国产稀释水阀控制器设计.pdf

48 FL UI D MACHI NERY Vo 1 ． 4 3， No ． 4， 2 01 5 文章编号 1 0 0 5 0 3 2 9 2 0 1 5 0 4 0 0 4 8 0 5 国产稀释水阀控制器设计 王博 ， 汤伟 ， 董继先 ， 王樨 1 ． 陕西科技大学， 陕西西安7 1 0 0 2 1 ； 2 ． 陕西农产品加工技术研究院， 陕西西安7 1 0 0 2 1 摘要 针对国内稀释水水力式流浆箱配套的稀释水阀在控制方面遇到的技术障碍， 研制出一体化板式控制器， 使用 单片机 P WM复用端口产生控制步进驱动芯片的高速脉冲， 通过模拟量输入复用端口采集阀位信号， 提出了使用加减速 脉冲控制算法和程序提高阀位控制精度的方法。配套稀释水阀执行器在千分之一执行步长时的误差不大于2 ． 8 ％， 具 有 1 0 0 0步以上的置信精度。 关键词 稀释水阀； 控制器； 加减速曲线 ； 单片机； 执行器 中图分类号 T H1 3 7 ． 5 2 ； T s 7 3 4 文献标志码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 0 3 2 9 ． 2 0 1 5 ． 0 4 ． 0 1 0 Re s e a r c h a n d De v e l o p me n t o f Do me s t i c Di l u t i o n W a t e r He a d b o x’ S Di l u t i o n Va l v e Co n t r o l l e r WANG B e ， T ANG W e i ， DONG J i ． x i a n ， WANG Xi 1 ． S h a a n x i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e＆ T e c h n o l o g y ， X i ’ a n 7 1 0 0 2 1 ， C h i n a ； 2 ． S h a a n x i R e s e a r c h I n s t i t u t e o f A g ri c u l t u r a l P r o d u c t s P r o c e s s i n g T e c h n o l o gy， X i ’ a n 7 1 0 0 2 1 ， C h i n a Ab s t r a c t Di l u t i o n v Mv e a r e t h e mo s t i mp o r t a n t e q u i p me n t o f d i l u t i o n w a t e r h e a d b o x ， i n o r d e r t o s o l v e t h e p r o b l e ms o f t h e c o n t r o l ， a n e w t y p e o f c i r c u i t b o a r d w e r e d e v e l o p e d ． Wh i c h u s e t h e MC U’ S mu h i f u n c t i o n p o r t o f P W M g e n e r a t e s t h e h i g h - s p e e d p u l s e s i g n a l t o c o n t r o l t h e s t e p p e r mo t o r d ri v e c h i p s ， v i a t h e mu h i f u n e t i o n p o rt o f an a l o g t o c o l l e c t t h e v a l v e p o s i t i o n ． A n e w me t h o d w h i c h u s e t h e a c c e l e r a t i o n d e c e l e r a t i o n a r i t h me t i c a n d p r o g r a ms we r e p r o p o s e d t o i mp r o v e t h e v alv e ’ s a c c u r a c y ． the t o t a l e n_0 r o f d i l u t i o n a c t u a t o r we r e l e s s t h a n 2 ． 