上海申弘閥門有限公司
由于現(xiàn)在的控制方式和手段越來(lái)越多，在實(shí)際工業(yè)生常和工業(yè)控制中，用來(lái)控制氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方法也很多，常用的有以下幾種。利用壓縮空氣推動(dòng)執(zhí)行器內(nèi)多組組合氣動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，傳力給橫梁和內(nèi)曲線軌道的特性，帶動(dòng)空芯主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，壓縮空氣氣盤輸至各缸，改變進(jìn)出氣位置以改變主軸旋轉(zhuǎn)方向，根據(jù)負(fù)載(閥門)所需旋轉(zhuǎn)扭矩的要求，可調(diào)整氣缸組合數(shù)目，帶動(dòng)負(fù)載(閥門)工作。上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過(guò)濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動(dòng)閥門、電動(dòng)閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。兩位五通電磁閥通常與雙作用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)配套使用，兩位是兩個(gè)位置可控：開(kāi)-關(guān)，五通是有五個(gè)通道通氣，其中1個(gè)與氣源連接，兩個(gè)與雙作用氣缸的外部氣室的進(jìn)出氣口連接，兩個(gè)與內(nèi)部氣室的進(jìn)出氣口接連，具體的工作原理可參照雙作用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作原理。
1、氣動(dòng)執(zhí)行器的分類
氣動(dòng)執(zhí)行器按照作用的類型不同，可以分為單作用氣動(dòng)執(zhí)行器和雙作用氣動(dòng)執(zhí)行器。氣動(dòng)執(zhí)行器的開(kāi)關(guān)動(dòng)作都是通過(guò)氣動(dòng)球閥氣源驅(qū)動(dòng)來(lái)完成的，就是雙作用氣動(dòng)執(zhí)行器，而只有開(kāi)動(dòng)作是由氣源驅(qū)動(dòng)完成，關(guān)動(dòng)作為彈簧復(fù)位的就是單動(dòng)作氣動(dòng)執(zhí)行器。
2、氣動(dòng)執(zhí)行器的原理
雙動(dòng)作氣動(dòng)執(zhí)行器是在氣源動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下完成開(kāi)關(guān)動(dòng)作的，壓縮空氣從氣動(dòng)執(zhí)行器的管咀輸入氣動(dòng)執(zhí)行器內(nèi)，氣體會(huì)推動(dòng)活塞向兩端運(yùn)動(dòng)，氣動(dòng)閥門通過(guò)齒條帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸上的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而開(kāi)啟閥門。氣動(dòng)執(zhí)行器關(guān)閉時(shí)，氣源是從反向管咀進(jìn)入，將活塞推動(dòng)向中間運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)閥門關(guān)閉。 單動(dòng)作氣動(dòng)執(zhí)行器是在氣源動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下完成開(kāi)動(dòng)作，開(kāi)啟的過(guò)程和雙動(dòng)作氣動(dòng)執(zhí)行器基本相似，但單動(dòng)作氣動(dòng)執(zhí)行器的反向管咀為排氣孔而壓縮器非入口。單動(dòng)作氣動(dòng)執(zhí)行器的關(guān)閉動(dòng)作是由彈簧動(dòng)力帶動(dòng)閥門而完成的。
3、氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)
氣動(dòng)執(zhí)行器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為統(tǒng)一整體，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的部件可選擇薄膜、活塞或齒輪齒條，其中齒輪齒條是為常用的。齒輪齒條執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊、輸出推動(dòng)力大、動(dòng)作平穩(wěn)可靠，在三種執(zhí)行機(jī)構(gòu)部件里是性能均衡的一個(gè)。
