1 電動執行機構的工作原理
                                  
    在傳統的模擬控制方式中用時間、電流的大小來表示閥門的開啟角度。由于影響時間、電流（電壓）等參數的因素很多，因此顯示的開啟角度與閥門的實際位置不易達到同步，經常出現明顯的誤差。同時，簡單的模擬量控制提供的信息極為有限，不利于系統的調試和檢修。筆者設計的智能型控制系統采用數字化的方法來控制電動執行機構運行。其智能控制器系統構成如圖1所示。

                                                          圖1 系統框圖
                                  
    該電動執行器是以單片機8031為核心組成智能化的位置控制單元，位置傳感器檢測到閥門的位置信號，經A/D轉換后送入單片機，運算處理后產生的控制信號通過8255A控制PWM波發生器，驅動電機。同時單片機將處理后的數據送至顯示單元顯示調節結果。此外，系統還帶通訊功能，可以接收上位機的指令，進行遠程數字控制，也可以通過該電動執行機構的人機界面實現現場手動控制。將位置反饋信號與模擬給定信號轉換成數字信號，用軟件判斷閥位故障（堵轉，超限），進行故障處理（報警或停機），采用LOC210光電隔離將單片機系統與電機驅動電路隔離開來，達到抗干擾的目的。

2 系統硬件組成
                                  
     根據智能化、可靠性高、抗干擾能力強、成本低等原則，該電動執行器從結構上主要分為控制部分和執行驅動部分?？刂撇糠种饕奢斎胼敵鐾ǖ馈纹瑱C、PWM波發生器、A/D、D/A轉換模塊等組成。執行驅動部分主要包括三相伺服電機、位置傳感器和減速器。
     控制系統各功能元件的選型與設計如下：
    （1）單片機
    采用INTEL公司的8031單片機，它借助并行I/O接口—8255A，對該控制系統的信號進行處理，主要包括：處理通過模擬輸入口接收的電流、電壓、位置等檢測信號；接收系統對閥門開關量（閥門開啟、關閉及開度等）的設定信號，并提供三相PWM波發生器所需要的控制信號；提供顯示電動執行機構的工作狀態信號；執行控制系統傳來的控制信號，向控制系統反饋信號。
    （2）人機界面
    為了實現人機對話功能，同時由于液晶顯示器（LCD）具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等優點，本電動執行器選用MGLS12832液晶顯示模塊組成顯示電路。采用組態顯示方式，通過菜單選擇，可分別對閥門、限位、電機、通訊和參數等進行設置或調試。并采用文字和圖形相結合的方式，顯示直觀、清晰。
    （3）光電隔離電路
    在工業現場使用時，涉及到各種儀器儀表，會由于各種原因引入信號干擾以及各種危險的強電壓信號。一旦系統受到干擾，程序指針發生錯誤，將會造成程序執行的混亂或進入死循環，系統無法正常運行，嚴重時可能損壞系統硬件。為了保證系統的安全，保證檢測的正確性和運行的可靠性，本執行器采用光耦LOC210對輸入輸出信號進行隔離，如圖2所示。

                                                                  圖2 光電隔離電路
    （4）三相PWM波發生器
    PWM控制技術是通過控制電路按一定規律來控制開關管的通斷，以得到一組等幅而不等寬的矩形脈沖波形并使其逼近正弦電壓波形。PWM波的產生方法通常有模擬法和數字法兩種。模擬法電路復雜，有溫漂現象，精度低，不能保證系統的性能。數字法是按照不同的數字模型用計算機算出各切換點，并存入內存，然后通過查表及必要的計算產生PWM波，這種方法占用的內存較大，難以保證系統的精度。為了保證本系統具有良好的性能，本電動執行器選用MITEL公司生產的全數字化三相PWM發生器SA8282。該芯片內部包含了波形、頻率、幅值等控制信息，而且它的頻率范圍寬、精度高，具有獨立的標準微處理器接口，同時能夠完成外圍控制功能，可方便實現智能化。
    （5）位置檢測反饋電路
    位置檢測反饋電路是執行機構的重要組成部分，它的功能是提供準確的閥位信號，并將信號反饋給單片機。關鍵是位置傳感器的選型。常見的位置傳感器有：繞線電位器、差動變壓器、導電塑料電位器、脈沖數字式傳感器等。其中脈沖數字式傳感器無觸點，且具有高精度、高穩定性、無線性區限制、無溫度限制等優點。故本電動執行器采用脈沖數字式傳感器。
    （6）A/D轉換器
    A/D轉換器是整個系統的重要組成部分，它將模擬量轉換為數字量，為計算機進行數字處理提供數據，A/D轉換的精度直接關系整個測量系統的測量準確度。本設計采用分辨率為8位的ADC0809逐次逼近式轉換器，其分辨率為1LSB（最低有效位值）。
    （7）通訊接口
    本執行器選用MAXIM公司生產的MAX232作為系統的串行通訊接口。MAX232包含兩路驅動器和接收器的RS-232轉換芯片，能完成TTL與EIA之間的雙向電平轉換，可以把8031串行口輸出的TTL電平轉換為RS-232標準電平，把其他微機送來的RS-232標準電平轉換成TTL電平給8031，實現單片機與上位機的遠程通訊，從而可進行遠程設定運行方式及運行狀態。
    （8）時鐘電路
    時鐘電路主要用來提供采樣、控制周期和速度計算所需要的時間以及日期。本執行器選用Dallas公司的串行接口實時時鐘芯片DS12887，其內部有128字節RAM單元與軟件接口，其中14字節作為時鐘和控制單元，114字節為通用RAM，可用來存入需長期保存的數據，所有RAM單元數據都具有掉電保護功能。
    （9）看門狗
     執行器在工業現場使用時，會由于各種原因引入信號干擾。為了保證在強干擾下本執行器能自動地恢復正常，選用由MAX705、“或非”門及微分電路組成的電路來監視程序運行。
     3 軟件設計
                                  
    本系統程序流程圖如圖3所示。首先，對系統的初始化，包括對硬件和變量的初始化，并進行鍵盤掃描。然后，程序判斷全局變量Flag，若Flag=0，則程序終止運行，跳轉到程序的末尾復位看門狗，隨后再跳轉到程序的前面，判斷Flag標志，循環執行；若Flag≠0，則執行程序主循環，再復位看門狗。這樣，通過設定Flag變量來控制程序的執行。

                                                          圖3 程序流程圖
    該系統的功能包括：確定閥位和閥位狀態、閥位和閥位狀態的顯示、閥位控制輸出、判斷閥是否堵轉以避免電機過熱而保護電機。在閥位控制輸出上，采用以控制電機正反轉的時間來控制閥位，將A/D采樣的周期控制的非常短，如15ms，甚至更短。以這樣的周期來控制電機的動作，在要求的閥位0.5%精度范圍以內，保持電機不動作，以保證閥位控制的準確性以及避免閥位來回震動。
    在程序內部，給每一個子程序分配一個全局變量