8 ％ i n o n e t h o u s a n d t h s t e p l e n g t h． a n d a t l e a s t h a v e mo r e t h a n 1 0 0 0 s t e p s c r e d i b l e a c c u r a c y ． Ke y wo r d s d i l u t i o n c e n t r e l v alv e ； c o n t r o l l e r ； a c c e l e r a t i o n d e c e l e r a t i o n c u r v e ； MC U； a c t u a t o r 1 前言 随着纸机车速 的不断提 高和幅宽进一步加 大 ， 稀释水水力式流浆箱得到了越来越广泛的应 用 ， 稀释水阀是它的关键执行器 ， 通常平行安装在 流浆箱的横向， 通过控制总线接 收横 幅定量控制 系统发来的控制信号调节阀门开度来调节该处的 稀释水加入量 ， 进 而调节该 区域的稀 白浆浓度来 调节横幅定 量。它 的技 术难 点表 征 为 体 积小 横 向尺寸 ≤5 0 m m 、 精度高 1 0 0 0步 以上 ， 目 前稀释水阀长期 由国外 的 V o i t h 、 Me t s o V a l me t 、 A B B、 Ho n e y w e l l 等公司垄断 ， 其 稀释水 阀一般 与 流浆 箱、 横 幅定量控制 系统捆绑销 售 ， 产 品价格 高 、 售后服务费较贵。国内造纸装备研究院所和 企业 围绕流浆箱及周边设备的国产化做 了大量的 研究 ， 对于纯机械问题而言 ， 相对较简单 ， 也取得 了许多实用化 的科技成果 ， 稀释水 阀的机械结构 已不再是技术难题 ， 但稀释水 阀控制器属于一种 高度集成 、 高精度的板级控制设备 ， 研制的难度相 对较大 ， 已经成为阻碍我国 自主知识产权稀释水 水力式流浆箱及横幅定量控制系统进展的技术障 碍 ， 因此研制高性价比的稀释水阀控制器 ， 对稀释 水水力式流浆箱 的 国产化具有重要 的意义。而 且 ， 稀释水阀在我 国乃至全世界需求量 巨大， 一般 收稿 日期 2 0 1 41 03 1 修稿 日期 2 0 1 41 2 0 4 基金项 目 国家 自然科 学 基 金项 目 5 1 3 7 5 2 8 6 ； 陕西 省科 学 技术 研 究发 展 计划 项 目 2 0 1 4 K 0 72 2 ； 陕 西省 科 技统 筹 计划 项 目 2 0 1 2 K T C Q 0 1 1 9 ； 陕西省 自然科 学基金重点项 目 2 0 1 2 J Z 7 0 0 2 ； 西安市科 技项 目 C X Y1 4 3 12 ； 西安 市未央 区科技资 助项 目 2 0 1 3 1 1 2 0 1 5年第 4 3卷第 4期 流体机械 4 9 每台纸机配备 6 0～1 5 0台 间距 6 0 m m ， 产品批 量大 ， 具有广 阔的市场前景。 3 控 制器关键技术分析 2 稀释水阀的机械组成 稀释 水 阀 由执 行 器、 阀体 组 成 ， 通 常采 用 D N 2 0的精密 V型球阀作为阀体， 设计驱动转矩 为2 0 N m 。对于横幅定量控制而言， 往往希望 稀释水阀的横向空 间越小越好 ， 越小对应的控制 区域就越细致 ， 通常要求稀释水 阀的横 向尺寸 ≤ 5 0 m m。稀释水 阀在流浆箱横 向上 紧密安装 ， 纸 机幅宽从 3 6 5 0～8 1 0 0 mm之 间不等， 安装 间距 一 般为 6 0 mm， 布置 6 0～1 5 0台 。流 经阀芯的 白 水对阀门的冲击力和流浆箱的背压导致 阀芯在静 止时也受到流体的冲击力， 所以用以驱动阀门的 电机要具有静态转矩保持能力 ， 具有静止转矩且 经济实用的电机有步进和伺服两大类 ， 虽然伺服 电机的定位精度高 ， 但是缺乏能满足安装尺寸的 电机 ， 因此只能选择步进 电机作为驱动元件 。