǎn)來斷開電機(jī)電源的方式如圖22所示在調(diào)節(jié)型閥門控制器中以調(diào)節(jié)型中央處理單元為核心實(shí)現(xiàn)對(duì)單臺(tái)閥門的控制電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使電動(dòng)裝置運(yùn)行通過傳感器實(shí)現(xiàn)的行程和轉(zhuǎn)矩控制機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)采集行程和轉(zhuǎn)矩信息并以電信號(hào)的形式傳至中央處理單元分析處

31、理中央處理單元根據(jù)處理結(jié)果實(shí)時(shí)刷新開度指示模塊的開度顯示并通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)和停止?fàn)顟B(tài)檢測模塊在系統(tǒng)上電后即對(duì)電機(jī)電源的相序正反是否缺相電機(jī)溫度過熱等狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控異常時(shí)向中央處理單元發(fā)出相應(yīng)的故障信號(hào)中央處理單元及時(shí)做出故障處理如通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊使電機(jī)停止等并通過開度指示模塊顯示故障報(bào)警信息中央處理單元通過非侵入現(xiàn)場開關(guān)機(jī)構(gòu)接受控制者對(duì)控制器的設(shè)置及操作信息并通過控制其它模塊做出相應(yīng)的動(dòng)作遠(yuǎn)程功能模塊通過與中央處理單元交互實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制和狀態(tài)采集以下分別對(duì)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)方案和選型進(jìn)行具體闡述圖22 調(diào)節(jié)型閥門控制器總體框圖Fig 22 Intelligent valve

32、controller general diagram1中央處理單元如前所述中央處理單元是調(diào)節(jié)型閥門控制器的標(biāo)志與核心支配系統(tǒng)各個(gè)功能模塊協(xié)調(diào)地工作檢測各種工作狀態(tài)信息和行程轉(zhuǎn)矩信息處理后通過開度指示模塊實(shí)時(shí)更新接收用戶輸入的控制指令信息控制電機(jī)動(dòng)作并根據(jù)狀態(tài)異常情況發(fā)出各種報(bào)警信息因此該模塊利用可編程的單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)2行程控制機(jī)構(gòu)為了實(shí)現(xiàn)中央處理單元對(duì)閥門開啟位置的連續(xù)電信號(hào)采集本設(shè)計(jì)采用金屬膜精密電位器與閥門同軸作為行程控制機(jī)構(gòu)當(dāng)閥門關(guān)到位時(shí)對(duì)應(yīng)電阻值最小當(dāng)閥門開到位時(shí)對(duì)應(yīng)電阻值最大在閥門的極限位置裝有行程開關(guān)避免電機(jī)在閥門到位時(shí)堵轉(zhuǎn)也避免在開關(guān)初始位處易出現(xiàn)的開關(guān)不嚴(yán)的現(xiàn)象3轉(zhuǎn)矩控制機(jī)構(gòu)目

33、前用于閥門電動(dòng)裝置轉(zhuǎn)矩控制的方式有通過檢測電機(jī)電流折算輸出轉(zhuǎn)矩通過測力傳感器計(jì)算輸出轉(zhuǎn)矩通過絕對(duì)值編碼器檢測變形計(jì)算輸出轉(zhuǎn)矩結(jié)合當(dāng)前閥門電動(dòng)裝置的特點(diǎn)考慮到以電機(jī)電流方式控制轉(zhuǎn)矩會(huì)受到溫度電壓等多種因素干擾不易實(shí)現(xiàn)因此本系統(tǒng)采用了極限位置轉(zhuǎn)矩控制方式即當(dāng)開度達(dá)到滿度時(shí)通過位置開關(guān)強(qiáng)行停止轉(zhuǎn)矩當(dāng)開度未達(dá)到滿度時(shí)通過電機(jī)的啟動(dòng)停止來控制轉(zhuǎn)矩的運(yùn)行4開度指示模塊如前所述傳統(tǒng)的普通型閥門電動(dòng)裝置都是通過指針式開度指示機(jī)構(gòu)來指示當(dāng)前的閥門開度閥門位置受視角因素以及人為因素的影響本設(shè)計(jì)中使用液晶屏顯示開度直接接受中央控制單元發(fā)出的控制信號(hào)通過液晶驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)精度更高的數(shù)字化顯示同時(shí)還能提供給用戶更加

