閥門(mén)在各個(gè)領(lǐng)域上都有相當(dāng)廣的應(yīng)用。油氣工業(yè)現(xiàn)在是且將來(lái)也會(huì)繼續(xù)是最大的買主，其次是煉油廠、電力和化工業(yè)。城市污水處理廠排第五位，其后是紙漿和造紙業(yè)、和城市供水。一直以來(lái)在其它幾個(gè)行業(yè)也應(yīng)用甚廣。它們是食品業(yè)、鋼鐵業(yè)以及制藥業(yè)。剩下的一些行業(yè)有：金屬、采礦和半導(dǎo)體業(yè)。在閥門(mén)的各種類型中，自動(dòng)調(diào)節(jié)控制閥所占比例最大，將占市場(chǎng)總份額的20%以上。隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，傳統(tǒng)的手工機(jī)械調(diào)節(jié)的方式在許多場(chǎng)合已不再適用，要實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)系統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化管理，離不開(kāi)自動(dòng)閥門(mén)這個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

閥門(mén)的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，當(dāng)然由于社會(huì)的發(fā)展需要，就必需要求有自動(dòng)控制閥門(mén)的機(jī)構(gòu)，也就是電動(dòng)執(zhí)行器。

由于閥門(mén)的應(yīng)用非常廣，手工機(jī)械調(diào)節(jié)的方式在許多場(chǎng)合已不再適用，本設(shè)計(jì)能夠在較安全的情況下工作，而且效率提高了幾倍，故設(shè)計(jì)閥門(mén)電動(dòng)執(zhí)行器具有實(shí)際的意義。電動(dòng)執(zhí)行器是工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中一個(gè)十分重要的現(xiàn)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)裝置，其能源取用方便、安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，在電力、冶金、石油、化工等工業(yè)部門(mén)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

閥門(mén)電動(dòng)執(zhí)行器的原理

閥門(mén)電動(dòng)執(zhí)行器由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)蝸輪蝸桿減速，帶動(dòng)空心輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在該減速箱中，具有手動(dòng)/自動(dòng)機(jī)構(gòu)（手動(dòng)機(jī)構(gòu)可獨(dú)立進(jìn)行操作）。當(dāng)切換手柄處于手動(dòng)位置時(shí)，操作手輪，帶動(dòng)空心輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，手動(dòng)機(jī)構(gòu)處于斷開(kāi)狀態(tài)，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空心輸出軸。

多轉(zhuǎn)式智能型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的智能控制器，通過(guò)時(shí)光科技有限公司的專用控制語(yǔ)言QMCL（快速運(yùn)動(dòng)控制語(yǔ)言）進(jìn)行編程，從而控制電動(dòng)執(zhí)行器中的交流異步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而達(dá)到所需要的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。多轉(zhuǎn)式智能型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用非侵入式設(shè)計(jì)，通過(guò)手持式遙控器即可對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的參數(shù)、功能進(jìn)行修正或組態(tài)設(shè)置。

自動(dòng)控制部分

控制概述

IMS系列伺服控制器是由時(shí)光科技有限公司(原北京科技大學(xué)機(jī)器人研究所)研制開(kāi)發(fā)的交流異步電機(jī)(IM)伺服控制器，可以對(duì)交流異步電機(jī)的位置，轉(zhuǎn)速，加速度和輸出轉(zhuǎn)矩，通過(guò)編程的方式方便地進(jìn)行控制，因此也稱之為"可編程IM伺服控制器".

IMS系列伺服控制器特點(diǎn)明顯。采用32位專用CPU對(duì)電機(jī)進(jìn)行全數(shù)字化控制；內(nèi)部PLC功能，控制器可自成系統(tǒng)工作；采用IMS系列伺服控制器專用的QMCL語(yǔ)言，使電機(jī)控制程序的編寫(xiě)變得非常簡(jiǎn)單；能使電機(jī)以極低的轉(zhuǎn)速(1rpm甚至1/8rpm)運(yùn)行，定位極其精確；定位控制程控功能是標(biāo)準(zhǔn)配置；不必像其它伺服控制器那樣需要另外準(zhǔn)備；具有通信功能，可由個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視；豐富的輸入輸出功能.。盡管IMS系列伺服控制器有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，但是其硬件本身是不能夠運(yùn)行的，必須加有用QMCL語(yǔ)言組成的程序，才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。

