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        2014年07月04日08:51:23
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        智能電氣轉換器

           技術領域本發明涉及電氣轉換器,具體涉及智能電氣轉換器。背景技術電氣轉換器作為一種工業過程儀表,應用范圍廣泛,在定型與加工領域尤其突出。傳統的電氣轉換器主要分兩大類,一類是機械式,一類是電氣類,兩大類都是實現電流信號轉換為相應線性比例的壓力。機械類電氣轉換器具有反應速度快,控制精度高和穩定性高的特點,但是受控于安裝角度,需要現場二次校準,并且對于震動場合不適宜使用,耐沖擊性較弱。電子類電氣轉換器以先導式壓電閥為核心部件,采用模擬PID控制算法,具有反應速度快,使用壽命長,抗震動的特點,但具有壓力過沖和控制精度不高的缺點。發明內容本發明的目的在于:提供一種智能電氣轉換器,采用兩線制供電,LCD直觀顯示輸入電流與輸出壓力?刂扑惴ú捎脭底諴ID控制算法為主和模擬PID控制電路為輔的復合控制模式,使得電氣轉換器的性能得到極大的提高,使以先導式壓電閥為控制單元的電氣轉換器克服了壓力過沖和控制精度不高的缺點。本發明的電氣轉換器壓力控制精度高(絕對誤差不大于0.8KPa,市場上傳統產品控制精度在4KPa,并且過沖達到理論值的15%),反應速度快,穩定性高且輸出壓力不過沖,具有抗震動和耐沖擊的特點。本發明的技術解決方案是:在電氣轉換器產品中,首次使用超低功耗嵌入式微處理器,植入數字PID控制算法,作為主控制模式,輔以模擬PID控制電路作為輔助控制。使用段碼式LCD液晶顯示器和鍵盤,作為人機輸出輸入接口。電路上采用具有溫度補償傳感器,消除溫度對信號采樣和過程控制的影響。執行部件采用微功耗的先導式壓電閥,實現氣體壓力的精確,快速,穩定控制。本發明的測量控制方案是:控制方案分為電源電路部分,壓力處理電路部分和微處理器電路部分等三部分,見圖1系統方框圖。

        圖1系統方框圖電源電路部分:本轉換器內部電路需要幾組不同的電源,因此電源電路比較繁瑣。且與與外界電氣連接只有4-20mA,4-20mA既作為電源輸入,又作為控制信號輸入。因為屬于超低功耗儀表,因此對電路的要求很高,且是電流輸入,必須把電流轉換電壓。本電路采用LM385作為轉換器件,4-20mA輸入電流通過LM385的調控,可以輸出穩定的5V電壓,它又相繼轉換成其余的兩組電壓:壓電閥需要的±12V直流電壓和微處理器的3.3V直流電壓。壓電閥需要的±12V是通過MAX1771把5V電壓轉換為12V直流電壓,然后再用ICL7660把12V直流電壓轉換為-12V直流電壓。這樣,±12V雙電源產生后,就可以給四運算放大器LM324工作了,LM324起著模擬PID控制電路作用。微處理器的3.3V直流電壓比較簡單,它由5V電壓通過CAT6219-3.3轉換而成。以上所有的集成電路芯片均為超低功耗設計,功耗完全可以滿足本轉換器的需求。壓力處理電路部分:四運算放大器LM324及附屬電路起著模擬電路處理作用,采用±12V供電。先導式壓電閥的進口1和出口2分別接進氣端和出口端,進氣端進氣壓力的范圍為0.14-0.8MPa。在氣路部分,出口處安裝壓力傳感器,差分信號輸出,可以測量出口的壓力,通過測量出口的壓力,才可以精確地控制壓力,因此壓力傳感器對本轉換器的控制精度有著非常大的影響。四運算放大器LM324及附屬電路可以分為4部分:1)、第一個運放,壓力傳感器差分信號的放大部分。2)、電流信號與壓力信號復合部分,電流信號是反串在LM385-ADJ電源負端,隨著電流的增加,產生出增加的負電壓。此負電壓與放大后壓力信號一同進入第二個運放,進行比例運算。3)、第三個運放是對第二個運放輸出的信號進行比例積分微分運算,輸出結果分為二部分:一是輸出給壓電閥的負極,二是給第四個運放。4)、第四個運放是對第三個運放的極性進行轉換,產生相反極性的電壓,給壓電閥的正極。這樣,壓電閥上的電壓就是電路處理電壓信號的兩倍。壓電閥最高是24V供電,因此±12V也可以產生24V的電壓輸出。微處理器電路部分:微處理器采用TI公司的16位MSP430F425,它有3路差分信號輸入的16位ADC和128段液晶的驅動,可以使電路變的極為簡介。需要測量的信號有2種,電流信號和壓力信號,電流通過串接在4-20mA回路上電阻上取得,電阻兩端的電壓可以看做差分信號,經過電位遷移后直接給MSP430F425的ADC1,進行AD轉換。壓力是通過壓力傳感器的差分信號再分一路,經過OPA2349進行儀用放大后的差分信號直接給MSP430F425的ADC2,可以很方便對壓力信號進行AD轉換。有了這2種信號后,可以根據4-20mA輸入信號和量程大小,轉換為相應的壓力控制信號。根據壓力控制信號和壓力采集信號,MSP430F425做出模糊控制PID算法,經過DAC6311進行數模轉換輸出模擬電壓,結合模擬PID控制算法,可以很精確的控制輸出壓力。本發明的電氣轉換器結構簡單,安裝方便,操作靈活。

        說 明 書 摘 要

           本發明公開了智能電氣轉換器的電氣線路及控制方法,因采用溫度補償技術和數字模擬雙PID控制算法,因此反應速度快,穩定性高,輸出壓力不過沖,具有抗震動和耐沖擊的特點。模擬電路采用低功耗設計,壓力輸入范圍寬,儀表上LCD可直觀顯示輸入電流和輸出壓力,并且可以隨意設置控制量程,現場應用很方便。

        權 利 要 求 書

           智能電氣轉換器,其特征在于:轉換器集成了LCD段碼顯示器,可以直觀的顯示各種參數,直觀方便。電氣線路低功耗設計,滿足低功耗要求。模擬PID電路和數字PID控制算法相結合,控制效果好,控制精度。 說 明 書 附 圖

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