专利名称：隔离式电子伺服控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种伺服控制器，特别涉及一种广泛应用在冶金、电力、石化、轻工、建材、环保等行业自动控制中的隔离式电子伺服控制器。
背景技术：
工业自动控制一般是从控制对象中提取被控制物理量，例如锅炉汽泡中的液位，经过计算推动给水阀门，克服进水与负载的扰动，朝着保持液位恒定的方向移动，它不仅要求控制精度高，而且还必须有很大的输出力矩，从几百牛米到数千牛米不等，特别是给水和负载频繁不断的扰动，汽泡液位不断变化，阀门就要适应不断调节，高达1200次/小时，大力矩伴随着频繁启动，停止。即使是当今现代的电子技术，实现起来难度也是很大。国产电动组合仪表中的执行单元，是由DFD操作器，ZPE伺服放大器，DJK电动执行器三大件组成，总的是联线复杂控制精度不高，故障多，维护调整麻烦，远远不能满足工业自动控制的要求，成为制约自控水平提高的瓶颈。近些年来，我国从国外引进了不同类型的电动执行器，它们各有所长，从不同方面提高了电动执行器的总体水平，但是又各有不足，有的输出力矩不够大，有的抗干扰能力欠佳，死区偏大，维护较困难，价格高昂。
发明内容
本发明目的在于提供一种结构简单、体积小、精度高、运行可靠的隔离式电子伺服控制器。
本发明是采用下述方案实现的它包括阀位信号转换电路、阀位输出电路、输入缓冲电路、双比较电路、双触发电路、电制动脉冲形成电路、驱动电路，所述阀位信号转换电路的输入端接执行器的电位器，将此电位器信号变成电压信号分别送到双比较电路的输入端和阀位输出电路的输入端，阀位输出电路将阀位信号转换电路的输出信号进行V/I转换后隔离输出；输入缓冲电路的输入端接来自计算机的信号，其输出端接双比较电路，将来自计算机的4-20mA电流信号进行缓冲放大后变成1-5V电压信号送到双比较电路的输入端；双比较电路的输出端接双触发电路，它将输入信号与阀位信号进行比较，产生输出一个正偏差信号和负偏差信号，并将此信号送到双触发电路；双触发电路的输出端分别接电制动脉冲形成电路和驱动电路的输入端，它产生电制动脉冲形成电路和驱动电路的触发信号；电制动脉冲形成电路的输出端接驱动电路的另一个输入端，用以根据双触发电路电路的输出信号产生电制动脉冲，并送到驱动电路的输入端；驱动电路的输出端接电机，用以根据双触发电路的输出信号和电制动脉冲来控制电机的正、反转。
作为本发明的改进，所述输入缓冲电路的两端并接有安全预置电路，用以在输入信号异常时锁定输入缓冲电路，输出一预先设定信号。
作为本发明的另一改进，阀位输出电路由V/I转换电路、线性补偿与来自多谐振荡的高频倒相开关、隔离变流器、桥式检波器依次串接组成。
本发明由于采用上述技术方案，它具备下述优点1)体积小、结构简单、运行稳定可靠、操作调试简便、精度高。2)在输入缓冲电路的两端并接安全预置电路，这样安全预置电路可在输入信号异常时，锁闭输入缓冲电路，输出一预先设定信号使执行器运行到预先设置的安全位置，操作人员可以在不停机情况下，从容处理故障。克服了现有断信号保位电路中断线故障前输入信号已失常时，会将阀门误导至危险位置的事故发生。3)阀位输出电路采用隔离结构，实现了电流输入信号和位置输出信号之间的隔离，有效防止了工频与共地干扰，便于与控制计算机直接联接，减少计算机中AI/AO的抗干扰的压力。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明的电原理图。
具体实施例方式
参见图1，包括阀位信号转换电路7、阀位输出电路8、输入缓冲电路1、双比较电路3、双触发电路4、电制动脉冲形成电路5、驱动电路6，阀位信号转换电路7的输入端接执行器的电位器，它将阀位的变化值转换成不同的电阻值，通过电桥引入到差分放大的输入端屏除共模干扰后，再经过调整放大，产生标准的1-5VDC的位置信号，其中一路送入伺服放大的双比较电路3输入端形成闭环控制，达到准确定位的目的。另一路送到阀位输出电路8。将阀位信号转换电路7的输出信号进行V/I转换后隔离输出；输入缓冲电路1的输入端接来自计算机的信号，其输出端接双比较电路3，它将来自计算机的4-20mA电流信号进行缓冲放大后变成1-5V电压信号送到双比较电路3的输入端；双比较电路3的输出端接双触发电路4，它将输入信号与阀位信号进行比较，产生输出一个正偏差信号和负偏差信号，并将此信号送到双触发电路4；双触发电路4的输出端分别接电制动脉冲形成电路5和驱动电路6的输入端，它产生电制动脉冲形成电路和驱动电路的触发信号；电制动脉冲形成电路5的输出端接驱动电路6的另一个输入端，用以根据双触发电路4的输出信号产生电制动脉冲，并送到驱动电路6的输入端；驱动电路6的输出端接电机，用以根据双触发电路4的输出信号和电制动脉冲来控制电机运转。
