LonWorks智能电动阀门控制系统及组态功能设计
Solidworks阀门设计.doc
1分析过程1.1建模设计Solidworks提供功能强大的基于特征的实体建模功能，通过拉伸、旋转、薄壁有：阀体、上盖、心轴、轴承衬套、偏心凸轮、轴承、平键、螺钉、管接头一、调特征、扫描、抽壳、圆角、特征阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。
气压阀压螺帽、钢珠、弹簧座、调压弹簧、O型环一、外盖、活塞杆、O型环二、弹簧塞杆、弹簧、调压螺帽、螺塞、管接头二，共有22个零件，以下是主要零件造型的过程。
对于气压调压阀的具体建模设计过程如下：(1)打开Solidworks2010，新建零件1阀体，在基准面中新建草图，依次给予拉伸、旋转除料、倒角、阵列、创建螺纹线、创建基准面及草图，扫描切除、圆角等特征，具体建模尺寸参照建模/机构/结构综合实训教程书，三维建模过程依次如图1所示。
图1(2)新建零件2心轴，在基准面中创建草图后给予旋转增料特征，再创建草图、后给予旋转除料及倒角特征，最后创建草图后拉伸除料，三维建模过程如图2所示。
图2 心轴的建模SolidWorks 提供了生成完整的、车间认可的详细工程图的工具。
工程图是全相关的，当你修改图纸时，三维模型、各个视图、装配体都会自动更新。
从三维模型中自动产生工程图，包括视图、尺寸和标注。
增强了的详图操作和剖视图，包括生成剖中剖视图、部件的图层支持、熟悉的二维草图功能、以及详图中的属性管理员。
使用RapidDraft技术，可以将工程图与三维零件和装配体脱离，进行单独操作，以加快工程图的操作，但保持与三维零件和装配体的全相关。
用交替位置显示视图能够方便地显示零部件的不同的位置，以便了解运动的顺序。
交替位置显示视图是专门为具有运动关系的装配体而设计的独特的工程图功能。
SolidWorks 才提供了一整套完整的动态界面和鼠标拖动控制。
“全动感的”的用户界面减少设计步骤，减少了多余的对话框，从而避免了界面的零乱。
(3)新建零件3上盖，在基准面中创建草图后给予旋转增料特征，后添加倒角特征并给予拉伸除料特征后圆周阵列;同理构建零件4轴承衬套及零件5偏心凸轮模型如图3所示。
第6章 Lonworks 智能控制网络
Lonworks 使用的开放式通信协议LonTalk为设备之间交换控制 状态信息建立了一个通用的标准。LonTalk协议最大的特点是对 OSI的七层协议的支持，是直接面向对象的网络协议。 神经元芯片(Neuron chip)：是LonWorks技术的核心，它不仅是 LON总线的通信处理器，同时也可作为采集和控制的通用处理 器， LonWorks技术中所有关于网络的操作实际上都是通过它实现的。
差分
RX+(in) RX-(out) TX+(out) TX-(out) Cdet(in)
单调
RX(in) TX(out) TX Enable(out) Sleep(out) Cdet(in)
专用模式
RX(in) TX(out) Bit Clock(out) Sleep(out) or Wake Up (in) Frame Clock(out)
CPU结构
Neuron芯片内有三个处理器： MAC处理器：完成介质访问控制（1、2层），包括驱 动通信子系统硬件和执行MAC算法。 网络处理器：完成协议的3－6层，包括处理网络变 量、寻址、认证、后台诊断、软件定时器、网络管 理和路由等；同时，还控制网络通信端口，物理地 址发送和接收数据包。 应用处理器：完成用户的编程（7层），包括用户编 写的代码以及用户程序对操作系统的服务调用等。 CPU分别同时独立工作，通过缓冲器进行通信。
IO_1 input bit io_switch_1; //变量定 义 unsigned int switch_on_off;
阀门电动执行器控制模块设计
阀门电动执行器控制模块设计一、设计目的和要求电气控制技术综合实践是电气工程及其自动化专业学生在所有专业课结束时进行的一次课程设计,是一个综合运用专业知识的过程。
其目的在于全面检验学生对专业基础课和专业课知识的掌握情况，提高知识综合运用能力和动手实践能力。
设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计、控制软件的设计、系统调试、性能测试等方面的要求，以便使学生掌握电气控制系统设计的总体思路和方法。
二、设计内容及步骤1 任务提出电动执行器是工业过程控制中的重要设备,它接收来自调节器的模拟信号（一般是4~20mA 电流信号）或上位机的数字信号, 将其转换为电动执行器相对应的机械位移（转角、直线或多转）并自动改变操作变量（调节阀、风门、挡板开度等），以达到对被调参数（温度、压力、流量、液位等）进行自动调节的目的，使生产过程按预定要求进行。
本课题要求设计一个阀门电动执行器控制模块。
1．1 对象参数：（1）电动机为单相异步电动机，额定功率10W，额定电流0.16A，外接电容CBB61、1.5uF500V。
