費(fèi)斯托（FESTO電磁閥），F(xiàn)ESTO電磁閥
費(fèi)斯托（Festo）是家的自動(dòng)控制技術(shù)供應(yīng)商,。作為家總部位于德國埃斯林根（Esslingen）市,、面向的獨(dú)立家族企業(yè)，zui近50年來,，F(xiàn)esto依靠在氣體力學(xué)各方面的創(chuàng)新能力和解決問題的能力以及其*的培訓(xùn)和教育項(xiàng)目
FESTO是世界氣動(dòng)*家通過ISO 9001認(rèn)證的企業(yè),。FESTO的品牌包含許多方面,主要表現(xiàn)在智能化和易操作的產(chǎn)品設(shè)計(jì),、使用壽命長的產(chǎn)品、持久的效率優(yōu)化以及化和
兩位五通電磁閥通常與雙作用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)配套使用,，兩位是兩個(gè)位置可控：開-關(guān),，五通是有五個(gè)通道通氣，其中1個(gè)與氣源連接,，兩個(gè)與雙作用氣缸的外部氣室的進(jìn)出氣口連接,，兩個(gè)與內(nèi)部氣室的進(jìn)出氣口接連，具體的工作原理可參照雙作用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作原理,。
    氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的幾種控制方式
    ,、引言
    氣動(dòng)馬達(dá)作為種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在工業(yè)和工業(yè)控制中起著很重要的作用,。氣動(dòng)馬達(dá)使用空氣取代電力和液壓來產(chǎn)生動(dòng)力,，可以實(shí)現(xiàn)無變速，可瞬間啟動(dòng),、停滯和換向，具有自動(dòng)冷卻功能,，無電火花,，可在易燃易爆，如含有化學(xué),、易燃性或揮發(fā)性等物質(zhì)濕熱和多塵的環(huán)境下運(yùn)行,，如礦區(qū)、隧道,、油漆廠,、化學(xué)工廠、石化,、生物科技,、藥廠、晶圓,、半導(dǎo)體,、光纖、兵工廠,、船舶,、養(yǎng)殖等用于驅(qū)動(dòng)，因用空氣作為動(dòng)力,，容易獲得,，用后空氣可以直接排入大氣無污染，壓縮空氣還可以進(jìn)行集中供給和遠(yuǎn)距離控制,。
    二,、氣動(dòng)閥門執(zhí)行器工作原理
    利用壓縮空氣推動(dòng)執(zhí)行器內(nèi)多組組合氣動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng),，傳力給橫梁和內(nèi)曲線軌道的特性，帶動(dòng)空芯主軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),，壓縮空氣氣盤輸各缸,，改變進(jìn)出氣位置以改變主軸旋轉(zhuǎn)方向，根據(jù)負(fù)載（閥門）所需旋轉(zhuǎn)扭矩的要求,，可調(diào)整氣缸組合數(shù)目,，帶動(dòng)負(fù)載（閥門）工作。
    三,、氣動(dòng)閥門執(zhí)行器的控制方式
    由于現(xiàn)在的控制方式和手段越來越多,，在實(shí)際工業(yè)生常和工業(yè)控制中，用來控制氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方法也很多,，常用的有以下幾種,。
    （）基于單片機(jī)開發(fā)的智能顯示儀控制
    智能顯示儀是用來監(jiān)測閥門工作狀態(tài)，并控制閥門執(zhí)行期工作的儀器,，它通過兩路位置傳感器監(jiān)視閥門的工作狀態(tài),，判斷閥門是處于開閥還是關(guān)閥狀態(tài)，通過編程記錄閥門開關(guān)的數(shù)字,，并且有兩路與閥門開度對(duì)應(yīng)的4～20mA輸出及兩足常開常閉輸出觸點(diǎn),。通過這些輸出信號(hào)，控制閥門的開關(guān)動(dòng)作,。根據(jù)系統(tǒng)的要求,，可將智能閥門顯示儀從硬件上分為3部分來設(shè)計(jì)：模擬部分、數(shù)字部分,、按鍵/顯示部分,。

    1、模擬電路部分主要包括電源,、模擬量輸入電路,、模擬量輸出電路三部分。