其 机械结构如图 1所示 ， 双轴步进 电机安装在执行 器壳体内， 上端轴连接精密角位移传感器反馈阀 位 ， 下端轴伸入精密行星减速机 的空心锁母 中锁 紧 ， 电机 的法兰 固定在减速机的法兰平台上 ， 减速 机的下法兰使用螺栓 固定在底板上 ， 减速机 的轴 从底板伸出， 通过同步联轴器连接到阀体 ， 有承接 法兰两端分别连接执行器底板和阀体 ， 减速机轴 、 联轴器、 阀杆同轴布置在承接法兰的轴线上。控 制线路板连接上位控制系统， 通过总线传递控制 信号 J ， 向步进电机发送 A B相驱动 电流， 使 电机 按照预定的步长正转或反转 ， 经过减速机增力后 将角位移传递给阀体， 调节阀门开度， 通常将稀释 水阀的控制线路板统一放置在流浆箱横向的电缆 收纳箱 内。 步 接 电 图 1 稀释水阀机械布局平面及立体视图 稀释水阀控制器是以微控制器为核心的板式 控制器 ， 具有体积小 ， 集成度高 的特点 ， 集成 了阀 位反馈 、 步进 电机驱动、 通讯控制功能， 由两块线 路板组成 ， 其 中弱电的控制 由一块单 片机控制板 实现， 另一块板上载有专用 的步进电机驱动芯片 用于发送驱动步进电机的强电电流 ， 例如 T B 6 5 6 0 步进 电机驱动 芯片 J 。弱 电控制板 及其外 围电 路实现的功能有 阀位反馈 、 运动控制 、 通讯处理。 3 ． 1 阀位反馈 稀释水横幅定量控制系统属于复杂的过程控 制， 每一个阀门对相邻若干个阀门的调节效果都 有影响 ， 扫描架在检测到下游某处的定量值有波 动的时候 ， 控制系统需要对上游对应点的若 干个 相邻的稀释水阀开度进行调节， 控制系统需要根 据每个阀门的绝对开度做 出决策。阀位反馈功能 通常是 由安装在步进 电机尾部 的高精度角位移传 感器检测步进电机 的转角 ， 根据精密减速机传动 比按 比例换算 出真实的 阀门开度 0～1 0 0 ％。检 测角位移 的元件有 光 电编码 器和精 密 电位计 2 种 ， 光电编码器多为增量式 ， 光 电编码器的增量特 性会使 阀门开度 反馈程序复杂 ， 需要有 固定的参 考点确定绝对位置 ， 每次上 电后需要 回到机械零 位再累计阀门开度 ， 掉电后阀位容易丢失 ， 特别是 在停电后对稀释水 阀进行 了手动盘车 ， 阀门开度 发生了变化 ， 然而控制系统没有检测到 ， 下次上电 开机后会 导致 控制 系统 对 阀位 的计 量错 误 。 加之稀释水 阀执行器在传动轴线上的空间紧凑 ， 很难有空间安装 光电感应开关做为零参考 点， 因 此 ， 光 电编码器检测 阀位 在实践上也难 以实 现。 精密电位计是 由精密的绕线 电阻构成 ， 中间抽头 输 出的电压与绝对转角成 比例 ， 输 出电压信号接 入微控制器 的模 拟量采集通道 ， 能够检测绝对角 位移 ， 不受断电的影响。 3 ． 2 步进 电机驱动 稀释水阀根据上位控制系统的指令按照步进 的方式工作 ， 步进 电机驱动器是连接弱 电控制系 统与步进 电机的功率转换元件 ， 把单片机 的弱 电 信号转换成 A B两相驱动电流工作。T B 6 5 6 0是 一 种经济型两相步进 电机驱动芯 片， 能驱动机座 号为 5 7以下的步进电机工作。控制 T B 6 5 6 0工作 至少需要 3个信号 方向 D I R 、 脱机 F R E E 、 脉 5 0 F LUI D MACHI NERY Vo 1 ． 4 3， No ． 4， 2 01 5 冲 P L U S ， 其中方向信号决定步进电机的转动方 向、 脱机信号决定步进电机是否处于有力矩 的状 态 ， 脉冲信号的数量决定 步进 电机转动的角度大 小 ， 脉冲信号的频率决定步进 电机转动速度 的快 慢。当单 片 机 将 方 向信 号 D I R 和 脱 机 信 号 F R E E 置于有效， 并发出脉冲信号 P L U S 时， 驱 动步进电机正转 ； 当单片机将脱机信 号 F R E E 置于有效 ， 并发出脉冲信号 P L U S 时 ， 驱动步进 电机反转 ； 当单片机将脱机信号 F R E E 置于有 效时， 步进 电机处于力矩保持状态即静止 ； 在需要 手动采用机械方式盘车时， 将脱机信号 F R E E 信号清除 ， 则步进电机处于无力矩状态 ， 可以使用 手动盘车功能 。 