34、人性化的界面除了開度顯示外用戶可以通過該界面對(duì)調(diào)節(jié)型閥門控制器的工作方式和遠(yuǎn)程狀態(tài)輸出等進(jìn)行設(shè)置同時(shí)也可清楚地了解電動(dòng)裝置當(dāng)前的工作狀態(tài)如是否有報(bào)警信號(hào)等另外本設(shè)計(jì)選用122×32點(diǎn)陣液晶可顯示兩行每行7個(gè)半漢字符合國內(nèi)用戶的使用習(xí)慣5電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊閥門電動(dòng)裝置主要是通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥門的正反向運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)于三相異步電機(jī)要實(shí)現(xiàn)其可逆運(yùn)轉(zhuǎn)只需改變?nèi)嘀骰芈飞先我鈨上嚯娫吹南嘈蚣纯梢簿褪且淖冸妱?dòng)機(jī)的接線位置用兩臺(tái)交流接觸器交替地給電動(dòng)機(jī)送入L1L2L3相序電源和L3L2L1相序電源電動(dòng)機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)逆向運(yùn)轉(zhuǎn)如圖23所示本電路由熔斷器Fu正轉(zhuǎn)交流接觸器觸點(diǎn)KO反轉(zhuǎn)交流接觸器觸點(diǎn)KC和電動(dòng)機(jī)M構(gòu)成主回路

35、KO合閘后送入電動(dòng)機(jī)接線柱UVW的電源相序?yàn)長1L2L3電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)KC合閘送入電動(dòng)機(jī)接線柱UVW的電源相序?yàn)長3L2L1電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)圖23 調(diào)節(jié)型閥門控制器電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊Fig 23 Intelligent valve motor drive controller module在電氣控制回路中接入兩個(gè)12V線圈的小型繼電器J1和J2的觸點(diǎn)并且實(shí)現(xiàn)硬件上的互鎖結(jié)構(gòu)如圖23所示J1J2分別控制交流接觸器KOKC的通斷并且J1J2的線圈直接受中央處理單元的開關(guān)量控制信號(hào)控制中央處理單元通過鑒相電路判斷送入電動(dòng)機(jī)接線柱UVW的電源相序是否是正序是的話按照上一段的描述則J1閉合控制電機(jī)正轉(zhuǎn)J2閉合控制電機(jī)反

36、轉(zhuǎn)否則J1閉合控制電機(jī)反轉(zhuǎn)J2閉合控制電機(jī)正轉(zhuǎn)因此中央處理單元只要控制J1J2就能實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和停止控制同時(shí)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)相功能避免了因?yàn)榻泳€相序錯(cuò)誤而造成危險(xiǎn)另外該方案省去了普通閥門控制器控制回路中的急停開關(guān)電機(jī)熱繼電器常閉觸點(diǎn)等器件而由狀態(tài)檢測電路對(duì)上述狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控出現(xiàn)異常時(shí)通知中央處理單元中央處理單元通過J1J2斷開使電機(jī)停轉(zhuǎn)即可6狀態(tài)檢測模塊該模塊負(fù)責(zé)檢測除行程和轉(zhuǎn)矩以外的狀態(tài)信息在閥門電動(dòng)裝置除上述兩種外的工作狀態(tài)異常時(shí)提供給中央處理單元相應(yīng)的故障信息以便及時(shí)處理該模塊可通過設(shè)計(jì)硬件電路實(shí)現(xiàn)根據(jù)電路實(shí)現(xiàn)機(jī)制不同該模塊可分為兩部分第一部分是檢測電源缺相控制回路熔斷器熔斷電機(jī)溫度過熱

