阀门电动执行机构的数字化及智能化研究与开发

论文摘要

阀门是流体在管网中运输所必不可少的控制机构,在石油、化工、电站、海洋原油开采,核工业等的工业生产中已经广泛的应用。在对阀门的控制中,随着工业的发展,已不仅仅是简单的开关控制,还涉及到开度控制以及流量等各种关系控制,传统的手工机械调节方式在许多场合已不能满足要求,在功能上和使用上的诸多缺点如设备庞大、机构匹配不合理、控制精度低、安全性不好、缺乏完善的故障处理和报警装置,不能很好的实现人机对话,难于现场标定和维修等缺陷,不利于阀门产品的更新和换代等问题暴露得越来越明显,为了改善阀门和管道系统的控制性能,提高工业自动化系统的管理水平,新一代的智能型阀门电动执行机构应运而生。随着微电子技术、电力电子技术、微机控制技术及通讯技术等现代科学技术的发展,国外许多相关厂家长期对电动阀门的研究开发和改造,形成了新一代智能电动阀门,增加了许多功能,并扩展了它的应用领域,各项指标和性能也得到了提高,广泛应用于工业生产。新一代的智能型电动阀门执行器与旧的阀门执行器相比,具有使用灵活方便,结构紧凑且控制性能好,便于人机交互和网络化管理等诸多优点。更进一步的满足了工业管理自动化,智能化的需要。本课题是东北大学和铁岭阀门厂合作的项目之一,本文重点要研究阀门电动执行机构控制器部分,在对现有的国内外阀门电动执行机构极其控制器进行了深入和详尽的对比和分析的基础上,借鉴了他们有效的成功经验,开发研制出新型的阀门电动执行机构的智能控制器。它以单片机AT89C55WD为控制核心部件。系统功能包括变频调速、阀位控制、实时显示、阀门状态监测、故障诊断、失效保护等多种功能。本文根据“安全、可靠、简便、先进”的设计原则,对阀门电动执行机构进行了总体方案的设计,并在此基础上进行了整个系统控制的研究和开发工作。最后实际调试,运行结果表明：系统整体设计合理、性能可靠、实现了预期的设计目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外技术现状和发展趋势
• 1.3 本课题的目的意义及主要研究内容
• 第2章 总体设计方案
• 2.1 阀门执行器简介
• 2.2 控制器简介
• 2.3 变频调速原理
• 2.3.1 异步电动机的特性
• 2.3.2 变频调速的特点及基本类型
• 2.3.3 V/F控制原理
• 2.3.4 空间矢量调制原理
• 第3章 控制模块设计
• 3.1 系统控制模块概述
• 3.2 微控制器及外围部件的选择
• 3.2.1 AT89C55WD的特性
• 3.2.2 单片机基本系统
• 3.3 单片机的前向通道
• 3.3.1 开度反馈与设定信号的输入
• 3.3.2 远程控制信号的接口
• 3.3.3 电流传感器接口
• 3.3.4 A/D转换模块
• 3.4 单片机后向通道
• 3.4.1 DAC0832
• 3.4.2 电压/电流变送电路
• 3.4.3 电磁离合器
• 3.5 人机通道
• 3.5.1 液晶显示
• 3.5.2 四键复用的键盘输入
• 3.5.3 工作指示发光电路及蜂鸣器报警电路
• 3.6 系统的抗干扰措施
• 第4章 变频模块设计
• 4.1 变频模块的总体设计
• 4.2 变频器的设计要求
• 4.3 变频器电路设计
• 4.4 控制电路设计
• 4.4.1 载波信号与变频定宽信号的产生
• 4.4.2 电压空间矢量控制的PWM信号的生成
• 4.4.3 模糊控制的原理与实现
• 4.5 模糊控制的程序设计
• 第5章 系统软件的开发
• 5.1 编程语言
• 5.2 程序的设计与实现
• 5.3 中断程序设计
• 第6章 单片机的远程通讯
• 6.1 远程通讯的意义
• 6.2 接口标准
• 6.3 MAX232芯片介绍及电路组图
• 6.4 单片机收发远程数据信号软件的编制
• 6.4.1 单片机发送数据子程序
• 6.4.2 单片机接收数据子程序
• 6.5 PC机收发远程数据信号软件的编制
• 第7章 实验与调试
• 7.1 仿真调试
• 7.2 实验调试
• 第8章 结论与建议
• 附录 控制器电路原理图
• 参考文献
• 致谢