稀释水 阀的精度用步数表述 ， 与高精度定量 阀概念相同， 步是稀释水阀能 以良好状态工作的 最小控制单位 ， 以 1 0 0 0步 、 执行时间为 1 0 0 s 的稀 释水阀为例 ， 即将 阀门从全开到全关等分成 1 0 0 0 份 ， 接通开阀或关阀控 制信号时长正 比于阀门开 度的增量， 如开阀控制信号持续作用 0 ． 1 s ， 则阀 门开度增量为 1 ／ 1 0 0 0 。步进 电机转角 与驱 动板 接收到的控制脉冲 P L U S 信号的个数正比， 为使 执行器具有 良好 的线性 ， 需要保证 脉冲控制信号 的频率稳定 ， 可见 ， 产生稳定 的脉冲控制信号是稀 释水阀控制线路板的重要任务。普通的单片机属 单线程处理 ， 单一时段只能处理一个事件 ， 若依靠 程序产生脉冲 ， 则程序必须在此处重复运行 ， 无法 执行其他的指令 ， 会使操作系统挂起 ， 因此脉冲产 生必须是独立于控制程序之外 的功能 ， 不消耗微 控制器主线程资源， 因此 ， 需要设计专用的回路处 理这一事件 J 。 稀释水阀执行器传动比为 1 5 0 ， 阀门转角为 9 0 。 ， 驱动的步进电机行程为 1 2 ． 5圈 ， 驱动阀门的 步进电机内部连接为四线两相模式 ， 在整步的情 况下电机具有 1 ． 8 。 的步距 角 ， 旋 转一整 圈需要 2 0 0个脉冲 ， 阀 门从 全开 到全关 需要 2 5 0 0个 脉 冲。提高细分数可以增加阀门从全开到全关的执 行脉冲数 ， 如果设置驱动器细分数为 3 2 ， 步进 电 机旋转一圈需要 6 4 0 0个脉 冲， 从全开到全关需要 8 0 0 0 0个脉冲， 相 比整步工作状态的脉冲数增大了 3 2倍 ， 在控制系统向步进驱动器发送脉冲情况下 ， 步进电机发生丢步对应的脉冲数少 ， 因此总体上讲 有助于提高执行器的精度 J ， 设计执行时间为 1 0 0 s ， 则额定脉冲发送频率为 8 0 0 H z 。常见的脉冲芯 片有 A D 9 8 5 0 、 N E 5 5 5 、 I C L 8 0 3 8等 ， 其 中 N E 5 5 5为模 数混合芯片， 成本低廉， 能够产生 0～ 5 0 0 0 k H z 的 方波信号。驱动步进电机最好的波形为 5 0 ％占空 比的方波， 其模拟混合电路如图2所示 。 VCC GND 图 2 脉冲发生电路 N E 5 5 5脉冲方波周期计算公式为 1 ． 4R 1 C1 N E 5 5 5工作在 中频 时， c 通常取 0 ． 1 I x F ， 可 以计算出 尺 为 8 ． 9 2 k Q， 由于电容 、 电阻制造误 差的客观存在 ， 因此将 设定为 1 0 k f l 精密电位 器 ， 使用数字示波器 校准， 调整精密 电位器 的螺 钉 ， 使方波的周期为 1 ． 2 5 ms 。在步进 电机需要 旋转时， 接通其 V C C电源信号， 则产生脉冲， 这种 电路虽然比较简洁 ， 但是脉冲的频率在控制中是 不能改变的， 步进电机在加速阶段转速较低 ， 易造 成失步和过冲现象 。针 对问题 ， 设计 了专用的测 试装置进行研究分析 ， 在稀释水 阀的步进 电机尾 轴上安装一光电编码器 2 0 0 0线／ 圈， 4倍频 ， 编 码器旋转一圈会产生 8 0 0 0 个脉冲计量单位， 有足 够的精度检测步进电机转角。设定精度为 1 0 0 0 步 ， 则最小脉冲当量为 8 0个 ， 持续时间为0 ． 1 s 。脉 冲持续时间与转角实测关系如表 1 所示。 表 1 脉 冲持 续时间与转角关系 项 目 数值 操作步长 0 ． 5 ／ 1 0 0 0 1 ／ 1 O 0 0 2 ／ 1 0 o 0 脉冲持续时间 s O ． 0 5 O ． 1 0 ． 2 脉冲量 4 0 8 0 1 6 0 理论编码器增量 5 0 1 0 0 2 0 o l 3 5 8 2 1 8 3 2 3 3 8 4 1 8 2 实际编码 3 3 5 8 2 1 8 3 器增量 4 3 4 8 2 1 8 2 平均 3 4 ． 2 5 8 2 ． 5 O 1 8 2 ． 5 0 误差 ％ 3 1 ． 5 1 7 ． 5 8 ． 7 5 2 0 1 5 年第 4 3 卷第4期 流体机械 5 l 由表 1可 以看 出 ， 在 1 ／ 1 0 0 0操作 步长 0 ． 