（2）电源：220V±10%，50Hz。
（3）环境温度：-25~80℃。
（4）环境湿度：≤95%RH。
1．2 基本功能要求：（1）输入4~20mA或1~5V控制信号，相应阀门开度在0~100%之间变化。
（2）输入信号失效，位置保持原位。
（3）可就地手动操作。
（4）死区可以调整。
1．3 扩展功能要求（选做）（1）过力矩保护。
（2）行程限位保护。
（3）定位误差：≤1%。
（4）灵敏度：0.025%（1/4096）。
三、阀门电动执行器控制模块工作原理电动执行器主要由控制器、电机和减速器三部分组成，由上位调节装置给出的1~5V电压信号Us，减速器输出的直线位移信号x（或角位移信号θ）经位置检测装置后形成位置反馈信号Uf，这两个信号经比较和放大后控制电机的运转，电机带动减速机构产生相应的直线位移或转角位移。
智能阀门设计与控制方法分析
智能阀门设计与控制方法分析摘要：阀门作为管道系统中的控制元件，其应用领域非常广泛，而且其结构、性能、用途等也在不断的发生变化。
智能阀门就是根据对阀门的性能、状态、故障等进行分析，并实现对阀门控制过程的智能化。
智能阀门具有一定的智能控制能力，能自动调节管道流量、压力等参数，满足工艺要求。
同时，在生产过程中能有效降低能源消耗，提高经济效益。
此外，在智能阀门设计过程中还需要考虑到其成本问题。
关键词：智能阀门；设计；控制方法；分析智能阀门是一个由电子部件和机械部件组成的复杂系统。
电子部件包括：传感器、执行器、控制器等。
机械部件包括：阀体、阀芯、密封面等。
阀门是工业生产过程中重要的一种控制元件，其控制质量将直接影响到整个工业生产过程的运行效率及产品质量。
因此，在阀门设计与控制过程中必须对其进行智能化改造，以提高其自动化水平和工作效率。
智能阀门是通过对阀门进行智能化设计与控制来提高其自动化水平和工作效率的。
1、电子部件概述智能阀门包括：电子部件、执行机构、控制系统等几部分构成。
其中，传感器是智能阀门中最重要的部件，它对阀门的性能和状态起着至关重要的作用，能将阀门的状态转变成电信号传递给执行机构，根据这些电信号来进行动作。
传感器包括：压力、流量、温度等。
执行器是智能阀门中重要的部件，它是控制系统与阀门之间的“桥梁”。
执行器可以根据所接收到的信号来改变自身的动作，从而使阀门达到相应的操作目的。
执行器作为智能阀门中重要的部件，其性能直接影响到智能阀门在整个系统中的作用。
在实际应用过程中，通常会将执行器设计成具有多种功能的部件，以满足不同情况下的控制需求。
控制器是智能阀门中重要的部件，它是通过对控制系统发出指令来控制执行机构动作的，它能根据不同情况来控制执行器实现对阀门开度和流量等参数进行调节。
控制器通常包括：上位机系统、下位机系统以及传感器三部分组成。
在智能阀门中，传感器是非常重要且必不可少的部件之一，它直接决定了智能阀门是否能正常运行。
智能电动调节阀的使用
未来智能电动调节阀将逐步实现标准化和互操作性，方便不同厂商之 间的设备互通和集成。
绿色环保与可持续发展
随着环保意识的不断提高，未来智能电动调节阀将更加注重绿色环保 和可持续发展，减少对环境的影响。
技术创新与改进
传感器与控制算法优化
通过改进传感器技术和优化控制算法，提高智能电动调节阀的响 应速度和调节精度。
调试与校准
对调节阀进行调试和校准，确保其性能参数 符合工艺要求。
注意事项
安装环境
确保调节阀安装在干燥、无尘、无腐 蚀的环境中，避免影响其性能和使用 寿命。
定期维护
定期对调节阀进行检查和维护，确保 其正常运行和使用效果。
操作培训
对操作人员进行培训，使其熟悉调节 阀的操作和维护要求，避免误操作和 损坏。
要点二
详细描述
在流体控制工程中，智能电动调节阀具有高效、稳定和可 靠的性能特点。
流体控制工程中，需要对流体介质进行精确的调节和控制 ，以满足工艺要求。智能电动调节阀作为一种先进的控制 元件，能够快速、准确地调节阀门的开度，实现流量的自 动化控制。在流体控制工程中，智能电动调节阀具有高效 、稳定和可靠的性能特点，能够提高系统的自动化程度， 降低维护成本，并保证生产的安全和稳定。
05
智能电动调节阀的优势与未来发展
优势分析
高效节能 智能电动调节阀能够根据实际需 求自动调节流量，有效降低能源 消耗，提高能源利用效率。
安全性高 智能电动调节阀具备过流保护、 过压保护、缺相保护等多重安全 保护功能，有效保障设备和人身 安全。
精确控制
智能电动调节阀采用先进的传感 器和控制系统，能够实现精确的 流量控制，提高生产过程的稳定 性和产品质量。
第5讲 LonWorks智能控制网络
Beijing Institute of Technology
概述
LonWorks智能控制网络
5.2.2 神经元芯片TMP3150B1AF—CPU结构
分为 MAC处理器、网络处理器和应用处理器