37、等故障的電路該部分均是通過調(diào)理電路間接檢測380V電壓的通斷并將其轉(zhuǎn)換成能被中央處理單元識(shí)別的開關(guān)量信息從而使中央處理單元在故障發(fā)生時(shí)能夠進(jìn)行及時(shí)的處理另一部分則是鑒相電路它負(fù)責(zé)鑒別送入電動(dòng)機(jī)接線柱的電源相序的正反并以開關(guān)量的形式提供給中央處理單元中央處理單元根據(jù)相序的情況控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊正確地執(zhí)行開關(guān)閥門的動(dòng)作7遠(yuǎn)程功能模塊根據(jù)功能不同該模塊可以分成三個(gè)部分第一遠(yuǎn)程開關(guān)對(duì)閥門電動(dòng)裝置的點(diǎn)動(dòng)控制第二可以指示電動(dòng)裝置各種工作狀態(tài)的開關(guān)量輸出以便實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)功能這兩種功能均可由繼電器接入中央處理單元的輸入輸出接口并通過軟件編程實(shí)現(xiàn)第三章 調(diào)節(jié)型閥門控制器中央處理單元本章在前一章總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上針對(duì)該調(diào)

38、節(jié)型閥門控制器的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述實(shí)現(xiàn)了整個(gè)控制器系統(tǒng)的調(diào)節(jié)型化31單片機(jī)的選擇調(diào)節(jié)型閥門控制器中央處理單元是調(diào)節(jié)型閥門控制器的核心單元負(fù)責(zé)系統(tǒng)的所有控制活動(dòng)系統(tǒng)將采集的各種信號(hào)數(shù)字信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)開關(guān)信號(hào)送的處理單元再根據(jù)按用戶要求設(shè)計(jì)的軟件程序控制系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的數(shù)字化和調(diào)節(jié)型化根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求應(yīng)選擇IO口等片上資源豐富處理速度塊低功耗開發(fā)簡單快捷并具有較高集成度的單片機(jī)作為中央處理器以盡可能減小電路板的面積因此最好選用集成度較高的SOCSystem on Chip單片機(jī)這類單片機(jī)將各種外圍功能模塊集成于片內(nèi)且具有較大的數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)區(qū)從而避免了某些外圍器件和存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

39、這樣不僅能節(jié)省電路板的空間減少了電子元件的使用同時(shí)又避免了復(fù)雜的電子連線提高了系統(tǒng)的可靠性本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制核心采用了TI公司的16位高性能MSP430F135單片機(jī)用來檢測系統(tǒng)的輸入狀態(tài)控制系統(tǒng)各個(gè)部分的輸出TI公司的MSP430系列單片機(jī)是一種超低功耗的混合信號(hào)控制器其中包括一系列器件它們針對(duì)不同的應(yīng)用而由不同的模塊組成它們具有16位RISC結(jié)構(gòu)CPU中的16個(gè)寄存器和常數(shù)發(fā)生器使MSP430微控制器能達(dá)到最高的代碼效率靈活的時(shí)鐘源可以使器件達(dá)到最低的功率消耗其MSP430系列單片機(jī)有以下特點(diǎn)1 低電壓低功耗MSP430系列單片機(jī)能夠在穩(wěn)定的工作在18V-36V之間在系統(tǒng)時(shí)鐘頻率較低的情況下

40、其消耗電流能降低到400A以下有多種低功耗模式可以在不同的模式實(shí)現(xiàn)超低功耗2 強(qiáng)大的處理能力MSP430系列單片機(jī)具有16位RISC結(jié)構(gòu)簡潔的內(nèi)核指令系統(tǒng)當(dāng)工作在8MHz系統(tǒng)時(shí)鐘下時(shí)指令周期為125s3 穩(wěn)定的工作性能MSP430單片機(jī)中內(nèi)置看門狗同時(shí)系統(tǒng)能夠在多個(gè)時(shí)鐘源之間切換保證系統(tǒng)正常工作4 豐富的片內(nèi)資源MSP430系列內(nèi)置了豐富的片內(nèi)資源模塊主要包括看門狗 WDT 定時(shí)器A TimerA 定時(shí)器B TimerB 比較器串口0串口1 USTRA0USTRA1 硬件乘法器模數(shù)轉(zhuǎn)換 ADC 基本AD口基本定時(shí)器等5 工業(yè)級(jí)產(chǎn)品MSP430系列單片機(jī)都是工業(yè)級(jí)產(chǎn)品具有-0°85&#