上述电路中，输入缓冲电路1的两端并接有安全预置电路2，这两个电路是通过输入信号相互锁定的。也就是说，信号在4-20mA之内变化时，安全预置电路2被锁定，输入缓冲电路1不受任何影响，正常实现伺服功能，一旦出现故障，输入信号断开或信号在3.0mA以下，输入缓冲电路1被锁闭，启动安全预置电路2，执行器将会运行到预先设置的安全位置，操作人员可以在不停机情况下，从容处理故障，再结合执行机构固有的热保护、行程开关保护、过扭矩保护、机械挡块保护等形成电子式执行器完善的保护体系。
上述的阀位输出电路8由V/I转换电路81、线性补偿与来自多谐振荡的高频倒相开关82、隔离变流器83、桥式检波器84依次串接组成。
参见图2，1)伺服功能的实现伺服功能实质上就是执行器调节阀的开度要跟随指令信号变化，也就是说，他们之间是同步的，或者是成比例的。其功能是由如下的几个单元电路实现的。来自计算机的指令信号从4-20mA经过R1R2C1网络转换成1-5V标准电压信号，经过IC1A缓冲放大，仍然在R8端输出1-5V信号，这一级的作用是滤掉部分来自引线上的干扰，提高了输入阻抗，同时又降低了输出阻抗，便于和下一级IC2A双比较电路连接。双比较的输入有两个，其一是取自R8的指令信号，另一个则是来自差分放大IC3的8脚的位置信号，它也被调整到标准的1-5V双比较电路的输入输出端1、2、3与12、13、14和外接电阻R9、R10、R11、R12和R13、R14、R15、R16是完全对称的。IC2A的1脚是正比较输出端，IC2A的14脚是负比较输出端。当两输入信号相等时，正负比较输出端同时为零电位，双触发器IC2B的正负输出端脚7和脚8同时被“冻结”在-12V，阀门上行，下行的固态继电器SSRA与SSRB同时锁闭，电机停止运动。一旦输入的指令信号SS大于位置信号Sp，并达到某一指定值Δ(死区)即SS-Sp≥Δ，此时，双比较电路的正输出端IC2A的1脚为≥Δ，而负输出端IC2A的14脚为≤-Δ，双触发电路5脚高于触发电平，7脚从-12V突跳到+12V，经过R24，D3，导通SSRA，而双触发电路IC2B的10脚则更低于原电平，负触发输出端IC2B的8脚仍然锁定在-12V，SSRB继续锁闭，电机从SSRA获得正向运动电流，阀门作上行运动，此时，阀位传感电位器也随之作正向运动，差分放大器IC3的输入端3脚电位上升，输出端8脚的电位也随之升高，因为，此电位是从双比较器IC2A的反端输入，因而，双比较器的正，负输出端1脚与14脚均向着趋零的方向变化，当下降到某一电平时(提前量“Δ”)正触发器反向触发，7脚从+12V下降到-12V关闭SSRA，与此同时，制动脉冲形成电路IC4A工作，产生一个瞬间制动脉冲，经过R30，D6，导通SSRB，随即又关闭SSRB，使电机获得一个瞬间的反向扭矩，达到制动的目的。反之，亦然。当输入指令信号SS小于位置信号Sp，并达到某一指定值Δ(死区)即SS-Sp≤-Δ，此时，双比较电路的正输出端IC2A的1脚为≤-Δ，而负输出端IC2A的14脚为≥Δ，双触发电路IC2B的10脚高于触发电平，负输出端8脚从-12V突跳到+12V，并经过R25，D5，导通SSRB，而双触发电路IC2B的5脚电平则比原先更低，正触发输出端IC2B的7脚仍然为-12V，SSRA继续锁闭，电机从SSRB获得反向运动电流，阀门作下行运动，此时，阀门传感定位器亦跟随做反向运转，差分放大器IC3的输入端3脚的电位下降，输出端8脚的电位亦随之下降，因为此电位是从双比较电路的正端输入，因此使得双比较电路的正负输出均向着趋零的方向变化，当负输出端下降到某到某一电平时(提前量“Δ”)负触发器反向触发，电平从+12V下降到-12V关闭SSRB，与此同时，制动脉冲形成电路IC4B工作，产生一个瞬间制动脉冲，经过R31，D4，导通SSRA，随即又关闭SSRA，使电机获得一个瞬间的反向扭矩，迅速停止运动。
