Diseño del nuevo actuador eléctrico inteligente CAN | Actuador eléctrico inteligente integrado
Controller Area Network CAN (Controller Area Network) es un tipo de bus de campo. Es una red de comunicación en serie que admite eficazmente el control distribuido o el control en tiempo real. Es reconocido como el bus de campo más prometedor. Uno de los autobuses.
En los sistemas de control industrial, los actuadores eléctricos son una unidad de ejecución muy importante en los instrumentos combinados de unidades eléctricas. Consta de dos partes del circuito completamente independientes: el circuito de control y el actuador. Puede recibir la señal de control eléctrico del regulador y convertirla linealmente en ángulo mecánico o desplazamiento lineal para controlar compuertas, deflectores, válvulas, etc. Mecanismo de ajuste. para lograr el control automático. En los últimos años, con el rápido desarrollo de la tecnología microelectrónica y la tecnología de control, los actuadores eléctricos también han logrado un rápido desarrollo. En particular, algunos fabricantes extranjeros han lanzado sucesivamente actuadores eléctricos inteligentes convencionales con protocolos de comunicación de bus de campo y actuadores eléctricos inteligentes CAN. El actuador es el que tiene mayor potencial de desarrollo.
El actuador eléctrico inteligente CAN presentado en este artículo adopta un control de motor de CC sin escobillas, tiene una alta precisión de control y realiza una detección digital de la posición de la válvula, lo que puede mejorar la precisión y confiabilidad de la medición de la posición de la válvula y puede reemplazar el actual. Métodos de medición analógica de potenciómetro y transformador diferencial comúnmente utilizados.
Diseño de hardware del circuito de control
La estructura principal del actuador eléctrico inteligente CAN se muestra en la Figura 1.
El circuito completo se compone principalmente de cinco partes: la parte principal compuesta principalmente por la computadora de un solo chip P89C58, la parte de interfaz y control del bus CAN compuesta por SJA1000, 82C250, circuito de aislamiento fotoeléctrico, etc., y El chip de control especial para motor CC sin escobillas MC33035 consta de una parte de control del motor, una parte de detección de posición de la válvula y una parte de pantalla de cristal líquido LCD.
1 pieza de interfaz y bus CAN
El control y la interfaz del bus CAN se muestran en la Figura 2, que incluye principalmente el controlador de comunicación CAN independiente SJAl000, el transceptor de bus CAN 82C250 y el acoplador fotoeléctrico de alta velocidad. 6N137. El microcontrolador P89C58 primero inicializa SJA1000 y controla SJA1000 para implementar tareas de comunicación de datos. El ADO ~ AD7 de SJA1000 está conectado al puerto P0 de 89C52, CS está conectado al puerto P2.0 de 89C52 y los pines restantes están conectados en consecuencia.
Para mejorar la capacidad antiinterferencia del nodo de bus CAN, el TX0 y RX0 del SJA1000 no están conectados directamente al TXD y RXD del 82C250, sino que están conectados al 82C250 a través del Optoacoplador de alta velocidad 6N137, que es bueno. La tierra realiza el aislamiento eléctrico entre los nodos CAN en el bus. La interfaz entre el 82C250 y el bus CAN también adopta ciertas medidas de seguridad y antiinterferencias. Se conecta una resistencia de 5 Ω en serie entre sus pines CANH y CANL y el bus CAN. Esto puede desempeñar un cierto papel limitador de corriente y proteger el 82C250 de. Impacto de sobrecorriente; también se pueden conectar pequeños condensadores en paralelo a los pines CANH y CANL para filtrar las interferencias de alta frecuencia en el bus y evitar la radiación electromagnética. Hay una resistencia de pendiente conectada al pin Rs de 82C250. El tamaño de la resistencia se puede ajustar adecuadamente según la velocidad de comunicación del bus, generalmente entre 16 y 140 kΩ.
Circuito de control de 2 motores
El chip de control del motor de este actuador eléctrico utiliza el controlador de motor CC sin escobillas MC33035 de unidad de segunda generación de alto rendimiento desarrollado por ON Semiconductor. El controlador contiene un decodificador de posición del rotor que se puede utilizar para una sincronización de rectificación correcta y un nivel de referencia que puede compensar la temperatura del sensor. También tiene un oscilador de diente de sierra programable en frecuencia, un amplificador de señal de error y un comparador de modulador de pulso. , tres salidas de controlador superior de colector abierto y tres salidas inferiores de tótem de alta corriente, ideales para controlar MOSFET de potencia. El módulo principal del circuito de control del motor se muestra en la Figura 3.
Las funciones de este circuito de control de motor incluyen control de velocidad de bucle abierto PWM, control de habilitación y control de avance y retroceso. El control de velocidad del motor se realiza utilizando la función del decodificador/controlador de 4-10 bits 74LS145, y la señal la proporciona el microcontrolador P89C58 y el voltaje de velocidad se proporciona al pin a través del circuito divisor de voltaje.
El control de habilitación del motor y las señales de control de avance y retroceso también están controlados por el microcontrolador, que envía una señal de nivel a 89C2051. Después de la conversión de nivel, se envía al pin correspondiente de MC33035 para controlar el estado de funcionamiento. del motor.
Circuito de detección de posición de 3 válvulas y pantalla de cristal líquido
Para lograr la detección digital de la posición de la válvula, se utiliza el Σ-Δ (equilibrio de carga) de 16 bits de ADI en el A. Circuito de conversión /D Fórmula) Convertidor A/D AD7705. AD7705 incluye un circuito de ajuste analógico frontal compuesto por un búfer y un amplificador de ganancia programable (PGA), un modulador Σ-Δ y un filtro digital programable, etc. Puede amplificar directamente señales en diferentes rangos de oscilación desde el sensor hasta A/ El convertidor D está cerca del voltaje de escala completa y luego realiza la conversión A/D para lograr una salida de datos no lineal sin errores de 16 bits con una precisión del 0,003 %. Su ganancia y la tasa de actualización de la salida de datos se pueden programar, y la entrada analógica; También se puede seleccionar el instrumento buffer, así como los métodos de autocalibración y calibración del sistema. Al conectar un sensor potenciómetro de plástico conductor externo de alta precisión, el valor de voltaje obtenido después de dividir el valor de voltaje de referencia refleja el valor de posición de la válvula.
El sistema utiliza una pantalla LCD de matriz de puntos de 128 × 64 producida por TRULY Company. Todos sus controladores, circuitos de escaneo y RAM de visualización están integrados en la parte posterior de la pantalla LCD con retroiluminación LED. El módulo funciona con una única fuente de alimentación y consta de cuatro partes: controlador de pantalla de matriz de puntos a gran escala KS0107, circuito de accionamiento de matriz de pantalla LCD KS0108, memoria de pantalla y pantalla LCD.
Diseño de software de actuador inteligente
El diseño de software incluye principalmente tres aspectos: módulo de comunicación de bus CAN, control de actuador eléctrico y pantalla LCD.
La parte de comunicación del bus CAN puede inicializar el SJA1000, volver al estado de funcionamiento normal una vez completada la inicialización y transmitir el estado de funcionamiento del actuador a la computadora host a través del bus, y el operador puede emitir instrucciones de control desde la computadora host para operar el actuador.
La parte de control del actuador eléctrico realiza principalmente la función de control de posición de la válvula y también puede controlar la velocidad de cierre de la válvula controlando la velocidad del motor. La parte de la pantalla LCD muestra principalmente la posición de la válvula y el estado de funcionamiento del actuador. También puede mostrar la señal de control enviada por la computadora host al actuador.
El flujo del programa del sistema se muestra en la Figura 4.