1 s 内， 系统误差为 1 7 ． 5 ％， 当脉冲持续时间较长 时， 误差逐渐减小。但稀释水阀在实际运行过程 中， 每次调节量非常小 ， 这一误差对稀释水 阀精度 的影响较大。因此采用恒定脉冲频率驱动的策略 不能够满足阀门的精度要求 ， 需要针对步进 电机 存在的失步现象采用加减速策略解决 ， 专用的外 部脉冲发生 电路难 以解决 ， 需要设计新 的控制电 路实现变频率脉冲输 出功能 ， 使 电机平稳的加减 速 ， 以避免失步对精度 的损失 J 。 4稀释水阀控制电路设计 传统 5 l 系列单片机功能较单一， 通常仅仅具 有 A D转换复用端 口_ 9 j ， 不适合处理 高速脉 冲与 其他任务并行的控制。S T C 1 2 C 5 6 0 4 A D是一种具 有 P WM 复 用端 口和 A D信 号转 换端 口的单片 机 ， 产生高速脉冲和模拟量信号转换属于系统 内置功能 ， 无需 占用程序运行时间 ， 适用于稀释水 阀的控制 。为了实现变频率脉冲输 出的功能 ， 需 要稀释水阀控制器对脉冲产生的方式能够直接操 作 ， 脉冲输出可以归结到 P WM 功能 ， 脉 冲的产生 不需要耗费程序资源 ， 只需要 向 P WM 端 口写入 控制参数即可产生相应频率 的脉 冲信号 ， 通过软 件算法实现加减速控制， 能够避免丢步现象。模 拟量 的 阀位信号送 人单 片机 的 A D通道进行 处 理 ， 即可采集到绝对阀位值 ； 控制器与上位机通过 单片机的通讯端口 建立通讯连接， 实现远程控制， 稀释水 阀控制功能模块如图 3所示。 图 3 稀释水阀控制功能模块 该型号单片机共 3 2个引脚 ， 具有 4路 P WM 复用端口和 8 路 A D转换端 口， 4路 P WM复用端 口提供高速脉冲控制信号 ， 阀位模拟量信号送人 A D转换复用端 口实现阀位测量 ， 综合 片上资源 ， 一 块单片机能够控制 4台稀释水 阀运行。其中端 口分布如表 2所示 。 表 2 单片机端口分配表 序号 端口号 功能 1 3 2 、 1 6 5 V、 0 V电源 2 l 9 、 1 3 、 3 0 、 1 4 4路 P WM端 口 3 2 0 、 2 1 、 2 2 、 2 4 4路 A D转换端口 4 7 、 8 接外置晶振 5 4 、 5 串行通讯端口 6 3 复位端口 7 其他 普通 I O 4 ． 1 可变频率脉冲功能实现 单片机的 P WM复用端 口能用于软件定时器 外部脉冲的捕捉 、 高速输 出以及脉宽调制 P WM 输出。定义脉 冲频率变量“ F r e q ” ， 产生变频率脉 冲代码如下 v o i d P C A i s r i n t e r r u p t 7 CCF10； v a l u e F r e q； CCAP1 L v a l u e； CCAP1 H v a l u e 8 在程序 中设定它工作在高速输 出模式 ， 用来 产生方波驱动步进电机旋转。如果计数器的计数 值等于捕获寄存器 C C A P n L， 那么程 序就会 自动 进人该 中断服务程序。在该程序 中， 首先需要清 空中断标志位 C C O N特殊功能寄存器中的 C C F O 位 ； 然后重装捕获寄存器 C C A P n L中的高 8 位和 低 8位 ， 为下一次的比较做准备。有 了这个重装 寄存器的过程， 就可以持续的产生高低电平， 可以 产生高电平和低 电平 持续时 间相等 的 占空 比为 5 0 ％的方波。 4 ． 2阀位模拟量采集 单片机 自带 8路 A D采集复用端 口， 具有 1 O 位转换精度 ， 量程为 0 5 V， 分别对应模拟量通道 值为0～ 1 0 2 3 。模拟量转换程序代码如下 u ns i g n e d i n t AD g e t u n s i g n e d c h a r c h a n n e 1 { A D C C O N T R 0 x 8 8 J c h a n n e l ； 一n o p 一 ； 一 n o p ～ ； 一 n o p 一 ； _ n o p 一 ； w h i l e A D C C O N T R O x l 0 ； ADC CONTR 0 x e 7 r e t u r n A D C R E Sl c 4 A D C R E S L ； } 该程序 为获取 c h a n n e l 通道 1 模拟量转换 结果 的方法。