上海申弘閥門有限公司
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之前介紹自力式壓力調(diào)節(jié)閥在化工行業(yè)應(yīng)用，現(xiàn)在介紹MODBUS協(xié)議控制智能電動閥原理通信功能：提供RS-485/M-BUS接口，支持Modbus協(xié)議，可方便地與具有RS-485、Modbus通信接口的PLC、DCS、計算機等上位機及傳輸設(shè)備對接。結(jié)合機電一體化和遠(yuǎn)程通信控制技術(shù)，用戶可通過計算機根據(jù)溫度，壓力，流量，熱量等技術(shù)要求遠(yuǎn)程控制終端閥門，可提供M-bus、RS-485通信接口與計算機連接，取代昂貴的PLC，廣泛應(yīng)用于石油、化工、醫(yī)藥、建筑、電力等行業(yè)。在應(yīng)用場合往往會根據(jù)實際需要將閥門開或關(guān)，或者開到一定程度，甚至動態(tài)的以某種規(guī)律開關(guān)。在傳統(tǒng)的模擬控制方式中用時間、電流的大小來表示閥門的開啟角度。由于影響時間、電流(電壓)等參數(shù)的因素很多，因此顯示的開啟角度與閥門的實際位置不易達(dá)到同步，經(jīng)常出現(xiàn)明顯的誤差。同時，簡單的模擬量控制提供的信息極為有限，不利于系統(tǒng)的調(diào)試和檢修。筆者設(shè)計的智能型控制系統(tǒng)采用數(shù)字化的方法來控制電動執(zhí)行機構(gòu)運行。
智能控制功能：可通過RS-485接口編程，編程后可在無人值守、無上位機的情況下，自動調(diào)節(jié)閥門開度。在上位機控制下， WZ系列智能執(zhí)行器可執(zhí)行的控制命令有：
1） 開閥、關(guān)閥、閥門開度調(diào)整。
2） 設(shè)置工作模式。
3） 設(shè)置工作模式數(shù)據(jù)。
4） 設(shè)置通信速率。
5） 上報閥門開度。
6） 上報閥門工作狀態(tài)。
7） 與上位機校對時間。
8） 上報身份識別碼。
直接外接4~20mA電流輸入信號:可直接外接4~20mA電流輸入信號并根據(jù)信號大小自動調(diào)整閥門開度，支持PID算法。
自動故障診斷及自動故障報警功能
當(dāng)閥門出現(xiàn)故障自動進(jìn)行故障診斷，并通過通信端口向上位機上報故障現(xiàn)象、可能的故障原因，及故障位置。
防卡死設(shè)計當(dāng)閥門被異物卡住時。閥門的閥球會自動進(jìn)行多次正、反向旋轉(zhuǎn)，利用介質(zhì)流動力排除異物，如果依然不能排除卡死故障，會自動產(chǎn)生“卡死報警”信息。
手動操作設(shè)計
當(dāng)閥門的電動部分癱瘓時，可通過手動搖柄打開或關(guān)閉閥門
過負(fù)荷保護設(shè)計
WZ系列電動閥門均涉及過負(fù)荷保護裝置，當(dāng)閥門電動裝置負(fù)荷過重時，不會燒毀閥門內(nèi)部電機。
1.可輸入2路4~20MA模擬控制信號或直接外接兩只溫度傳感器（PT100,PT1000)，或兩只壓力傳感器。
2.可根據(jù)壓力，溫度或4~20mA信號自動調(diào)整開度，支持PID算法。
3.具有485/M-bus通信接口，方便遠(yuǎn)控和應(yīng)用于大型控制網(wǎng)絡(luò)。
4.可通過通信接口上報溫度，壓力等測量數(shù)據(jù)。
應(yīng)用領(lǐng)域：可用于溫控,壓控,溫差控制,壓差控制及自動化控制領(lǐng)域。
典型應(yīng)用：采暖供回水溫度,溫差,壓力壓差控制及工業(yè)反應(yīng)罐溫度壓力控制。
2MODBUS協(xié)議控制智能電動閥原理系統(tǒng)硬件組成
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥智能控制器根據(jù)智能化、可靠性高、抗干擾能力強、成本低等原則，控制核心采用8位微處理器MC68HC908SR12(SR12)，電機控制的主電路采用電力電子技術(shù)實現(xiàn)。
SR12具有速度快、功能強和價格低等特點。其較高工作頻率可達(dá)8MHz，有512字節(jié)的片內(nèi)RAM、12K字節(jié)的片內(nèi)FLASH存儲器，14路10位A/D，及SCI、I2C、SPI等通訊接口［1，4］。