41、176;的工作溫度范圍并具有較強(qiáng)的抗干擾能力MSP430系列單片機(jī)具有OPTFlashEPROM和ROM四種類型其中具有片內(nèi)JTAG調(diào)試接口的Flash型MSP430單片機(jī)擁有十分便捷的開發(fā)環(huán)境通過JTAG將程序下載到Flash內(nèi)上位機(jī)軟件控制片內(nèi)程序的運(yùn)行向JTAG接口輸出片內(nèi)信息供調(diào)試開發(fā)不需要額外的仿真器和編程器節(jié)約了開發(fā)成本MSP40F135單片機(jī)是MSP430X13X系列中的一種除了MSP430系列單片機(jī)的共同特點(diǎn)之外MSP430F135單片機(jī)主要特性如下1低電源工作電壓18V36V 2 基本的時(shí)鐘模塊高速晶體振蕩器 最高8MHz 低速晶體振蕩器 最高32768Hz 內(nèi)部的DCO振蕩

42、器 3 12位200kpbs的AD轉(zhuǎn)換器自帶采樣保持多種轉(zhuǎn)換方式 4 具有3個(gè)捕獲此較寄存器的16位定時(shí)器TimerA 5 具有7個(gè)捕獲此較寄存器的16位定時(shí)器TimerB 6 多達(dá)60KB的FlashROM和2KB的RAM 7 內(nèi)部帶有256B的Flash存儲(chǔ)器模塊 8 JTAG引腳單獨(dú)引出不與IO線復(fù)用9串行在系統(tǒng)編程10安全熔絲的程序代碼保護(hù)MSP430F135的結(jié)構(gòu)框圖31如下圖31 MSP430F135的結(jié)構(gòu)框圖Fig 31 MSP430F135 diagram of the structure相應(yīng)引腳圖如下圖32 MSP430F135引腳圖Fig 32 MSP430F135 pin

43、 map表31 單片機(jī)引腳與本設(shè)計(jì)閥門控制功能對(duì)照表Table 31 SCM pin with the design of the valve control tables序號(hào)管腳序號(hào)IO點(diǎn)功能112P10行程極限保護(hù)上限位213P11行程極限保護(hù)下限位314P12轉(zhuǎn)矩極限保護(hù)上限位415P13轉(zhuǎn)矩極限保護(hù)下限位516P14遠(yuǎn)程420mA斷線后全開處理11播碼開關(guān)全關(guān)處理00播碼開關(guān)保位0111617P15718P16檢測過沖按鈕819P17開閥顯示燈920P20關(guān)閥顯示燈1021P21故障顯示燈1122P22電機(jī)過熱保護(hù)1223P23本地控制開閥信號(hào)1324P24本地控制關(guān)閥信號(hào)1425P2

44、5本地控制停閥信號(hào)1526P26反映現(xiàn)場控制狀態(tài)繼電器1627P27反映遠(yuǎn)程開關(guān)控制狀態(tài)繼電器1728P30反映遠(yuǎn)程模擬控制狀態(tài)繼電器1829P31反映電機(jī)過熱狀態(tài)繼電器1930P32液晶數(shù)據(jù)12031P33液晶數(shù)據(jù)22132P34液晶數(shù)據(jù)32233P35背板光2334P36本地遠(yuǎn)程切換2435P37電位器中間位置狀態(tài)繼電器2536P40開關(guān)閥按鈕點(diǎn)動(dòng)或自保高點(diǎn)動(dòng) 低自保2637P41PWM輸出口調(diào)節(jié)占空比用于輸出4-20mA模擬量輸出2738P42開關(guān)兩位閥與平常閥選擇高正常 低兩位2839P43控制電位器檢測投入常閉2940P44控制4-20mA的投入常閉3041P45開關(guān)型調(diào)節(jié)型選擇31