氣動(dòng)閥門執(zhí)行器以壓縮空氣為動(dòng)力，是開(kāi)啟和關(guān)閉氣動(dòng)球閥、氣動(dòng)蝶閥、氣動(dòng)閘閥、氣動(dòng)截止閥、氣動(dòng)隔膜閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥等氣動(dòng)系列角行程閥門的驅(qū)動(dòng)裝置。是實(shí)現(xiàn)管道遠(yuǎn)距離集中或單獨(dú)控制工業(yè)自動(dòng)化管路的理想裝置。當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入氣動(dòng)執(zhí)行器時(shí)，氣體推動(dòng)雙活塞向兩端直線運(yùn)動(dòng)，活塞上的齒條帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸上的齒輪逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)90°，閥門即被打開(kāi)。此時(shí)氣動(dòng)執(zhí)行器兩端的氣體隨B管咀氣體推動(dòng)雙活塞向中間直線運(yùn)動(dòng)，活塞上的齒條帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸上的齒條順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)90℃，閥門即被關(guān)閉。此時(shí)氣動(dòng)執(zhí)行器中間，的氣體隨A管咀排出。以上為標(biāo)準(zhǔn)型的傳動(dòng)原理。根據(jù)用戶需求，氣動(dòng)執(zhí)行器可裝置成與標(biāo)準(zhǔn)型相反的傳動(dòng)原理。根據(jù)用戶需求，氣動(dòng)執(zhí)行器可裝置成與標(biāo)準(zhǔn)型相反的傳動(dòng)原理，即旋轉(zhuǎn)軸順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)為開(kāi)啟閥門，逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)為關(guān)閉閥門。
單作用（彈簧復(fù)位）氣動(dòng)執(zhí)行器A管咀為進(jìn)氣口，B管為排氣口（安裝消聲器）A官咀進(jìn)氣為開(kāi)啟閥門，斷氣時(shí)靠彈簧力關(guān)閉閥門。
1.使用介質(zhì)：清潔、干燥、且不含腐蝕性的壓縮空氣
2.工作氣源壓力：0.4-0.7MPa
3.工作環(huán)境溫度：標(biāo)準(zhǔn)型：-20℃-+80℃
高溫型：-20℃-+180℃（瞬時(shí)可達(dá)200℃）
4.回轉(zhuǎn)角度：90+-3
5.電磁閥電源：AC220V或DC24V,可按用戶要求。
6.輸出扭矩：GT雙作用執(zhí)行器
GT彈簧復(fù)位執(zhí)行器
(一)基于單片機(jī)開(kāi)發(fā)的智能顯示儀控制
智能顯示儀是用來(lái)監(jiān)測(cè)閥門工作狀態(tài)，并控制閥門執(zhí)行期工作的儀器，它通過(guò)兩路位置傳感器監(jiān)視閥門的工作狀態(tài)，判斷閥門是處于開(kāi)閥還是關(guān)閥狀態(tài)，通過(guò)編程記錄閥門開(kāi)關(guān)的數(shù)字，并且有兩路與閥門開(kāi)度對(duì)應(yīng)的4～20mA輸出及兩足常開(kāi)常閉輸出觸點(diǎn)。通過(guò)這些輸出信號(hào)，控制閥門的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。根據(jù)系統(tǒng)的要求，可將智能閥門顯示儀從硬件上分為3部分來(lái)設(shè)計(jì)：模擬部分、數(shù)字部分、按鍵/顯示部分。
1、模擬電路部分主要包括電源、模擬量輸入電路、模擬量輸出電路三部分。
電源部分供給整個(gè)電路能量，包括模擬電路、數(shù)字電路和顯示的能源供應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)閥門開(kāi)讀的遠(yuǎn)程控制，需要將閥門的開(kāi)度信息傳送給其他的控制儀表，同時(shí)控制儀表能從遠(yuǎn)方制定閥門為某一開(kāi)度，系統(tǒng)需要1路4～20mA的模擬量輸入信號(hào)和1～2路4～20mA的模擬量輸出信號(hào)。模擬量輸入信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換變成與閥門開(kāi)度相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)后送給數(shù)字部分的單片機(jī)，在單片機(jī)中對(duì)它進(jìn)行濾波處理后就可以輸出了。閥門的開(kāi)度信息通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換后變成模擬信號(hào)輸出，用來(lái)接顯示儀顯示閥門開(kāi)度或連接其他的控制設(shè)備。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，所有的數(shù)字量數(shù)據(jù)均采用串行的輸入輸出方式，為了節(jié)省芯片資源和空間，輸入的4～20mA的模擬量在轉(zhuǎn)化為數(shù)字量時(shí)，采用已有的4路DA芯片與單片機(jī)的系統(tǒng)資源相結(jié)合作8位的AD使用。