系統(tǒng)應(yīng)用SR12內(nèi)部的A/D進(jìn)行閥門位置信號及輸入控制信號的采集，利用PWM輸出經(jīng)過濾波后的位置信號，利用I2C總線與外部存儲器AT24C08進(jìn)行通訊存儲設(shè)置值，利用SCI接口通過MAX485與上位機進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，充分利用了該芯片的內(nèi)部資源，節(jié)約了成本。
特點：
1. 豪華的二次開發(fā)編程軟件，也可以通過鍵盤組態(tài)。
2. 比同類產(chǎn)品節(jié)省30%左右的投資。
3. 可以通過串口下載程序，也可以通過現(xiàn)場總線遠(yuǎn)程下載。
4. FLYER3-DEBUG在線仿真軟件，用于驗證你任意編制的控制邏輯是否正確。
5. 通用端口技術(shù)，AI與DI、AO與DO口可以相互轉(zhuǎn)換，AI口還可以靈活選擇PT1000、NTC、或0-10VDC、4～20mA傳感器，*通過軟件設(shè)置。
通訊傳送方式：
物理協(xié)議：RS-485
總線協(xié)議：MODBUS
通訊規(guī)約：采用MODBUS協(xié)議 RTU通訊規(guī)約， 當(dāng)通訊命令發(fā)送至FLYER3時，符合相應(yīng)地址碼的設(shè)備接收通訊命令，如果沒有出錯，則執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)，并把執(zhí)行結(jié)果返送給發(fā)送者。返送的信息中包括地址碼、功能碼、數(shù)據(jù)以及錯誤校驗碼。如果出錯就不發(fā)送任何信息。
2.1信號輸入部分
利用SR12內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換，將輸入的模擬信號和閥門位置反饋的模擬信號進(jìn)行量化。采用REF02作為A/D的基準(zhǔn)電壓，其溫度漂移系數(shù)為3PPM/℃。
2.2信號輸出部分
SR12有3通道8位高速PWM，每個通道有獨立的計數(shù)器，可選擇PWM輸入時鐘以產(chǎn)生各種PWM頻率，并有自動相位控制。利用其中一路PWM作為模擬量輸出信號，其余兩路作為電機控制信號。同時選擇I/O口PTB6作為繼電器開關(guān)量輸出的控制信號。
2.3輸入輸出隔離
系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場使用時，涉及到各種儀表、傳感器及執(zhí)行機構(gòu)，會由于各種原因引入信號干擾以及各種危險的強電壓信號。為了保證系統(tǒng)的安全，保證檢測的正確性和運行的可靠性，采用光耦LOC210對輸入輸出信號進(jìn)行隔離。
2.4通訊部分
為了完成工業(yè)現(xiàn)場遠(yuǎn)程控制和組網(wǎng)的需要，系統(tǒng)支持RS485通訊方式。電平轉(zhuǎn)換芯片采用MAX485。實際工作時，可以與上位機進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，進(jìn)行運行方式設(shè)定并監(jiān)控運行狀態(tài)。
2.5MODBUS協(xié)議控制智能電動閥原理電機驅(qū)動部分
電機的驅(qū)動采用電力電子開關(guān)雙向可控硅BTA16。雙向可控硅具有開關(guān)速度快、壽命長、無火花和拉弧現(xiàn)象等特點［2］，保證執(zhí)行機構(gòu)在高溫條件下的長期可靠運行，同時有助于對電機的保護。主電路與CPU之間采用光耦MOC302X驅(qū)動，如圖3所示，圖中ZL為電機負(fù)載。
在設(shè)計中，MOC3020的二極管前向電流為15mA,MOC3021和MOC3023分別為8mA和3mA，所以可以由MC68HC908SR12的I/O口采用灌電流方式直接驅(qū)動。在實際工作時RC吸收回路的實際參數(shù)需要根據(jù)電機參數(shù)(ZL)的不同確定。
需要注意的是，MOC302X的耐壓是400V，如果電機需要工作在380V下或者電機的反電勢比較大時，要選用MOC308X系列。與本文相關(guān)的論文：自力式煤氣調(diào)壓閥組