45、42P46閥門電機(jī)正轉(zhuǎn)普通繼電器相序調(diào)整3243P47閥門電機(jī)反轉(zhuǎn)普通繼電器相序調(diào)整3344P50遠(yuǎn)程停閥開關(guān)量3445P51遠(yuǎn)程關(guān)閥開關(guān)量3546P52遠(yuǎn)程開閥開關(guān)量3647P53鑒相芯片輸出給單片機(jī)反序3748P54鑒相芯片輸出給單片機(jī)正序3849P55鑒相芯片輸出給單片機(jī)電源缺C相3950P56鑒相芯片輸出給單片機(jī)電源缺B相4051P57鑒相芯片輸出給單片機(jī)電源缺A相4159P60電位器檢測開度模擬量輸入4260P614361P62遠(yuǎn)程控制4-20mA模擬量輸入442P63電流互感器輸入信號(hào)453P64464P65475P66486P6732 MSP430F135IPM的基礎(chǔ)時(shí)鐘MSP4

46、30的工作方式支持多種超低功率和超低能耗的高級(jí)需求這是通過在不同的模塊工作方式和CPU狀態(tài)期間的調(diào)節(jié)型工作管理實(shí)現(xiàn)的受系統(tǒng)價(jià)格和電流消耗目標(biāo)驅(qū)使有必要使用不同的時(shí)鐘信號(hào)系統(tǒng)時(shí)鐘模塊需要為系統(tǒng)提供ACLK 輔助時(shí)鐘 MCLK 主系統(tǒng)時(shí)鐘 和SMCLK 子系統(tǒng)時(shí)鐘 其中ACLK主要用于選作的系統(tǒng)外圍模塊的時(shí)鐘信號(hào)MCLK主要為CPU和系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)SMCLK主要為系統(tǒng)外圍模塊的時(shí)鐘信號(hào)MSP430F135具有高速晶體振蕩器低速晶體振蕩器和DCO三個(gè)輸入時(shí)鐘源1 高速晶體振蕩器高速晶體振蕩器連接到MSP430F149的高頻振蕩器最高可以產(chǎn)生SMHZ的XT2CLK該時(shí)鐘可以通過各時(shí)鐘的分頻器作124

47、8分頻后作為MCLKSMCLK時(shí)鐘信號(hào)2 低速晶體振蕩器低頻晶體振蕩器連接到MSP430F135的低頻振蕩器一般使用32768Hz晶體振蕩器產(chǎn)生LFXTICLK低頻信號(hào)該時(shí)鐘也可以通過各時(shí)鐘的分頻器作1248分頻后作為MCLKSMCLKACLK時(shí)鐘信號(hào)3 DCO實(shí)際上是一個(gè)數(shù)字可編程的RC振蕩器能夠在其它兩個(gè)時(shí)鐘源失效的情況下自動(dòng)被選用作系統(tǒng)時(shí)鐘源同XT2CLK相同DCOCLK可以經(jīng)過個(gè)時(shí)鐘分頻器作1248分頻后作為MCLKSMCLK的時(shí)鐘信號(hào)基本時(shí)鐘模塊的輸入輸出關(guān)系如圖33所示圖33 MSP430的時(shí)鐘Fig 33 MSP430 clockLFXT1CLK是由低頻時(shí)鐘晶體產(chǎn)生的低頻時(shí)鐘源由

