基于PIC16F877A的智能电动执行机构的原理研析

　　1 引言

　　电动执行机构是过程控制系统中基本的的现场驱动装置，广泛用于电力、冶金、石油、化工等工业部门的自动控制领域。国际上，电动执行机构正朝着总线化网络化、智能化、一体化发展。国产dkj型电动执行机构，其控制方式比较落后，而国外智能电动执行机构，控制性能较好，但价格昂贵，因此如何研究设计与现场生产匹配的智能电动执行机构，实现远程监控，提高电动执行机构的控制精度，拓宽使用环境，缩小同国际水平的差距，是目前过程控制自动化研究的热点。本项目设 计的由价格低廉的单片机控制的智能电动执行机构，运用了先进的控制算法，提高了控制精度，实现了机电一体化。

　　2 电动执行机构的工作原理

　　电动执行机构的工作原理参见图1。其中控制器是电动执行机构的核心，执行信号来自控制仪表的模拟信号或脉冲信号输出，电机使用小功率单相交流伺服电机，它具有响应快，控制精度高，结构简单且价格便宜，维护容易，干扰小的优点，反馈装置的测量元件为位置传感器，反馈装置我们采用高精度、高可靠性、高分辨率 (0.01%)、长寿命导电塑料电位器，通过测量电机的角位移将其转化为电信号或数字信号送给控制器。

　　3 硬件系统设计

　　根据智能化、可靠性高，抗干扰能力强、成本低等原则，控制核心采用8位微处理器pic16f877a[1]，电机控制的主电路采用电力电子技术实现。美国 microchip公司的pic16f877a单片机采用精简指令集哈佛总线结构，具有高速、低功耗、体积小等特点，功能强大，片内集成了上电复位电路、看门狗wdt定时器等，大大简化了电路设计，节省了成本。看门狗wdt定时器用来监视程序的运行状态，一旦cpu由于意外原因偏离正常程序之外，wdt将 强行把cpu复位，使其返回正常程序;自带八路模拟数字转换输入，从湿度控制仪表来的4～20ma电流信号经电阻变为电压信号经端口ra0输入单片机，从 反馈电阻测得阀门位置的电压信号经ra1输入单片机，由内部转换为数字信号，同时阀门的实际位置在液晶显示器上显示;单片机内部的波形发生器产生需要的 pwm脉冲波形，由单片机端口rc2输出，经驱动器放大去控制单相电机。具有的i2c、spi及usart串行接口可方便地实现与其他计算机及单片机的串 行通讯。

　　用固态继电器代替传统的伺服放大器来驱动电机。固态继电器ssr具有开关速度快、寿命长、无火花和拉弧现象等特点。控制电压和负载电压按使用场合可以分成 交流和直流两大类，有dc-ac、dc-dc、ac-ac、ac-dc四种型式，笔者选用dc-ac即直流控交流型。由于电机需要正反转，因此使用两组固态继电器。用rb1、rb2口控制电机正反转，当正转时，rb1端口输出高电平，rb2端口输出低电平，电子开关s接通ssr1，电机正转;反之，则反 转;rb1、rb2端口皆为低电平时，电机停转。利用rb1、rb2的电平实现正反转电子互锁。r、c组成固态继电器的吸收电路，rv为过电压保护电阻， 直流电源为pwm脉冲。电机正反转控制电路如图2所示。