2、數(shù)字電路部分主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、掉電保護(hù)、兩路監(jiān)測(cè)脈沖輸入信號(hào)、兩路常開(kāi)常閉轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)輸出。
在設(shè)計(jì)方案中選用目前普遍使用的51系列單片機(jī)AT89C4051。AT89C4051是一款低電壓、高性能的CMOS8位微控制器，它具有4K字節(jié)的可擦除、可重復(fù)編程的只讀閃存。通過(guò)在單芯片內(nèi)復(fù)合一個(gè)多功能的8位CPU閃存，在性能、指令設(shè)定和引腳上與80C51和80C52*兼容。
考慮到在系統(tǒng)掉電或重新啟動(dòng)時(shí)，需要保持先前在儀表中設(shè)置的一些閥門參數(shù)，而單片機(jī)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器不具備掉電存儲(chǔ)功能，所以在片外擴(kuò)展了一個(gè)具有掉電保存功能的芯片X5045。X5045是一種集看門狗、電源監(jiān)控和串行EEPROM3種功能于一身的可編程電路，這種組合設(shè)計(jì)可以減少電路對(duì)電路板空間的需求，X5045中的看門狗為系統(tǒng)提供了保護(hù)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)送故障而超過(guò)設(shè)定時(shí)間時(shí)，電路中的看門狗將通過(guò)RESET信號(hào)向CPU作反應(yīng)。X5045提供了三個(gè)時(shí)間值供用戶選擇使用。它所具有的電壓監(jiān)控功能還可以保護(hù)系統(tǒng)免受低電壓的影響，當(dāng)電源電壓降到允許范圍以下時(shí)，系統(tǒng)將復(fù)位，直到電源電壓返回到穩(wěn)定值為止。X5045的存儲(chǔ)器與CPU可通過(guò)串行通信方式接口。共4069位，可以按512×8個(gè)字節(jié)來(lái)放置數(shù)據(jù)。
X5045的管腳排列，它共有8個(gè)引腳，各個(gè)引腳的功能如下：
CS：電路選擇端，低電平有效；
SO：串行數(shù)據(jù)輸出端；
SI：串行數(shù)據(jù)輸入端；
SCK：串行時(shí)鐘輸出端；
WP：寫保護(hù)輸入端，低電平有效；
RESET：復(fù)位輸出端；
Vcc：電源端；
Vss：接地端。
INA為輸入信號(hào)，是由光電傳感器采集到的閥門脈沖信號(hào)(<10mA)。該信號(hào)經(jīng)旁路電容濾波后送入光耦，轉(zhuǎn)換成了輸出的OUT電壓信號(hào)送入單片機(jī)。輸出的電壓可直接進(jìn)入單片機(jī)的I/O口。在控制中，要求A、B兩路脈沖都接收到的時(shí)候，才認(rèn)為是由信號(hào)輸入，AB為正轉(zhuǎn)，BA為反轉(zhuǎn)。只有一路信號(hào)輸入時(shí)不計(jì)數(shù)。 兩路常開(kāi)、常閉轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)輸出。用來(lái)連接電磁閥，通過(guò)控制電磁閥的吸合來(lái)控制氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作相應(yīng)的開(kāi)閥或關(guān)閥動(dòng)作。
3、顯示部分主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、4位LED顯示、3只狀態(tài)指示燈(自動(dòng)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn))、3只按鍵(MODE/SET鍵、上鍵、下鍵)。
顯示部分采用AT89C4051單片機(jī)，用來(lái)控制4位LED顯示，且同數(shù)字部分的單片機(jī)進(jìn)行通訊，還要對(duì)控制儀的模式做相應(yīng)的選擇和控制。顯示儀上設(shè)計(jì)有3只狀態(tài)指示燈用來(lái)顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、自動(dòng)；3只按鍵：MODE/SET鍵、上鍵、下鍵，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作模式和一些參數(shù)的初始化。這3部分通過(guò)接口連接，構(gòu)成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，可以對(duì)一些類似氣動(dòng)馬達(dá)等的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。在實(shí)際應(yīng)用中基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)先要求的各種性能指標(biāo)。