控制部分的構(gòu)成及原理

該控制系統(tǒng)主要由三部分組成：個(gè)人計(jì)算機(jī)、IMS伺服控制器、交流異步伺服電動(dòng)機(jī)。IMS伺服控制器對(duì)電機(jī)的控制，可以通過(guò)直接操作控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)計(jì)算機(jī)向控制器發(fā)出指令，進(jìn)而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn).。伺服控制器對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，僅僅靠其硬件本身是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，而是必須通過(guò)QMCL語(yǔ)言編寫(xiě)程序?qū)﹄姍C(jī)實(shí)現(xiàn)控制。一個(gè)程序的編寫(xiě)往往有上百行，單純地利用控制器的面板按鍵一個(gè)字符一個(gè)字符地輸入進(jìn)去，非常地費(fèi)時(shí)，費(fèi)力，因?yàn)榭刂破鞯捏w積本身就比較小，相應(yīng)地其鍵盤(pán)也就更小，操作起來(lái)不是很方便.而將計(jì)算機(jī)的RS-232C端口與控制器主板上的RS-232C端口相連，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與控制器的通信，就可以直接在計(jì)算機(jī)上編寫(xiě)程序，而后再利用兩者的通信功能把程序傳送到控制器的RAM中，這樣就比較方便，快捷了。同樣，控制器中的程序代碼也可以讀回計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行修改，保存等操作。另外計(jì)算機(jī)還可以向控制器發(fā)出其它的命令，實(shí)現(xiàn)其它的功能.比如，可以讀取各個(gè)參數(shù)的數(shù)值，也可以改變各參數(shù)的數(shù)值設(shè)定.總之，利用計(jì)算機(jī)與控制器的通信功能，完全能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀況的準(zhǔn)確掌握，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行靈活控制。

IMS系列伺服控制器通過(guò)編程方式，靈活、準(zhǔn)確地對(duì)電機(jī)的位置、轉(zhuǎn)速、加速度和輸出轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)了高精度控制，具有寬的調(diào)速范圍；轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)向可控；線性的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性；快速響應(yīng)；零速鎖定。

控制功能

控制功能全面精確：

（1）速度控制精度±0.02%，調(diào)速范圍達(dá)0.01Hz-250Hz；

（2）位置控制精度±1P；

（3）優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩控制功能，控制范圍0—300%電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，精度±5；

（4）電機(jī)額定轉(zhuǎn)速以下恒轉(zhuǎn)矩輸出，額定轉(zhuǎn)速以上恒功率輸出；

（5）低速大轉(zhuǎn)矩輸出、零轉(zhuǎn)速力矩保持功能；

（6）過(guò)載能力強(qiáng)，最大轉(zhuǎn)矩可達(dá)電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的三倍；同步控制功能，對(duì)多臺(tái)控制器、電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行同步或跟隨控制；

（7）加、減速度控制功能，可編程I/O接點(diǎn)豐富

（8）內(nèi)部PLC功能，控制器可自成系統(tǒng)工作；

（9）CPU的E2PROM中可存儲(chǔ)多個(gè)程序，語(yǔ)句可達(dá)400條；

（10）專用的「QMCL」語(yǔ)言，電機(jī)控制程序的編程簡(jiǎn)單易學(xué)，用戶可自行編制控制程序PC機(jī)、編碼器編程，程序可固化；

項(xiàng)目概述

此項(xiàng)目為閥門(mén)電動(dòng)執(zhí)行器，該產(chǎn)品采用了時(shí)光科技IMS系列伺服控制系統(tǒng)。時(shí)光科技有限公司IMS伺服控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)的閥門(mén)驅(qū)動(dòng)裝置優(yōu)異好幾倍：

a、可實(shí)現(xiàn)電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行于0.01Hz～250Hz工作范圍；

b、電機(jī)運(yùn)行速率低于50Hz時(shí)可實(shí)現(xiàn)3倍電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩輸出，包括電機(jī)0Hz鎖定時(shí)的3倍電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩輸出；

c、內(nèi)置PLC功能（32bit），通過(guò)QMCL軟件編程的方式對(duì)所有I/O進(jìn)行自定義設(shè)計(jì)。使用I/O方式接收相應(yīng)動(dòng)作信號(hào)及告知PLC是否已完成所要的過(guò)程；

d、使用QMCL語(yǔ)言編譯的程序，可以靈活的設(shè)定零點(diǎn)，而且由軟件根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)的間隙補(bǔ)償量與機(jī)械結(jié)合更加緊密，可根據(jù)實(shí)際情況及長(zhǎng)時(shí)間使用造成的間隙改變做出相應(yīng)調(diào)整。極大方便了系統(tǒng)調(diào)試和維修。