MAC处理器完成介质访 问控制，处于OSI第1、 2层，包括驱动通信子 系统硬件和执行MAC算 法； 网络处理器完成 LonTalk协议第3-6层， 包括处理网络变量、寻 址、认证、后台诊断、 软件定时器、网络管理 和路由等； 应用处理器完成用户的 编程，包括用户编写的 代码以及用户程序对操 作系统的服务调用等。
CP0-CP4: 双向通信端口
Beijing Institute of Technology 29
神经元芯片
LonWorks智能控制网络
5.2.1 概述—内部结构
主要性能特点 ： 高度集成 、所需外部 器件较少；
EEPROM
RAM
CPU1
CPU2
CPU3
内有三个CPU； 11个可编程I/O口引 脚可设置为34种预编程 工作方式；
Vdd电源抖动时确保电源稳定后Neuron芯片的 恢复；
对程序出错（如跑飞或死循环）时确保程序的 恢复；
Vdd掉电时确保正常关机。
Beijing Institute of Technology 33
神经元芯片
LonWorks智能控制网络
5.2.2 神经元芯片TMP3150B1AF—复位
RESET:复位引脚(低态有效)； SERVICE: 服务引脚，工作期 间指示灯输出； IO0-IO3: 通用I/O端口； IO4-IO7: 通用I/O端口； IO8-IO10: 通用I/O端口； D0-D7: 数据总线； R/W: 读写控制；
信息技术的阀门智能控制系统的设计和分析
信息技术的阀门智能控制系统的设计和分析摘要：工业向着智能化方向发展过程中，阀门控制系统并不是单纯局限机械手动阀门，对于机械手动阀门来讲，控制工作效率不高，并且安全性相对较差，不能展开智能操作。
在科技不断发展过程中，阀门智能控制逐渐将机械阀门控制渠道。
在进行阀门智能控制过程中，应注重对智能控制系统的设计运用，需保证其可以展开自动、手动切换，对故障做出判断，抗干扰性较强，能实现远程操作。
关键词：信息技术；智能控制系统；设计和分析信息技术不断发展中，广泛运用在各行业，阀门针对智能控制系统进行设计过程中，应加强对信息技术的运用，系统中可以将控制器作为基本核心，使阀门控制、检测、调节、执行进行组装，形成一体化结构。
系统在运行中，结合反馈机制，将控制、反馈信号之间展开对比，确保门阀控制的智能性[1]。
一、结合信息技术设计的阀门方面智能控制系统本研究当中，阀门方面智能控制系统，可以使控制、执行机体之间进行组合，结合控制系统将直接控制电机以及远程控制信号自动启动，能够使远程信号控制实现自动操作，也能展开现场控制操作，在操作结束以后，将获得的操作结果向上位机上传，判断操作结果，进而将反馈信号发送出来，优化阀门智能控制。
（一）硬件设计在进行硬件设计过程中，主要涉及到单元控制器、CAN通信接口以及控制器节点。
结合微控制器技术，展开阀门智能控制以及数字控制，通过CAN总线技术，建立两级总线系统，进而实施阀门远程控制以及集中控制。
系统当中运用的为CAN收发器与控制器之间进行结合通信接口，促进智能控制器与单元控制器开展节点通信，对于控制器来讲，型号为SJA1000，对于收发器来讲，型号为PCA82C250，可以实现对信号的快速发送以及接受，在微处理器方面，结合的为AT89C52单片机，并且在模块中，通过光电隔离电路运用，防止总线对系统产生干扰与影响。
就单元控制器来件，其在模块中使用了CPU框架，框架为两个。
在一级CPU当中，包含两个CAN接口，连接通信系统，并且和一、二级总线之间连接，其中两个总线进行传播时，速率可以存在差异。
基于Lonworks的智能楼宇控制器功能和技术参数设计
Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术本栏目责任编辑：唐一东人工智能及识别技术第7卷第21期(2011年7月)E-mail:eduf@ Tel:+86-551-56909635690964ISSN 1009-3044Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术Vol.7,No.21,July 2011.基于Lonworks 的智能楼宇控制器功能和技术参数设计陈涛（安徽讯飞智元信息科技有限公司，安徽合肥230088）摘要：随着经济和建筑业的发展，楼宇智能化的需求不断增长，传统集散型的控制系统不能适应复杂大型楼宇的智能化要求，为了解决这个问题，实现复杂大型楼宇各子系统的组合式集成，对智能楼宇和Lonworks 总线技术进行研究的基础上，给出了基于Lonworks 总线技术的智能楼宇控制器的功能和技术参数，为最终开发出基于Lonworks 总线技术的智能楼宇控制系统提供一定的基础。
