基于CPLD的電動閥門驅動裝置控制器設計

2013-05-18 李榕中國石油西北銷售公司

　　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系統的自動化控制具有重要影響。該文根據開關閥的動作機理和無刷直流電機的工作原理,利用脈寬調制專用集成芯片和復雜可編程邏輯器件(Complex Programmable Logic Device,CPLD),設計了開關閥動力裝置的無刷直流電機控制器。軟件仿真和試驗表明,驅動裝置結構簡單,調試方便,可靠性高,適合于煉油化工、油氣儲運、水利等行業要求。

引言

　　隨著工業自動化的發展，傳統的手工機械調節方式在很多應用場合中已暴露出明顯弊端。例如在成品油庫的油品收發過程中，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。因此，真空技術網(http://smsksx.com/)認為實現管網系統工業自動化，對改善員工健康安全環保條件，提升生產效率，都具有重要的意義。

　　開關閥門的基本功能是控制管網的調壓和油路、水路和氣路等的通斷，是管網的關鍵部件。為使閥門開閉動作可靠，需要有大扭矩電驅動裝置，且體積要小、重量要輕。目前國內所采用電動閥門驅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、轉矩/電流比高、調速范圍寬等優勢，已廣泛應用于國防和民用領域，永磁無刷直流電機的這些特點，使其更適用于閥門驅動。本文采用脈寬集成控制芯片和復雜可編程邏輯器件(ComplexProgrammableLogicDevice，CPLD)，設計了一套基于無刷直流電機的開關閥電驅動裝置。

1、開關閥動力傳動結構

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

圖1 開關閥動力傳動結構

圖2 驅動系統框圖

2、驅動系統設計

2.1、系統方案

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

　　如圖2所示，逆變器為6開關三相逆變橋，功率開關器件選用了。控制電路功能主要由芯片SG3525和CPLD完成，實現PWM調制和換相邏輯綜合等。的驅動電路選用了國際整流器(IR)公司生產的IR2130芯片。