基于微机测控技术的智能伺服操作系统.docx

2003 年 9 月 重 庆 大 学 学 报 Sep. 2003 第 26 卷第 9 期 Journal of Chongqing University Vol . 26 No . 9 文章编号 :1000 - 582X(2003) 09 - 0073 - 04 Ξ基于微机测控技术的智能伺服操作系统 Ξ 申屠 南 瑛 , 高 潮 , 郭 永 彩 (重庆大学光电工程学院 ,重庆 400044) 摘 要 :针对现代伺服操作器智能化的发展趋势和要求 ,综合微机测控技术 、自动控制理论 、RS485 总线网络等技术 ,设计了全新的嵌入式智能伺服操作系统 。该系统集伺服放大器 、数字操作器及位置反 馈器功能于一体 ,在保留模拟伺服操作器原有功能的同时 ,新增了逻辑判断 、故障监控 、堵转判别 、掉电 数据自保护 、远程通讯等多项功能 ,实现了操作器的智能化 、微型化 、多功能化 。论文介绍了系统的工作 原理 、特点 、主要功能 ,并重点阐述了位置反馈器数字化调节 、堵转判别 、主从分布式远程通信等关键技 术 。 关键词 :智能伺服操作系统 ;微机测控技术 ;单片机 ;远程通讯 ;数字电位器 中图分类号 : TP2 文献标识码 :A 近年来 ,随着微电子和过程控制技术的迅速发展 , 作为电动执行机构[ 1 ]最核心控制部分的伺服操作器也 获得了快速发展 ,特别是国际上一些先进的生产厂商 , 相继推出了智能型伺服操作器[ 2 ] 。智能化 、数字化 、微 型化 、低功耗已成为新型操作器的发展趋势和增强其 市场竞争力的唯一选择 。 为了适应伺服操作系统数字化 、智能化的发展趋 势 ,笔者应用微机测控技术[ 3 ] 和嵌入式系统设计[ 4 ] 方 案对伺服操作器中原有的模拟部分进行全面数字化改 造 。使伺服操作器在使用 、调整方面更加简单方便 ,逻 辑判断能力 、实时性 、实用性 、可靠性得到进一步提高 , 具有良好的性价比和开发应用前景 。 1 系统原理及功能简介 1. 1 伺服操作器的一般工作原理 伺服操作器是一个以电动机为原动力的位置伺服 机构 。它以单相交流电源为动力 ,接受统一的标准直 流信号 ,输出相应的直行程位移或转角位移 ,自动操纵 阀门的开度完成工业过程的自动调节任务 。具体的 说 ,就是 :在输入端无输入信号时 ,执行机构稳定在预 选好的零位 。当输入端加上调节信号 ,调节信号和执 行机构的位置反馈信号在伺服放大器内进行综合比 较 ,根据偏差控制执行结构动作 ,直到两信号的差值小 于电动执行机构的死区 ,使执行机构稳定在与输入信 号相对应的位置上 。 1. 2 智能伺服操作系统的主要功能 该系统是一个典型的微机测控系统 ,如图 1 所示 。 图 1 智能伺服操作系统的原理框图 它以嵌入式微机 (单片机) [ 5 ] 为控制核心 ,根据输 入信号 、反馈信号与系统的数学模型进行信号处理 ,实 现控制策略 ,通过执行机构控制被控对象 ,达到预期的 控制目标 。其具体工作过程是 : 首先通过位置反馈信号处理电路将输出轴的角度 或直线位移转换成与该位移成线性关系的电流反馈信 号 ,该信号和调节器输入信号通过滤波去噪 、功放驱 Ξ 收稿日期 :2003 - 04 - 04 作者简介 :申屠南瑛 (1977 - ) ,浙江人 ,重庆大学光电工程学院硕士研究生 。主要研究方向 :智能伺服操作系统 ,测控技术 。 74 重 庆 大 学 学 报 2003 年 动 、I/ V 变换 、A/ D 转换后 ,一起送入单片机 。单片机 即时分析比较判断 ,发出一系列实时监控命令 ,主要包 括 : ⑴综合分析比较输入信号和反馈信号 ,发出相应 的控制脉冲 ,驱动电机正 、反转或停止 。 ⑵实时显示输入控制信号和反馈信号电流值 。 ⑶实时监控有无上 、下限位超限 、断信号 、电机堵 转等故障 。一旦检测到以上故障 ,立即报警 ,并作出限 位保护 、阀门全开/ 全闭等保护措施 ,有效地保证了电 动执行机构的安全运行 。 ⑷判断有无按下功能参数设置按键 。若有 ,则可 在不中断工艺生产的条件下进行多项功能参数设置 (设置过程也用 L ED 动态显示) ,如 :上 、下限位参数设 置 ;断信号故障保护方案选择 (如 :令电机停原位/ 令电 机正转至阀门全开/ 令电机反转至阀门全闭) ; 数字电 位器阻值设置等 。 ⑸将反馈信号的 A/ D 采样值实时地进行 D/ A 、V/ I 变换 ,以满足系统能够串接三个以上内阻为 250 Ω 的 检测仪器的要求 。 本系统的另一突出优点是具有远程通信功能 。它 以单片微机作为下位机 ,直接对生产过程进行检测和 控制 ,而以 PC 机作为上位机