关键词：智能楼宇；现场总线；lonworks ；控制器；5A 系统中图分类号：TP334文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2011)21-5192-02Design of Functions and Technical Parameters of Intelligent Building Controller Based on Lonworks TechnologyCHEN Tao(Xunfei Zhiyuan Inforfamiton and Technology Limited Enterprise,Hefei 230088,China)Abstract:With the development of the economy and construction industry,the necessity of building intelligence has increased,which is hard for the traditional distribution system to deal with.In order to solve this problem and to integrate each subsystem of the complicated building,firstly,the research on intelligent building and lonworks technology has been caught,secondly,functions and technical parameters of intelligent building controller based on lonworks technology have been designed,which will lay the foundation for the design and real -ization of intelligent building control system based on lonworks technology.Key words ：intelligent building;field bus;lonworks;controller;5A system经济发展的推动了现代建筑业的高速发展，而计算机和通信技术的进步则促进了现代建筑业朝着智能化的方向快速发展。
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文章编号:1002 5855(2008)02 0043 03
作者简介:陈静静(1984-),女,硕士研究生在读,从事计算机测量与控制的研究。
LonWorks 智能电动阀门控制系统及组态功能设计
陈静静,王金全,唐友怀,马如坡
(解放军理工大学工程兵工程学院,江苏南京210007)
摘要 介绍了LonWorks 智能电动阀门控制系统的框架及主要功能,阐述了系统的结构及功能设计,在设计中采用NodeBuilder 开发下位机智能节点、VB 开发上位机界面、LNS DDE Serv
er 实现智能节点与上位机的通信,该系统有利于工程管路中电动阀门的智能化联动控制。
关键词 LonWorks;电动阀门;V B;LN S DDE Server 中图分类号:TH134 文献标识码:A
The intelligent electric valve control system based on LonWorks
technology and the design of configuration fu nction
CHEN Jing Jing,WANG jin quan,TANG You huai,MA Ru po
(Eng ineering Institute of Eng ineering Corps,P LA U niv.of Sci.&T ech.,N anjing 210007,China)
Abstract:The frame and main function of the intelligent electric valve control system based on Lon Works technology are introduced in the paper.Besides,the structure and the function design of real izing the system are described.T he NodeBuilder is used to develop the dow nw ard intelligent node w hile VB is to develop the upw ard interface and the LNS DDE Server is to achieve the communication between them.It is meaningful to apply this technolog y into the intellig ent associated control of the electric valve in the pipeline project.