48、標(biāo)準(zhǔn)高頻晶體或陶瓷諧振器產(chǎn)生的高頻時(shí)鐘源以及外接時(shí)鐘信號(hào)源XT2CLK是由標(biāo)準(zhǔn)晶體或陶瓷諧振器產(chǎn)生外接450KHz8MHz時(shí)鐘信號(hào)源DCOCLK是片內(nèi)可以數(shù)字控制的RC振蕩器一次POR之后DCOCLK被默認(rèn)使用DCOR位被復(fù)位DCO位被置位達(dá)到標(biāo)稱初始頻率另外如果LFXT1CLK產(chǎn)生MCLK失敗DCOCLK自動(dòng)選擇DCOCLK以確?？煽抗ぷ鱏MCLK能夠從LFXT1CLK或者DCOCLK產(chǎn)生ACLK常由LFXT1CLK產(chǎn)生晶體振蕩器能夠被定義成用手表晶體或高頻的陶瓷濾波器或晶體工作晶體或陶瓷濾波器跨接到兩個(gè)端子上用手表晶體工作時(shí)無需外部元件如果選擇高頻XT1模式需要在XIN端子到VSS和XOU

49、T端子到VSS連接由晶體廠家指定的外部電容LFXT1振蕩器在VCC加上之后啟動(dòng) 如果OscOff振蕩器位設(shè)置為1當(dāng)它不用于MCLK時(shí)振蕩器停止時(shí)鐘信號(hào)ACLK和SMCLK可以通過端口引腳被外部使用不同的應(yīng)用需求和系統(tǒng)條件規(guī)定不同的系統(tǒng)時(shí)鐘需求包括1高頻用于對(duì)系統(tǒng)硬件需求或事件的快速反應(yīng)2低頻用于最小化電流消耗和EMI等3穩(wěn)定的外設(shè)時(shí)鐘用于定時(shí)器應(yīng)用 例如實(shí)時(shí)時(shí)鐘 RTC 兩個(gè)時(shí)鐘源LFXT1CLK和DCOCLK能夠用于驅(qū)動(dòng)MSP430系統(tǒng)LFXT1CLK由LFXT1晶體振蕩器產(chǎn)生LFXT1晶體振蕩器能夠工作于三種模式低頻 LF 中頻 XT1 和外部輸入方式當(dāng)LFXT1晶體振蕩器不用時(shí)可以關(guān)閉D

50、COCLK從DCO產(chǎn)生標(biāo)稱DCO頻率由直流發(fā)生器定義并能通過一個(gè)外部電阻建立或者由集成電阻設(shè)置到8個(gè)值中的一個(gè)通過對(duì)DCO模塊中寄存器的軟件操作DCOCLK的輔助調(diào)節(jié)和調(diào)制是可能的DCOCLK不用于CPU或外設(shè)時(shí)自動(dòng)停止當(dāng)DCOCLK不用時(shí)直流發(fā)生器能夠用SCG0位關(guān)閉以實(shí)現(xiàn)額外的功率節(jié)省系統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器總是由選用作MCLK的DCOCLK啟動(dòng)以確保程序正確啟動(dòng)執(zhí)行通過控制位操作由軟件最終確定系統(tǒng)時(shí)鐘的產(chǎn)生33 MSP430F135IPM的定時(shí)器com定時(shí)器看門狗定時(shí)器WDT模塊的主要功能是在軟件發(fā)生問題之后執(zhí)行一次受控系統(tǒng)重啟如果選定的時(shí)間間隔到達(dá)產(chǎn)生一次系統(tǒng)復(fù)位如果應(yīng)用中不需要看門狗功能模塊能

51、夠作為一個(gè)間隔定時(shí)器工作在選定的時(shí)間間隔之后它產(chǎn)生一個(gè)中斷WTD有如下特性主體是一個(gè)16位計(jì)數(shù)器需要口令才能對(duì)其操作有看門狗和定時(shí)器兩種模式有8種可選的定時(shí)時(shí)間看門狗定時(shí)器計(jì)數(shù)器 WDTCNT 是一個(gè)16位增計(jì)數(shù)器它不能由軟件直接訪問WDTCNT通過看門狗定時(shí)器控制寄存器 WDTCTL 控制它是一個(gè)16位的讀寫寄存器在兩種工作方式 看門狗或定時(shí)器 中對(duì)WDTCT的寫入只有在高字節(jié)中使用正確的口令才可能低字節(jié)存放寫入WDTCTL的數(shù)據(jù)高字節(jié)必須是口令05Ah任何 05Ah以外的數(shù)值寫入 WDTCTL 的高字節(jié)將產(chǎn)生一次系統(tǒng)復(fù)位 PUC讀口令時(shí)它的值是069h這使對(duì)WDTCTL寄存器的意外寫操作減

