[实用新型]基于变频控制技术的智能电动执行器装置

说明书

技术领域：

本实用新型涉及电动执行器技术，特别涉及一种基于变频控制技术的智能电动执行器装置。

技术背景：

电动执行器是过程自动化链的重要组成部分，是工业过程控制系统中重要的终端设备，其能源取用方便、安装调试简单，在电力、冶金、石油、矿山等工业部门得到广泛的应用。

常用的电动执行器采用异步电机作为执行器动力源，电机转速不可调，无法实现准确定位，在一些精度要求高、稳定性要求高的场合使用效果不佳，并且调节阀门开关速度时需要更换传动齿轮或减速箱，效率低下；电磁抱闸容易失灵，造成惯走、抱死；堵转或过载时，电机或分相电容易烧坏；无法与上位机进行通讯连接，不能与其它仪表的状态相互通讯。随着能源、化工、钢铁、运输和建筑等现代工业的高速发展，对电动执行器的功能和要求不断提高，迫切需要智能化的新一代电动执行器产品，以提高生产效率。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种基于变频控制技术的智能电动执行器装置，应用开关磁阻电机步进传动的动态定位技术，使用变频控制的开关磁阻电机作为电动执行器的位置控制执行元件，为电动执行器提供高精度的定位、快速控制模式，实现精确微调和定位；本实用新型的电动执行器各行程区间阀门开关速度可自行设定，无需更换减速箱便可以优化阀门调节功能，具备“柔性启动”和“柔性制动”功能，最大程度的保护阀门。使用的开关磁阻电机缺相、过载仍可运行，不必校正相序。使用的集成芯片DSP实现了过流、过压、过温等故障信号软硬件分级多层次保护，实现了电流、转矩双重保护，保证输出力矩不会超过设定值，防止阀门卡死。

本实用新型提供的基于变频控制技术的智能电动执行器装置主要包括：变频控制的开关磁阻电机，执行器控制器，执行器位置传感器，减速箱，电气接线盒，手轮，蜗杆，输出力臂。所述的变频控制开关磁阻电机是本实用新型电动执行器的位置控制电机，通过变频电压斩波方式调节电机各相绕组的电压平均值，间接地限制和调节开关磁阻电机的绕组电流，实现电机的无级调速运行。

所述的基于变频控制技术的电动执行器装置使用集成芯片DSP为内核、SPM模块为功率变换单元、PROFIBUS总线为通讯介质的电动执行器整体控制结构，形成集数字化、网络化、模块化、变频控制为一体的智能电动执行器。

所述的变频控制的开关磁阻电机轴与蜗杆同轴，电机轴与驱动轴套的星型齿轮相连，经过减速箱的涡轮蜗杆传动减速，转化为输出力臂的直线位移。

所述的执行器位置控制执行元件每个步进角为15°，通过电机轴传动至减速箱，最终实现输出力臂的精确微调和定位。

所述的开关磁阻电机轴与执行器的星型齿轮相连，经过减速箱体，输出力臂行程区间阀门开关速度：在全行程开始的S1范围内以低转速启动，之后速度迅速上升到V1运行，在全行程结束前的S2范围内减速，电机转速逐步减小直至阀门全关；低转速行程范围S1、S2可调，用户设定速度V1可调，V1可以通过操作面板或者通过PROFIBUS设定；全行程时间20s-160s可调，优化了阀门调节功能。

所述的变频控制的开关磁阻电机内部有用于电机转子位置检测的光电位置传感器，光电位置传感器输出的位置信号与控制器的位置信号输入引脚(CAP/QEP)连接。

所述的基于变频控制技术的智能电动执行器装置的控制电路驱动控制系统包括：数字控制芯片以及外设，总线通信模块，功率变换模块，外部输入输出单元，位置检测、电流检测单元，温度电压保护单元，数字电源、人机接口。

所述的执行器控制器中封装有控制电路板、功率电路板；控制电路板使用集成芯片DSP为内核，DSP综合处理来自上位机的命令信号、传感器的输出信号，通过控制PWM信号，来控制电机使执行机构以一定或可变速度到达某一位置，实现对阀门位置的控制；功率电路板为SPM变频控制模块，接收PWM信号，根据所给PWM信号向位置控制执行元件开关磁阻电机提供运转所需的能量。功率电路板输出电机的转子位置信号至控制电路板DSP位置信号输入引脚(CAP/QEP)，电流检测信号至AD7863，经A/D转换后输入控制电路板DSP的数据总线，故障编码输出至控制电路板DSP的数据总线；控制电路板输出PWM开关信号至功率电路板的CPLD，经译码后传送到功率模块控制功率电路的开关闭合、执行器运行方向信号由DSP的IOPC6引脚输出至功率电路板上的CPLD，CPLD(Complex ProgrammableLogic Device)使能信号由DSP输出接至功率电路板上的CPLD。