Key words:LonWorks;electric valve;VB;LNS DDE Server 1 概述
LonWorks 技术是美国Echelon 公司于20世纪90年代初推出的一种现场总线技术,该技术提供了一个开放系统设计平台,使得不同厂家的产品在Lon 网络上都可以实现无缝的互操作。
LonTalk 协议是LonWorks 系统的基本因素,它固化于神经元芯片中,遵守OSI/ISO 的七层模型,支持多种传输介质和多种传输速度,其地址设置方法提供了巨大的寻址能力和可靠的通信服务,保证了数据传输可靠。
LonWorks 网络结构可随机变化,支持总线型、环型、星型和复合型,而且各种网络拓扑结构可以在线动态重组。
LonWorks 技术开放性、互操作性、高可靠性和灵活的拓扑方式等特有的优良性能满足了工程中大量分散电动阀门组态控制的需要。
2 控制系统
LonWorks 智能电动阀门控制系统主要由监控主机、LonWorks 智能电动阀门和USB 网络接口卡等组成。
监控主机由一台或多台工控机组成,安装LonWorks 网络管理软件(LNS DDE Server )和监控软件。
监控主机通过LonWorks 网络对下位节点进行监控。
上位机监控界面由电动阀门、控制按钮和组态控制表等组成,主要功能有通过网络读取电动阀门运行状态、向电动阀门写开/关/停控制状态、网络组态和网络调试和配置。
LonWorks 智能电动执行机构(图1)可通过各自的就地控制按钮实现自身的开、关和停控制,并能实时地向上位机传递运行状态信息,同时通过 远方/就地 切换按钮可实现远程控制和就地操作的切换。
图1 系统框架结构
3 结构
LonWorks 智能电动阀门控制系统智能节点的硬件部分由存储器扩展电路、CPLD 逻辑控制电路、I/O 接口电路、时钟电路、复位电路、就地操作模块和电源模块等(图2)组成。
神经元芯片FT3150是LonWorks 技术的核心器件,集通信、控制、调度和I/O
支持为一体。
图2 智能节点硬件结构
CPLD 逻辑控制电路芯片为XC9536,通过VHDL 语言编程,实现对所有存储器操作的片选信号和读写控制信号的产生及复位信号的逻辑处理。
下位机节点使用Neuron C 语言进行编程,各智能节点的输入输出和内部的各种参数及状态特征值等都以网络变量的形式进行传输,经编译烧录到节点的FLASH 存储器中,智能节点间可互相通信,协同完成复杂的控制任务。
4 工作原理
LonWorks 智能电动阀门控制系统采用一台PC 机作为上位监控主机,上位机界面采用VB 6 0开发。
监控机通过LNS DDE Server 实现下位设备与上位主机的动态数据交换,从现场网络采集信息,并把控制命令发送到前端的控制节点上,实现对现场的监视控制和管理。
关键技术有上位机与智能节
点的通信、单台监控的实现、多台组态联动控制的
实现。
(1)上位机与智能节点的通信 DDE (Dy namic Data Exchange)具有连接控制网络与监控软
件的作用,它允许在两个Windows 应用程序之间通过相互传递DDE 消息进行会话,从而完成数据的请求、应答和传输。
DDE 会话由应用程序、主题和项目决定(图3)。
图3 LonWorks 网络中的DDE 通信
(2)单台监控的实现 通过LNS DDE 传递上位机控制命令及下位机状态信息,改变网络变量的值,实现对单台电动执行机构的控制(图4)。
图4 单台控制软件流程
(3)多台组态联动控制的实现 采用动态表格的方式实现多台电动执行机构的组态联动控制,可以根据需要实现任意2~5台电动阀门的组态,可以选择电动阀门的开/关/停状态及设定延时时间(延时时间为后一台阀门在前一台阀门动作后的延时动作时间),并采用timer 控件实现延时时间的倒计时,计时到零下一台阀门动作(图5)。
图5 多台组态控制软件流程
5 结语
LonWorks智能电动阀门不需要阀门控制箱和智能化控制箱,布线方便,采用多样的控制方式(手动方式、机身就地操作按钮方式和LonWorks 网络远程控制方式),扩展的端口可以控制风机、水泵等其他设备,为工程管路系统实现系统智能化创造了条件。
参考文献
∀1# 马莉.智能控制与Lon网络开发技术∀M#.北京:北京航空航天大学出版社,2003.
∀2# 神经元芯片Neuron Chip TM PN3150/3120数据手册∀Z#.
株式会社东芝半导体公司,2000.
∀3# 张树兵,戴红,等.Vi sual Basic6 0中文版入门与提高∀M#.北京:清华大学出版社,1999.
(收稿日期:2007 11 11)
(上接第26页)
缝平均冲击吸收功约为80J/cm2,上述指标均在C12A标准规定范围内(表3)。
表3 铸件C12A机械性能
R m/M Pa R eL/M Pa A/% /%
585~760∃415∃20∃45
6 结语
通过焊接工艺试验评定,确定了C12A补焊及热处理工艺参数,取得了满意的结果。
目前,采用铸钢C12A生产的此类阀门已应用到国内多家大型电厂,取得了良好效果。
参考文献
∀1# 吴非文.T91、P91钢的性能及其使用前景∀Z#.西安:西安热工研究所,1991.
∀2# 周振丰,张文钺.焊接冶金与金属焊接性(第2版)∀M#.
北京:机械工业出版社,1992.
∀3# ASM E-2004第%卷A篇,铁基材料∀S#.
∀4# ASM E-2004第%卷C篇,焊丝、焊条及填充金属∀S#.
(收稿日期:2007 12 08)。