2)安全预置功能的实现一旦出现信号故障，调节阀或者执行器在失控的情况下，应该运行到什么位置才算安全。与输入缓冲电路并接形成互锁电路，一旦出现断信号故障，马上启动IC1B，使上输出端从-12V的锁闭状态跃升到+12V开启状态，再通过安全预置电位器R6，D1，在R8上调整到1-5V中任何一个安全值，使执行器运行到此安全信号所指定的位置。出厂设定在50％。这种设计简洁可靠，有效，逻辑严谨，因为任何一个测控回路的安全位置是客观存在，它就是控制回路运行时，阀门停留时间最长的位置。它既可以在计算机系统的追忆曲线上找到，更是操作人员头脑中所牢牢掌握的。国外所选择的保位方式，看似合理，细推起来，则不严谨。所谓保位，就是阀门保持在断线故障前一瞬间的位置，自然这种位置有可能是安全的，也有可能不是安全的，这是因为假设在断线故障前，指令信号已经失常，并将阀门误导至危险位置，才出现断线，这种概率虽小，确实还存在。
3)位置信号的形成使用了目前流行有高分辨率和耐磨性能的塑料电位作位置传感，桥电路作R/V转换，如图所示，阀位传感电位器接在电桥的一臂从差分放大电路的3脚和12脚，引入差分信号，R36用于调零，R39作调满，从8脚输出一个单端1-5V的标准信号，分别送往双比较电路和隔离输出的E/I转换电路。
4)隔离输出电路的实现将位置信号的隔离放在现场并做在伺服控制器中，是本发明的一个重要创新点。如图2所示，IC5和Q3、R46、R47、R48、R49完成位置信号的E/I转换；Q4，Q5，TF1及R50、R51、R52、R53、R54、D7、D8、D9及C6组成多谐振荡，产生100KC的高频电压，经过D10、D11单方向导通，使得Q3的集电极获得随位置信号变化的直流电压，在TF2的次级有不同幅度的高频信号输出，再经过D12、D13、D14、D15的桥式检波，输出一个已经隔离的高品质的位置信号。
权利要求
1.一种隔离式电子伺服控制器，其特征在于包括阀位信号转换电路、阀位输出电路、输入缓冲电路、双比较电路、双触发电路、电制动脉冲形成电路、驱动电路，所述阀位信号转换电路的输入端接执行器的电位器，将此电位器信号变成电压信号分别送到双比较电路的输入端和阀位输出电路的输入端，阀位输出电路将阀位信号转换电路的输出信号进行V/I转换后隔离输出；输入缓冲电路的输入端接来自计算机的信号，其输出端接双比较电路，将来自计算机的4-20mA电流信号进行缓冲放大后变成1-5V电压信号送到双比较电路的输入端；双比较电路的输出端接双触发电路，它将输入信号与阀位信号进行比较，产生输出一个正偏差信号和负偏差信号，并将此信号送到双触发电路；双触发电路的输出端分别接电制动脉冲形成电路和驱动电路的输入端，它产生电制动脉冲形成电路和驱动电路的触发信号；电制动脉冲形成电路的输出端接驱动电路的另一个输入端，用以根据双触发电路电路的输出信号产生电制动脉冲，并送到驱动电路的输入端；驱动电路的输出端接电机，用以根据双触发电路的输出信号和电制动脉冲来控制电机的正、反转。
2.根据权利要求1所述的隔离式电子伺服控制器，其特征在于所述输入缓冲电路的两端并接有安全预置电路，用以在输入信号异常时锁定输入缓冲电路，输出一预先设定信号。
3.根据权利要求1所述的隔离式电子伺服控制器，其特征在于所述阀位输出电路由V/I转换电路、线性补偿与来自多谐振荡的高频倒相开关、隔离变流器、桥式检波器依次串接组成。
4.根据权利要求1所述的隔离式电子伺服控制器，其特征在于所述的阀位信号转换电路采用差分放大器构成。
5.根据权利要求2所述的隔离式电子伺服控制器，其特征在于所述的安全预置电路是一个比较器，比较器的负输入端接输入信号，比较器的正输入端接一个基准电压，输出端正向串接二极管。
全文摘要
本发明公开了一种隔离式电子伺服控制器，它包括阀位信号转换电路、阀位输出电路、输入缓冲电路、双比较电路、双触发电路、电制动脉冲形成电路、驱动电路等，本隔离式电子伺服控制器与计算机系统中的AI/AO端口连接，正确执行来自计算机系统的调节控制指令，可对阀门等的驱动电机进行高精度控制。并具有体积小、功能多、操作调试简便、长寿命、无维护、抗干扰、抗浪涌、运行稳定、可靠、精度高的优点，是当今国内外电动执行器上的理想更新换代产品。
文档编号F16K31/04GK1635432SQ20041004671
公开日2005年7月6日 申请日期2004年8月31日 优先权日2004年8月31日
发明者龙得云, 严明德, 龙波, 彭浩 申请人:长沙三利仪器仪表有限公司