    電源部分供給整個(gè)電路能量,，包括模擬電路,、數(shù)字電路和顯示的能源供應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)閥門開讀的遠(yuǎn)程控制,，需要將閥門的開度信息傳送給其他的控制儀表,，同時(shí)控制儀表能從遠(yuǎn)方制定閥門為某開度，系統(tǒng)需要1路4～20mA的模擬量輸入信號(hào)和1～2路4～20mA的模擬量輸出信號(hào),。模擬量輸入信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換變成與閥門開度相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)后送給數(shù)字部分的單片機(jī),，在單片機(jī)中對(duì)它進(jìn)行濾波處理后就可以輸出了。閥門的開度信息通過D/A轉(zhuǎn)換后變成模擬信號(hào)輸出,，用來接顯示儀顯示閥門開度或連接其他的控制設(shè)備,。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中,，所有的數(shù)字量數(shù)據(jù)均采用串行的輸入輸出方式，為了節(jié)省芯片資源和空間,，輸入的4～20mA的模擬量在轉(zhuǎn)化為數(shù)字量時(shí),，采用已有的4路DA芯片與單片機(jī)的系統(tǒng)資源相結(jié)合作8位的AD使用。

    2,、數(shù)字電路部分主要包括：單片機(jī),、掉電保護(hù)、兩路監(jiān)測脈沖輸入信號(hào),、兩路常開常閉轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)輸出,。
    在設(shè)計(jì)方案中選用目前普遍使用的51系列單片機(jī)AT89C4051。AT89C4051是款低電壓,、高的CMOS8位微控制器,，它具有4K字節(jié)的可擦除、可重復(fù)編程的只讀閃存,。通過在單芯片內(nèi)復(fù)合個(gè)多功能的8位CPU閃存,，在、指令設(shè)定和引腳上與80C51和80C52*兼容,。
    考慮到在系統(tǒng)掉電或重新啟動(dòng)時(shí),，需要保持前在儀表中設(shè)置的些閥門參數(shù)，而單片機(jī)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器不具備掉電存儲(chǔ)功能,，所以在片外擴(kuò)展了個(gè)具有掉電保存功能的芯片X5045。X5045是種集看門狗,、電源監(jiān)控和串行EEPROM3種功能于身的可編程電路,，這種組合設(shè)計(jì)可以減少電路對(duì)電路板空間的需求，X5045中的看門狗為系統(tǒng)提供了保護(hù),，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)送故障而超過設(shè)定時(shí)間時(shí),，電路中的看門狗將通過RESET信號(hào)向CPU作反應(yīng)。X5045提供了三個(gè)時(shí)間值供用戶選擇使用,。它所具有的電壓監(jiān)控功能還可以保護(hù)系統(tǒng)免受低電壓的影響,，當(dāng)電源電壓降到允許范圍以下時(shí)，系統(tǒng)將復(fù)位,，直到電源電壓返回到穩(wěn)定值為止,。X5045的存儲(chǔ)器與CPU可通過串行通信方式接口。共4069位,，可以按512×8個(gè)字節(jié)來放置數(shù)據(jù),。
    X5045的管腳排列如圖1所示，它共有8個(gè)引腳,，各個(gè)引腳的功能如下：
    CS：電路選擇端,，低電平,；
    SO：串行數(shù)據(jù)輸出端；
    SI：串行數(shù)據(jù)輸入端,；
    SCK：串行時(shí)鐘輸出端,；
    WP：寫保護(hù)輸入端，低電平,；
    RESET：復(fù)位輸出端,；
    Vcc：電源端；
    Vss：接地端,。
    INA為輸入信號(hào),，是由光電傳感器采集到的閥門脈沖信號(hào)（<10mA）。該信號(hào)經(jīng)旁路電容濾波后送入光耦,，轉(zhuǎn)換成了輸出的OUT電壓信號(hào)送入單片機(jī),。輸出的電壓可直接進(jìn)入單片機(jī)的I/O口。在控制中,，要求A,、B兩路脈沖都接收到的時(shí)候，才認(rèn)為是由信號(hào)輸入,，AB為正轉(zhuǎn),，BA為反轉(zhuǎn)。只有路信號(hào)輸入時(shí)不計(jì)數(shù),。
    兩路常開,、常閉轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)輸出。用來連接電磁閥,，通過控制電磁閥的吸合來控制氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作相應(yīng)的開閥或關(guān)閥動(dòng)作,。

    3、顯示部分主要包括：單片機(jī),、4位LED顯示,、3只狀態(tài)指示燈（自動(dòng)、正轉(zhuǎn),、反轉(zhuǎn)）,、3只按鍵（MODE/SET鍵、上鍵,、下鍵）,。
    顯示部分采用AT89C4051單片機(jī)，用來控制4位LED顯示,，且同數(shù)字部分的單片機(jī)進(jìn)行通訊,，還要對(duì)控制儀的模式做相應(yīng)的選擇和控制。顯示儀上設(shè)計(jì)有3只狀態(tài)指示燈用來顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)：正轉(zhuǎn),、反轉(zhuǎn),、自動(dòng),；3只按鍵：MODE/SET鍵、上鍵,、下鍵,，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作模式和些參數(shù)的初始化。這3部分通過接口連接,，構(gòu)成個(gè)完整的控制系統(tǒng),，可以對(duì)些類似氣動(dòng)馬達(dá)等的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。在實(shí)際應(yīng)用中基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)要求的各種指標(biāo),。