52、至最少除了看門狗定時(shí)器的控制位外還有用于配置NMI引腳的兩位也包含在WDTCTL寄存器中WDT的工作模式是有WDTCTL寄存器中的TMSEL決定當(dāng)TMSEL為0時(shí)WDT工作在看門狗模式當(dāng)TMSEL為1時(shí)WDT工作在定時(shí)器模式看門狗的目的在于發(fā)現(xiàn)程序跑飛時(shí)看門狗計(jì)數(shù)器由于得不到用戶程序使其清零發(fā)生溢出導(dǎo)致CPU復(fù)位這樣CPU又會(huì)重新運(yùn)行用戶程序所以使用看門狗時(shí)必須周期性的在WDTCTL的CNTCL位寫1進(jìn)行喂狗使看門狗計(jì)數(shù)器復(fù)位當(dāng)然可以不用看門狗定時(shí)器以節(jié)省功耗將WDTCTL中的HOLD置1時(shí)看門狗計(jì)時(shí)器停止工作com 16位定時(shí)器A16位定時(shí)器ATimer_A是MSP430所有系列器件都有的模

53、塊是一個(gè)用途非常廣泛的通用16位定時(shí)器計(jì)數(shù)器它有一下一些特點(diǎn)16位計(jì)數(shù)器4種工作模式多種可選的計(jì)數(shù)器時(shí)鐘源具有多個(gè)可配置輸入端的捕獲比較寄存器有8種輸出模式的多個(gè)可配置的輸出單元16位定時(shí)器A可支持同時(shí)進(jìn)行的多種時(shí)序控制多個(gè)捕獲比較功能及多種輸出波形也可以是幾種功能的組合每個(gè)捕獲比較寄存器可以以硬件方式支持實(shí)現(xiàn)串行通信同時(shí)16位定時(shí)器具有中斷能力中斷可由計(jì)數(shù)器溢出引起也可來自具有捕獲或比較功能的捕獲比較寄存器每個(gè)捕獲比較模塊可獨(dú)立編程由捕獲或比較外部信號(hào)以產(chǎn)生中斷外部信號(hào)可以是上升沿也可以是下降沿也可二者都有16位定時(shí)器A可分解成及部分計(jì)數(shù)器部分捕獲比較寄存器及輸出單元其中計(jì)數(shù)器部分完成時(shí)鐘源

54、的選擇與分頻模式控制及計(jì)數(shù)功能捕獲比較寄存器用于捕獲事件發(fā)生的時(shí)間或產(chǎn)生時(shí)間間隔輸出單元用于產(chǎn)生用戶需要的輸出信號(hào)116位定時(shí)器A的寄存器16位定時(shí)器A 有TACTLTARCCTLXCCRXTAIV等寄存器其中 TACTL 控制寄存器 集中了TimerA 的全部控制包括定時(shí)長度輸入的時(shí)鐘源和分頻選擇計(jì)數(shù)模式選擇以及中斷設(shè)置等功能 TAR 計(jì)數(shù)器 中保存Timer-A 定時(shí)器的計(jì)數(shù)值TACCTLx 捕獲比較寄存器 針對(duì)TimerA中的7個(gè)捕獲比較模塊獨(dú)立設(shè)置的控制寄存器通過設(shè)置相應(yīng)模塊的寄存器能夠控制該模塊的捕獲方式輸入選擇中斷能力以及輸出模式等TACCRx 捕獲比較寄存器 在捕獲方式下當(dāng)滿足捕