e、系統(tǒng)參數(shù)任意設(shè)定電機(jī)運(yùn)行時(shí)的S曲線和轉(zhuǎn)矩限幅值；

f、具有2路可編程D/A輸出，可實(shí)現(xiàn)任意監(jiān)控項(xiàng)的模擬量輸出；

g、使用時(shí)光科技有限公司的IMS伺服控制器控制電動(dòng)機(jī)，增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性；

h、IMS伺服控制器特有的0Hz鎖定功能可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的“電氣抱閘”動(dòng)作，有效保證了定位控制結(jié)束后的最終定位精度。，為保證系統(tǒng)在失電的情況下不會(huì)帶來(lái)安全隱患；

j、由于采用了靈活的QMCL軟件編程，因此在調(diào)試過(guò)程中每當(dāng)最終客戶要求發(fā)生變化或增減要求時(shí)，IMS伺服控制器可隨時(shí)根據(jù)客戶的最新要求作出相應(yīng)變化以滿足其需要。

程序的概述

IMS系列伺服控制器的專用程序QMCL

QMCL:由“QuickMotionControlLanguage”的首字母組成。是時(shí)光科技有限公司開(kāi)發(fā)的專用于IMS系列伺服控制器的電機(jī)快速運(yùn)動(dòng)控制語(yǔ)言。IMS系列伺服控制器必須運(yùn)行「QMCL」程序，才能控制被控電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)

QMCL（QuickMotionControlLanguage）是用于時(shí)光科技有限公司的IMS系列交流異步電動(dòng)機(jī)伺服控制的快速運(yùn)動(dòng)控制語(yǔ)言，該語(yǔ)言分為：語(yǔ)言代碼和中間代碼。通過(guò)QMCL可以編寫(xiě)在IMS系列交流異步電動(dòng)機(jī)伺服控制器上運(yùn)行的電機(jī)控制程序，方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制的方案。

使用語(yǔ)言代碼編寫(xiě)伺服控制程序時(shí)，需要采用公司提供的PC版QMCL編譯程序（ForWindows95/98/2000）將語(yǔ)言代碼編譯成中間代碼，然后通過(guò)串行口將中間代碼程序傳送到控制器的RAM中，或使用專用寫(xiě)入器（RW-A）將中間代碼程序固化到控制器的ROM中。使用中間代碼編寫(xiě)的程序，可以方便地通過(guò)鍵盤(pán)，直接鍵入到控制器RAM中。

技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）應(yīng)用IMS系列伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)精確的速度控制和準(zhǔn)確的位置控制，其控制精度比目前其它系統(tǒng)提高一個(gè)數(shù)量級(jí)；

（2）能實(shí)現(xiàn)智能控制，保證操作者的安全；

（3）可按照電動(dòng)執(zhí)行器的工作原理編制多種功能的程序（如角行程直行程），提高了電動(dòng)執(zhí)行器的工作性能；

（4）采用單一機(jī)械傳動(dòng)方式，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、噪聲降低；

（5）全部采用軟件編程，全數(shù)字化控制方式使系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠、功能齊全；

（6）這樣可以省略位置傳感器，經(jīng)濟(jì)性較好；

（7）采用32位專用CPU對(duì)電機(jī)進(jìn)行全數(shù)字化控制，通信性強(qiáng)；

（8）可以自成控制體系，當(dāng)作PLC使用。

結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)閥門(mén)電動(dòng)器由IMS系列伺服控制器、交流異步伺服電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)等多種應(yīng)用工程技術(shù)綜合而成，實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門(mén)開(kāi)度的控制、反饋與調(diào)節(jié)，并做到精確無(wú)誤定位。其中重點(diǎn)在于閥門(mén)的精確反饋和執(zhí)行機(jī)械設(shè)計(jì)的運(yùn)行，是機(jī)電一體化綜合設(shè)計(jì)中的難題，要求機(jī)械結(jié)構(gòu)安全、可靠、系列化、行業(yè)普及、適用性強(qiáng)，電控部份要求高振動(dòng)、高磁等干擾環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)采用伺服半閉環(huán)——閉環(huán)控制、兼顧獨(dú)立運(yùn)行模式。通過(guò)伺服控制器控制交流異步電機(jī)，從而達(dá)到控制閥門(mén)的目的。