    （二）利用PLC來控制的系統(tǒng)
    PLC在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛,，由于本方案是在OMRON的PLC上面作的開發(fā)，所以以O(shè)MRON的PLC來作介紹,。
    硬件組成：1臺(tái)計(jì)算機(jī),，1套PLC（包括CPU，I/O模塊,，ID212,，OC224，AD003模塊）,，2個(gè)繼電器,，2個(gè)電磁閥，1個(gè)氣動(dòng)閥門執(zhí)行器,。
    其組成原理為：由PC機(jī)通過RS-232串口通訊連接OMRON的PLC,，對(duì)PLC進(jìn)行編程和監(jiān)控。PLC的I/O模塊分別接入輸入,、輸出信號(hào),，其中輸入模塊連接到閥門上的兩個(gè)位置傳感器，通過PLC的輸入模塊ID211的指示燈亮的后順序來顯示閥門的開關(guān)狀態(tài),。輸入模塊接收兩路閥門檢測脈沖輸入，即脈沖A與脈沖B,。在運(yùn)行狀態(tài)下,，脈沖A輸入時(shí)指示燈A亮，脈沖B輸入時(shí)指示燈B亮,。輸入順序?yàn)锳B,，表示開閥。輸入順序?yàn)锽A表示關(guān)閥,。閥門檢測脈沖A和B信號(hào)必須部分疊加,，否則不能正常檢測閥門開度。
    通過PLC的輸出模塊OC225控制兩個(gè)繼電器,，繼電器具有兩組常開常閉輸出觸點(diǎn),，1組為開閥輸出觸點(diǎn),，1組為關(guān)閥輸出觸點(diǎn)。開閥時(shí),，當(dāng)閥門開度大于或等于所設(shè)閥門限位值時(shí)開閥輸出觸點(diǎn)動(dòng)作,，閥門開度小于所設(shè)閥門限位值時(shí)開閥輸出觸點(diǎn)動(dòng)作，發(fā)明開度小于所設(shè)閥門限位值時(shí)開閥輸出觸點(diǎn)復(fù)位,。關(guān)閥時(shí),，當(dāng)閥門關(guān)到零位且21s內(nèi)無脈沖輸入時(shí)關(guān)閥輸出觸點(diǎn)動(dòng)作；若21s內(nèi)有脈沖輸入,，則延時(shí)21s關(guān)閥輸出觸點(diǎn)動(dòng)作,。通過繼電器的吸合來控制兩個(gè)電磁閥的開關(guān)，電磁閥打開后,，便可以控制氣動(dòng)閥門執(zhí)行器使得閥門做相應(yīng)的開閥或關(guān)閥動(dòng)作,。同時(shí)接近傳感器把閥門的開關(guān)情況再傳送到PLC中，并同要求的閥門開度作比較,，直到符合要求為止,。
    自動(dòng)歸零與自動(dòng)調(diào)滿：控制系統(tǒng)具有自動(dòng)歸零與自動(dòng)調(diào)滿功能，當(dāng)閥門開度小于歸零范圍值或閥門開度距滿量程小于滿度調(diào)節(jié)范圍值,，且時(shí)間大于或等于所設(shè)值穩(wěn)定時(shí)間值時(shí),，PLC自動(dòng)控制閥門進(jìn)行歸零或自動(dòng)調(diào)滿。
    在實(shí)驗(yàn)中,，由閥門上的位置傳感器計(jì)算閥門的開度,。
    當(dāng)閥門離開A傳感器，后離開B傳感器時(shí),，表示閥門在關(guān)閥,。當(dāng)閥門離開B傳感器，后離開A傳感器時(shí),，表示閥門在開閥,。傳感器接收到的是個(gè)脈沖信號(hào)，通過位置傳感器的采集信號(hào)來記下閥門的開關(guān)狀態(tài),。
    在上位機(jī)中用編程軟件CX-programmer編寫梯形圖,，然后把梯形圖下載到PLC中運(yùn)行，在上位機(jī)的組態(tài)軟件中進(jìn)行控制和監(jiān)控,，閥門開關(guān)量的多少可由組態(tài)軟件界面輸入的圈數(shù)值確定,。組態(tài)界面做好后，開閥,、關(guān)閥,、停止、總開關(guān)等控件的控制和動(dòng)作可以直接在組態(tài)界面中很直觀形象地進(jìn)行操作。

    四,、結(jié)束語
    前面介紹的兩種氣動(dòng)馬達(dá)的控制方法,，已經(jīng)用于些石油化工廠的控制過程，并且實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的要求功能控制,，單片機(jī)開發(fā)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,，控制方便。用PLC開發(fā)的控制系統(tǒng),，初期投資比較大,，但其在穩(wěn)定性和控制精度等方面比起單片機(jī)的開發(fā)系統(tǒng)來說要好些。