基于CPLD的电动阀门驱动装置控制器设计(2)

　　换相综合单元：根据无刷直流电机的霍尔逻辑信号，产生无刷直流电机三相六状态120°的工作方式。

　　阀门运行状态识别单元：根据外部给定信号KF(开启阀门信号输入，上升沿脉冲有效)、GF(关闭阀门信号输入，上升沿脉冲有效)、KD(阀门开启到位信号输入，高电平有效)、GD(阀门关闭到位信号输入，高电平有效)和KS(阀门开启到位锁定信号输入，高电平有效)等辨识阀门的运行状态。

　　PWM信号输入处理单元：接收SG3525的两路PWM脉冲信号，并对两路信号进行处理，产生内部使用的PWM控制周期信号。MPWM1和MPWM2为电机M对应的PWM信号输入;NPWM1和NPWM2为电机N对应的PWM信号输入。

　　/MFLT，电机M系统存在故障时的故障信号输入，低电平有效。

　　/NFLT，电机N系统存在故障时的故障信号输入，低电平有效。

　　逆变器脉冲信号生成器：根据无刷直流电机的调制控制策略和阀门运行状态等，生成调制时的开关控制信号。HPWM_LON、HON_LPWM、PWM_ON、ON_PWM、HPWM_LPWM为五种无刷直流电机常用的PWM调制方式。HPWM_LON方式指上桥臂各功率器件在导通的120°进行PWM调制，下桥臂各功率器件在导通的120°保持恒通;HON_LPWM方式指下桥臂各功率器件在导通的120°进行PWM调制，上桥臂各功率器件在导通的120°保持恒通;PWM_ON方式指各功率器件在导通的前60°进行PWM调制，后60°保持恒通;ON_PWM方式指各功率器件在导通的前60°恒通，后60°进行PWM调制;HPWM_LPWM方式指上下桥臂各功率器件在导通的120°里同时进行PWM调制。本设计中采用调制方式。

　　MHA、MHB和MHC为电机M的转子位置信号，MT1、MT2、MT3、MT4、MT5、MT6为电机M对应逆变器的控制信号;NHA、NHB和NHC为电机N的转子位置信号，NT1、NT2、NT3、NT4、NT5、NT6为电机N对应逆变器的控制信号。

3、仿真分析

　　在MAX+PLUSÒ环境下进行了仿真，仿真波形如图4所示。

图4 仿真波形

　　由图可知，当开阀信号KF有效且各电机无故障时，电机M的驱动信号按MT1_MT2、MT2_MT3、，，MT5_MT6、MT6_MT1的顺序依次送出，并且按调制运行，所以电机M将在该驱动信号的作用下正向转动，实现开启阀门的动作。当阀门开启到位后，开启到位光电开关送出有效电平，即KD变为高电平，此时由图可见，电机M继续旋转，同时电机N也正向旋转，开始了阀门阀芯的锁定过程。当阀门开启锁定后，KS变为高电平，电机M和N同时停车，从而完成了开启阀门过程。

　　当关阀信号GF有效且各电机无故障时，电机M保持停车状态，电机N开始反向旋转，开始了阀门的关阀过程。电机N反向转动，释放阀门的锁定状态，阀芯在反力的作用下完成关阀动作。阀门关闭到位后，GD信号变为高电平，电机N停止反向旋转，完成阀门关闭过程。

　　上述仿真结果和动作原理完全一致，表明设计正确。在MAX+PLUSÒ环境下对器件下载程序，现场验证了阀门驱动器的功能。

4、结论

　　利用CPLD和SG3525设计了阀门动力装置的无刷直流电机控制器。使用MAX+PLUSÒ对CPLD所实现的控制功能和阀门状态进行了仿真，软件仿真和试验表明在阀门动力装置中采用CPLD作为逻辑处理单元，简化了系统结构、软件和硬件设计，提高了动力驱动系统的整体性能，并且降低了成本，提升了阀门的可靠性，通过扩展，可实现阀门的远程控制、防水击等功能，尤其适用于石油化工、油气储运等行业要求。