电动执行机构-光电编码器-相互关联

一、小引

电动执行机构是工控土地中普遍使用于把持阀门开启和闭合的一种电动驱动装配，经过远处和就地把持记号实即兴对阀门的里程把持。传统的电动实行机构把持体系中，里程部件大有些选择机械里程和限位开关来实即兴阀门开度的调整和限位把持，里程把持精度依靠于里程部件齿轮组的加以工工艺和装配程度，普及在着阀门定位精度不高的问题，同时机械式里程部件在举行阀位调试时，需求对电动实行机构举行开盖操控，给工业即兴场安装、调试及维养护任务带来极大的不便。光电编码器是一种集光、机、电为一体的数字化位置检查装配，它具有分辩比值高、精度高、构造简略等优点。光电编码器使用于电动实行机构，是一种技术上的花样翻新与溃，实即兴了电动实行机构的电子里程把持方法，大大提高了电动实行机构的里程精度。

二、设计规律

1、电子里程部件设计规律

电动实行机构把持器的里面包含了位置记号感应装配、力矩感应装配、逻辑把持装配以及数字通讯模块等把持模块，各模块electrical把持单元由主把持器CPU统一调用经管。电子里程传动部件构造如图1所示。光电编码器作为位置记号感应装配部件，安装在电动实行机构里程轴上，里程轴另一端经过齿轮联接到蜗轮轴上。当电机开向或关向运转时，蜗杆径直带动蜗轮旋转，蜗轮的位移变更经过里程轴传输到光电编码器端，光电编码器完成位移记号的检查；检查记号再经度过主把持器波形收集电路，由主把持器CPU读取两路脉冲记号，经过计算光电编码器每秒种出口的脉冲的个数，即可替换成时下电机运转速；另外，经过捕捉两路相位相差90°的脉冲记号，并在主把持器CPU的中止程序里对两路脉冲记号举行脉宽计数和脉冲波形变更推断，可以对电动实行机构的运转速、位移变更及旋转方向做出推断和处置。余外，在切除电动实行机构表面动力电源的情况下，手动旋转电动实行机构手轮时，光电编码器仍能保全里程计数效能，电动实行机构有着断电阀位保全效能。

2、光电编码器设计

光电编码器作为电子里程位置感应装配，是一种集光、电一体，将旋转位移、速等物理量替换成电记号的位置速传感器。光电编码器选择对立编码计数，出口脉冲记号选择32位CPUchip举行处置，使得电动实行机构可以使用于多辗转、大里程的阀门装配中。依据DL/T641-2005《电站阀门电动实行机构》准则请求，电动实行机构里程反复偏差：≤±5°（多辗转），≤±1°（有些辗转）。光电编码器中光栅盘选择低线数45线设计。依据电动实行机构的机械传动构造，电动实行机构出口轴旋转一圈时，发出脉冲个数为360个，使得电动实行机构的里程把持精度保全在1°，适合准则设计请求。

光电编码器由光栅盘和光电检查装配结合。光栅盘是在必然直径的圆板上等分地开通45个矩形形孔；光电检查装配由直射式红外光电传感器电路有些结合。圆形光栅盘安装在直射式红外光电传感器居中，每圈设计成45个筋、45个孔，如图2所示。光栅盘由电机驱动旋转，旋转时筋孔更迭割切红外史感器，发出两路类似正弦波的脉冲记号，经整形电路对该波形处置，终极出口两路方波记号。光电编码器安装如图3所示。

当电机开、关向运转，阀位产生变更时，光栅盘同步举行旋转活动，光电编码器出口两路正交脉冲，脉冲记号如图4所示。

二、电路设计

1、光编记号发出电路

光电编码器波形发出电路如图5所示。N2为光电传感器，选择双光电晶体管，光束中心间距为0.7mm，它们的节距和光栅盘上的节距相当，两组透光孔隙错开1/4节距，使得双光电二极管出口的脉冲记号在相位上相差90°电度角。波形收集电路输入端电阻R1、R2阻值为330Ω，传感器负载电阻R3、R4阻值为1.5kΩ。在光栅盘桓转运转度过程中，光电传感器位置恒定不动，光线透度过光栅盘间断、更迭地穿度过双晶体管，发出两路相位相差90°的脉冲记号。