55、獲條件時(shí)硬件自動(dòng)將TAR中的數(shù)據(jù)寫入該寄存器用戶可以讀取該寄存器在比較方式下用戶根據(jù)定時(shí)器的工作模式向該寄存器中寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)取得定時(shí)結(jié)果TAIV 中斷向量寄存器 用于存儲(chǔ)中斷向量的請(qǐng)求源系統(tǒng)按照優(yōu)先級(jí)的順序執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序訪問TAIV寄存器能夠自動(dòng)的將優(yōu)先級(jí)最高的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位復(fù)位受TACTL控制寄存器中MC0和MC1控制位的控制216位定時(shí)器A的工作模式Timer-A 有4種工作模式停止模式增計(jì)數(shù)模式連續(xù)計(jì)數(shù)模式和增減計(jì)數(shù)模式設(shè)置MC0 1MC1 1則Timer-A工作在增減計(jì)數(shù)模式下該模式下TAR中計(jì)數(shù)值示意如圖34所示圖34 增減計(jì)數(shù)模式下的計(jì)數(shù)器TARFig 34 Increa

56、se decrease counting mode of counter TARTAR計(jì)數(shù)器的先增加然后減少在增計(jì)數(shù)階段增計(jì)數(shù)到CCR0時(shí)計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)為減計(jì)數(shù)模式當(dāng)減計(jì)數(shù)到0時(shí)TAIFG標(biāo)志位置位并重新開始增計(jì)數(shù)階段由此可見這種模式的計(jì)數(shù)周期為CCR0值的2倍所以常用于須得到對(duì)稱波形的場合增減計(jì)數(shù)模式時(shí)中斷標(biāo)志位CCIFG0或TAIFG會(huì)在相等的時(shí)間間隔置位在一個(gè)完整的周期中每個(gè)標(biāo)志位只置位一次分別在半周期時(shí)發(fā)生當(dāng)定時(shí)器TAR的值從CCR01増計(jì)數(shù)到CCR0時(shí)中斷標(biāo)志位CCIFG0置位當(dāng)定時(shí)器從1減到0時(shí)中斷標(biāo)志TAIFG置位16位定時(shí)器A在各種模式下改變CCR0的值其結(jié)果不一樣如在停止模

57、式下定時(shí)器沒有計(jì)數(shù)其值不會(huì)發(fā)生改變?cè)谠鰷p計(jì)數(shù)模式下在增計(jì)數(shù)時(shí)與增計(jì)數(shù)模式完全相同在減計(jì)數(shù)時(shí)新周期在減計(jì)數(shù)完成后才起作用3捕獲比較模塊該定時(shí)器有3個(gè)相同的捕獲比較模塊每個(gè)模塊都可以捕獲事件發(fā)生的時(shí)間或產(chǎn)生一定的時(shí)間間隔它為實(shí)時(shí)處理提供了靈活的手段當(dāng)發(fā)生捕獲事件或定時(shí)時(shí)間到都將引起中斷該模塊可用于捕獲模式也可用于比較模式用CCTLX中的CAPX選擇模式用CCMX1和CCMX0選擇捕獲條件當(dāng)CAPX 1則模塊工作于捕獲模式4輸出單元每個(gè)捕獲比較模塊都包含一個(gè)輸出單元用于產(chǎn)生輸出信號(hào)每個(gè)輸出單元有8種工作模式可產(chǎn)生基于EQUX的多種信號(hào)輸出模式如下1輸出模式0輸出模式輸出信號(hào)OUTX由每個(gè)捕獲比較模塊的控制寄存器CCTLX中的OUTX位定義并在寫入該寄存器后立即更新最終為OUTX直通2輸出模式1置位模式輸出信號(hào)在TAR等于CCRX時(shí)置位并保持置位到定時(shí)器復(fù)位或選擇另一種輸出模式為止3輸出模式2PWM翻轉(zhuǎn)復(fù)位模式輸出在TAR的值等于CCRX時(shí)翻轉(zhuǎn)當(dāng)TAR的值等于CCR0時(shí)復(fù)位4輸出模式3PWM置位復(fù)位模式輸出在TAR的值等于CCRX時(shí)