(二)利用PLC來(lái)控制的系統(tǒng)
PLC在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，由于本方案是在OMRON的PLC上面作的開(kāi)發(fā)，所以以O(shè)MRON的PLC來(lái)作介紹。 硬件組成：1臺(tái)計(jì)算機(jī)，1套PLC(包括CPU，I/O模塊，ID212，OC224，AD003模塊)，2個(gè)繼電器，2個(gè)電磁閥，1個(gè)氣動(dòng)閥門執(zhí)行器。
其組成原理為：由PC機(jī)通過(guò)RS-232串口通訊連接OMRON的PLC，對(duì)PLC進(jìn)行編程和監(jiān)控。PLC的I/O模塊分別接入輸入、輸出信號(hào)，其中輸入模塊連接到閥門上的兩個(gè)位置傳感器，通過(guò)PLC的輸入模塊ID211的指示燈亮的先后順序來(lái)顯示閥門的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。輸入模塊接收兩路閥門檢測(cè)脈沖輸入，即脈沖A與脈沖B。在運(yùn)行狀態(tài)下，脈沖A輸入時(shí)指示燈A亮，脈沖B輸入時(shí)指示燈B亮。輸入順序?yàn)锳B，表示開(kāi)閥。輸入順序?yàn)锽A表示關(guān)閥。閥門檢測(cè)脈沖A和B信號(hào)必須部分疊加，否則不能正常檢測(cè)閥門開(kāi)度。
通過(guò)PLC的輸出模塊OC225控制兩個(gè)繼電器，繼電器具有兩組常開(kāi)常閉輸出觸點(diǎn)，1組為開(kāi)閥輸出觸點(diǎn)，1組為關(guān)閥輸出觸點(diǎn)。開(kāi)閥時(shí)，當(dāng)閥門開(kāi)度大于或等于所設(shè)閥門限位值時(shí)開(kāi)閥輸出觸點(diǎn)動(dòng)作，閥門開(kāi)度小于所設(shè)閥門限位值時(shí)開(kāi)閥輸出觸點(diǎn)動(dòng)作，發(fā)明開(kāi)度小于所設(shè)閥門限位值時(shí)開(kāi)閥輸出觸點(diǎn)復(fù)位。關(guān)閥時(shí)，當(dāng)閥門關(guān)到零位且21s內(nèi)無(wú)脈沖輸入時(shí)關(guān)閥輸出觸點(diǎn)動(dòng)作；若21s內(nèi)有脈沖輸入，則延時(shí)21s關(guān)閥輸出觸點(diǎn)動(dòng)作。通過(guò)繼電器的吸合來(lái)控制兩個(gè)電磁閥的開(kāi)關(guān)，電磁閥打開(kāi)后，便可以控制氣動(dòng)閥門執(zhí)行器使得閥門做相應(yīng)的開(kāi)閥或關(guān)閥動(dòng)作。同時(shí)接近傳感器把閥門的開(kāi)關(guān)情況再傳送到PLC中，并同要求的閥門開(kāi)度作比較，直到符合要求為止。
自動(dòng)歸零與自動(dòng)調(diào)滿：控制系統(tǒng)具有自動(dòng)歸零與自動(dòng)調(diào)滿功能，當(dāng)閥門開(kāi)度小于歸零范圍值或閥門開(kāi)度距滿量程小于滿度調(diào)節(jié)范圍值，且時(shí)間大于或等于所設(shè)值穩(wěn)定時(shí)間值時(shí)，PLC自動(dòng)控制閥門進(jìn)行歸零或自動(dòng)調(diào)滿。
在實(shí)驗(yàn)中，由閥門上的位置傳感器計(jì)算閥門的開(kāi)度。
當(dāng)閥門先離開(kāi)A傳感器，后離開(kāi)B傳感器時(shí)，表示閥門在關(guān)閥。當(dāng)閥門先離開(kāi)B傳感器，后離開(kāi)A傳感器時(shí)，表示閥門在開(kāi)閥。傳感器接收到的是一個(gè)脈沖信號(hào)，通過(guò)位置傳感器的采集信號(hào)來(lái)記下閥門的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 在上位機(jī)中用編程軟件CX-programmer編寫梯形圖，然后把梯形圖下載到PLC中運(yùn)行，在上位機(jī)的組態(tài)軟件中進(jìn)行控制和監(jiān)控，閥門開(kāi)關(guān)量的多少可由組態(tài)軟件界面輸入的圈數(shù)值確定。組態(tài)界面做好后，開(kāi)閥、關(guān)閥、停止、總開(kāi)關(guān)等控件的控制和動(dòng)作可以直接在組態(tài)界面中很直觀形象地進(jìn)行操作。 與本文相關(guān)的論文有：益海嘉里糧油加工中減壓閥應(yīng)用案例
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