2、光编记号收集电路

    波形发出电路出口的两路脉冲记号，需求经度过整形电路举行波形整形，经度过思密特双非门整形后，在三极管Q3、Q4集电顶点出口脉冲方波。波形整形电路如图6所示。

3、光编记号收集电路

光电编码器出口的两路位置检查记号，经度过整形电路整形后，传送至电动实行机构主把持器CPU端口。主CPU经过端口中止方法，在两路脉冲记号每回产生跳变时，会发出一次端口中止，由CPU中止处置程序完成一次脉冲记号的计数和方向推断。光电编码器构造简略，记号固定定，数据处置比较容易，但在主电源断电情况下，需求电池供电保全阀位计数，一旦电池电压度过低或无法供电，电动实行机构阀位容易丢失，给即兴场生产运转带来不便。因而在光编记号收集电路中设计了电池省电方法，当主电源终止供电时，主CPU主动切换至低功耗任务方法，同步关闭光电编码器供电电源。为确保主电源断电度过程中阀位计数效能，选择20ms定时提醒方法，每隔20ms打开一次光电编码器电源开关，推断阀位是否产生变更。图7为光编记号收集电路，在正常运转状态下，BMQ_C伸脚出口低电平，三极管Q102导通，V9XX为光电编码器供电。当主电源终止供电时BMQ_C伸脚出口高电平，三极管Q102关闭，光电编码器供电电源断开，进入省电模式。

在光编记号收集电路中，主把持CPU经过收集两路脉冲记号，经度过数据辨析和方向推断，计算出时下阀位状态，然后经过串行总线，将阀位数据传送至人机会话模块，经过人机界面显示出时下阀位状态。

三、使用

1、涌现的问题

电动实行机构出口轴转速范畴一般为5～160r/min。两样规格型号的电动实行机构，其转速差距很大。对高转速型电动实行机构，出口轴出口速较快，光电编码器的光栅盘随之迅速旋转，使得光电编码器出口的波形受到双二极管通断速的影响，变为不梦想的脉冲方波，导致光电编码器在迅速运转时会涌现机能不固定定情况。

2、问题辨析

两样环境下（波形发出电路R3、R4阻值变更）的波形收集图如图8所示。

从收集波形可以看出，光电编码器出口端记号的降落沿跟随记号发出电路上R3、R4阻值的增风云突变得越来越坦，经度过双非门U1整形后，光电编码器出口端波形的高电平宽度变宽，低电平宽度变窄。这是因在5V供电环境下，双非门U1的高电平门槛电压VT+约为3V，低电平门槛电压VT-约为1.7V（双非门任务规律如图9所示），因而当光电编码器出口端记号的降落沿越来越坦时，电压降落时期也随之增添，双非门U1的出口端记号的低电平时期会变长，即低电平宽度变宽，高电平宽度变窄。双非门U1的出口端记号还要经度过一个三极管反向后出口到光电编码器出口端，因而，此刻编码器出口端记号的高电平宽度变宽，低电平宽度变窄。受此影响，光电编码器两路出口记号形成的相交脉冲记号也比较窄，这么就很容易造成光编记号收集端记号收集困苦或造成脉冲记号丢失。从图上数据辨析，当R3=R4=5.1K时，相交脉冲记号距离时期约为50μs，此刻光栅盘转速约为1875r/min，当转速达成2500r/min甚至更高时，距离时期更短，从而影响CPU中止读取时期，造成据丢失。故此，传感器出口端电阻R3、R4阻值取值不能太大。

余外，依据电路辨析及收集记号图，光电编码器器出口端记号的电压峰值跟随R3、R4阻值的减少而变小。由图8（a）可以看到，当R3=R4=1K时，VR3、VR4约为4.1V，但在试验度过程中发明，R3=R4=1K时，VR3、VR4偶然不能达成2.7V，即达不到双非门U1的门槛电压VT+，因而会造成光电编码器没有记号出口。在同一的环境下之因而会涌现两种两样的结实，是因器件的离散性造成的，传感器的出口记号为仿照记号，因而传感器的出口效实跟器件自己有很大的相干，即相同器件在相同环境下有可能性发出两样的仿照记号，双非门U1出口端的记号就会随之变更，如其差距很大，这么获得的结实也会有较大区别。故此，传感器出口端电阻R3、R4阻值取值也不能太小。余外，从图8（b）、（c）中可以视察到，当R3=2.2K、R4=2.2K时，VR3、VR4约为4.4V；R3、R4取值大于2.2K时，VR3、VR4也都约为4.5V。

概括辨析思索，为服迅速型电动实行机构和两样的电源供电方法（5VDC、3.3VDC），光电编码器记号发出电路R3、R4阻值大小设置为1.5K较为合适。

四、结语

选择光电编码器作为电动实行机构里程检查部件，使电动实行机构实即兴了电子式里程设计，提高了阀门里程精度和阀位分辩比值，实即兴了阀门的精准定位，有效地简化了电动实行机构的调试度过程，提高了即兴场调试效力，便利即兴场维养护。