電動閥門動力裝置的控制特性和可靠性對閥門和整個管網(wǎng)系統(tǒng)的自動化控制具有重要影響。該文根據(jù)開關(guān)閥的動作機理和無刷直流電機的工作原理,利用脈寬調(diào)制專用集成芯片和復(fù)雜可編程邏輯器件(Complex Programmable Logic Device,CPLD),設(shè)計了開關(guān)閥動力裝置的無刷直流電機控制器。軟件仿真和試驗表明,驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)簡單,調(diào)試方便,可靠性高,適合于煉油化工、油氣儲運、水利等行業(yè)要求。

引言

　　隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，傳統(tǒng)的手工機械調(diào)節(jié)方式在很多應(yīng)用場合中已暴露出明顯弊端。例如在成品油庫的油品收發(fā)過程中，大量的手動閥門大大增加了勞動強度，降低了勞動生產(chǎn)效率，準確性、可靠性、安全性往往依賴人的組織能力及個體素質(zhì)。因此，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認為實現(xiàn)管網(wǎng)系統(tǒng)工業(yè)自動化，對改善員工健康安全環(huán)保條件，提升生產(chǎn)效率，都具有重要的意義。

　　開關(guān)閥門的基本功能是控制管網(wǎng)的調(diào)壓和油路、水路和氣路等的通斷，是管網(wǎng)的關(guān)鍵部件。為使閥門開閉動作可靠，需要有大扭矩電驅(qū)動裝置，且體積要小、重量要輕。目前國內(nèi)所采用電動閥門驅(qū)動大都采用有刷電機。相比而言，永磁無刷直流電機(BrushlessDCMotor，BLDCM)具有功率密度高、轉(zhuǎn)矩/電流比高、調(diào)速范圍寬等優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用于國防和民用領(lǐng)域，永磁無刷直流電機的這些特點，使其更適用于閥門驅(qū)動。本文采用脈寬集成控制芯片和復(fù)雜可編程邏輯器件(ComplexProgrammableLogicDevice，CPLD)，設(shè)計了一套基于無刷直流電機的開關(guān)閥電驅(qū)動裝置。

1、開關(guān)閥動力傳動結(jié)構(gòu)

　　本開關(guān)閥動力裝置由2套無刷直流電機系統(tǒng)組成，如圖1所示，電機M只能單向旋轉(zhuǎn)，主要作為閥門開啟的動力源。電機N需要雙向旋轉(zhuǎn)，正向轉(zhuǎn)動時完成閥門開啟狀態(tài)的鎖定，電機反向轉(zhuǎn)動時釋放閥門的鎖定狀態(tài)，閥芯在反力的作用下完成關(guān)閥動作。閥門開啟到位信號、閥門關(guān)閉到位信號以及閥門開啟鎖定狀態(tài)信號都由光電開關(guān)檢測。

圖1 開關(guān)閥動力傳動結(jié)構(gòu)

圖2 驅(qū)動系統(tǒng)框圖

2、驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計

2.1、系統(tǒng)方案

　　閥門要能實現(xiàn)自動、手動切換，同時要能實現(xiàn)遠程控制和就地控制的轉(zhuǎn)換。本方案中將電機的驅(qū)動器與系統(tǒng)控制單元分開設(shè)計，驅(qū)動器接收系統(tǒng)控制單元的控制信號，并向系統(tǒng)控制單元傳遞電機的工作狀態(tài)，驅(qū)動器采用可編程邏輯器件和集成電路的純硬件搭建，實現(xiàn)電機控制的高可靠性和實時性。系統(tǒng)控制部分完成控制方式的選擇和遠程節(jié)點的通信，由單片機實現(xiàn)。本文只討論驅(qū)動器部分的設(shè)計，

　　如圖2所示，逆變器為6開關(guān)三相逆變橋，功率開關(guān)器件選用了。控制電路功能主要由芯片SG3525和CPLD完成，實現(xiàn)PWM調(diào)制和換相邏輯綜合等。的驅(qū)動電路選用了國際整流器(IR)公司生產(chǎn)的IR2130芯片。

2.2、控制電路設(shè)計

　　控制電路的PWM信號由集成芯片SG3525實現(xiàn)，SG3525是頻率固定的集成脈寬調(diào)制芯片，內(nèi)部由基準電壓、振蕩器、誤差放大器、比較器、PWM鎖存器、分相器、欠電壓鎖定器、輸出級、軟起動及關(guān)閉電路等組成。

　　圖3驅(qū)動系統(tǒng)框圖調(diào)制策略、邏輯控制和換相綜合等功能由MAX7000S系列器件EPM7128SL84完成，可對閥門的各種運行狀態(tài)以及電機故障信號進行邏輯處理，輸出電機逆變器相應(yīng)開關(guān)器件的控制信號。圖3所示為CPLD邏輯綜合電路接口。下面對接口電路內(nèi)部各功能模塊和管腳功能做簡要說明。

圖3 CPLD邏輯綜合電路接口