单片机控制系统在阀门定位器中的应用

1、系统工作原理

　　阀门定位器的控制系统采用的是89C51为核心的单片机控制系统,它接收来自调节器的设定阀门开度的电流信号(4～20mA) ,用这个信号与从调节阀阀杆反馈回来的实际开度信号进行比较,如果 微处理器得到一个偏差信号,就利用这个信号去控制压电阀,使一定量的压缩空气经过压电阀进入到调节阀的执行机构的气室,推动阀芯的移动或转动, 从而达到阀芯的准确定位。

2、系统的基本组成

　　本系统采用89C51单片机, A/D转换芯片ADC0808 ,可编程的键盘、显示接口芯片8279 ,兼有看门狗功能、电源电压监测和EEPROM 功能的 X25045 芯片以及标准RS2232 接口转换芯片 MAX232 组成基本系统。

3、A/D转换电路

　　由于阀芯的移动速度很慢,即通过阀位反馈杆带动电位器的动触点输出的信号是缓变信号,它相对于ADC0808 的100 μs 的模数转换时间来说,已相当慢,所以我们在前向通道中无需设置采样/ 保持器。为了消除现场的电磁及噪声的干扰,我们采用数字滤波程序来消除采样系统中由于干扰造成的误差。这将在后面的程序设计中谈到。

4、电源监测电路及RS2232 接口转换电路

　　图2中的X25045是一种新型的“看门狗”和 EEPROM 存储芯片,它兼有电压监测、“看门狗”定时器和EEPROM 三种功能。X25045还为89C51提供上电复位,当程序紊乱或电压失常时启动内部的“看门狗”电路以强制单片机复位,使程序从头开始执行。X25045 内置的512 字节EEPROM 存储单元,可随时保存各种重要数据,这使系统断电后重要数据不会丢失。

5、调节阀开度显示的设计

　　通过公式(1) ,我们可以为阀门定位器的电位器在现场与阀芯反馈杆的连接带来方便。因为电位器的最大行程距离与阀芯的最大行程距离是不可能相同的,而我们要通过改变机械结构使阀芯的最大行程与电位器的最大行程完全匹配是相当困难的,所以可以根据实际安装时候阀芯的最大行程的X1 来替换默认的H 值,用最小行程时候的X2 来替换默认的h 值。这样就可以在阀芯的最大行程距离小于且接近电位器的最大行程距离的条件下,无论阀芯的最大行程距离是多少,都可以准确地测出阀芯的开度。

6、结束语

　　相对原来的机械力平衡式或位移平衡式阀门定位器,单片机控制系统应用到阀门定位器中将显著提高定位器的控制精度,而且不需更换零部件,而只通过按键就能轻易地改变调节阀的流量特性以及行程。同时相对机械力平衡式或位移平衡式阀门定位器在工作中通过喷嘴排放空气来达到调节进入执行机构气室的气压,单片机控制的阀门定位器将节省大量的压缩空气。

　　此外,通过MAX232不仅可以实现单片机控制系统与PC 之间的通信,而且借助PC 还可对现场的数据进行更为复杂的处理,使该定位器的使用范围得以扩大。