A D C C O N T R为 A D C控制寄存器 ， 把0 x 8 8 I c h a n n e l 的结果赋值与它， 表示 给 A D转 换器上电、 开启转换开关 、 把 c h a n n e l 通道作为转 5 2 F LUI D MACHI NERY Vo 1 ． 43， No． 4， 2 01 5 换 目标 ， 要从该通道采集模 拟量 的值并将其转换 成数字量。阀位信号接在 P 1 ． 7引脚上 。所 以在 主程序中调用该方法时需要把通道号 7赋给形参 c h a n n e l 。 ADC C O N T R 0 x e 7这句程序是要 清 空 已经转换完成的标志 A D C F L A G， 之后再用 r e t u rn A D C R E S 4A D C R E S L 返回本次转换 结果。A D C R E S存放 的是 1 0位转换结果的高 8 位， A D C R E S L 存放 1 0 位转换结果的低 2 位。 4 ． 3 阀 门定位控 制 阀门在执行过程 中采用加减 速定位策略 ， 步 进 电机先经过逐渐加速， 再经过逐渐减速 ， 速度过 度平稳 ， 能减小丢步发生的几率 ， 有利于提高定位 精度 。实际运行时 ， 控制系统计算出阀位 的 增量 ， 换算成发送的脉冲数 ， 在执行周期内向步进 驱动芯片发送变频率脉冲信号 ， 步进 电机从静止 加速到最大 速度 第 1段 ， 然后 运行一 段时 间 第 Ⅱ段 ， 再进入平缓减速环节 第 Ⅲ段 ， 待 减 速到静止状态 ， 即完成此次阀门运行的定位 。 阀门定位 由 3个环节组成 ， 第 1 段为恒加速 段 ， 速度稳步增大 ， 在 I段末端速度达 到最大值 ； 第 Ⅱ段为定 速运行阶段 ， 以最大速度转动 ； 第 Ⅲ段为恒减速运行阶段 ， 速度逐渐减小 ， 在Ⅲ段 末端速度减 到 0， 完成 阀门定位过程 。设 阀门的 转角增量为 J s ， 加速运行及减速运行 的加速度 大 小为 a ， 时标为 t ， 最大速度为 ， 步进电机的起 步速度为0 ， 其中a , S I 、 S Ⅲ 、 T I 、 T Ⅲ 及 可以经 过测试得到确定的值 ， 则任意时刻 对应的速度 与时间 t 关 系为 恒加速区段 I 及恒减速区段 Ⅲ 时间长度 TI TⅢ V m ／a 位移增量 S I SⅢ V2 m． x／ 2 a 加速区段 I内的速度 I a t 0f ≤T I 恒速运行区段 Ⅱ 时间长度 T Ⅱ ．s 一2 Js I ／ 速度 Ⅱ ⋯ TIt ≤ TI Ⅱ 恒减速运行区段 Ⅲ 速度 V Ⅲ 一[ t 一 7 1 I Ⅱ ] a IT Ⅱ t ≤ 2 TI Ⅱ 得到 3 段时间内任意时刻的速度瞬时值 ， 代 入等效脉冲频率 ， 即可计算 出任意时刻的脉 冲频 率 F r e q ， 经过 P WM 脉冲程序运行 即可驱 动步进 电机运转。经过实际测试 ， 应用加减速算法具有 良好的精度 ， 理论步长与实际步长 的关 系如表 3 所示 。 表3 应用加减速算法时的定位精度 项目 数值 操作步长 0 ． 5 ／ 1 O 0 0 1 ／ 1 O o o 2 ／ 1 O 0 0 等效脉冲量 4 0 8 O 1 6 0 理论 编码 器增 量 5 0 1 0 o 2 o 0 1 47 97 1 96 ， 4 6 9 7 1 9 5 实 际编码 3 4 7 9 8 1 9 6 器增量 4 4 6 9 7 1 9 5 平均 4 6 ． 5 0 9 7 ． 3 3 1 9 5 ． 5 O 误差 ％ 7 ． 0 2 ． 8 2 ． 3 与表 1 相 比， 在 1 ／ 1 0 0 0操作步长情况下 比使 用时间等效恒频率控制 的精度高 6倍 ， 误差仅为 2 ． 8 ％， 在更长的操作步长时 ， 误差成 比例 的减小 ， 置信度足以满足精度要求。可见使用单 片机 P WM复用端 口对稀释水 阀步进驱 动芯片进行控 制不仅在电路实现起来简洁 ， 而且阀位控制精度 较高 ， 具备经济和技术上的优势。 5结语 稀释水 阀控制器是一种 使用嵌入式芯 片组 成的集成化控制组件， 提高控制精度和降低成 本是国产化的重要工作 。应用最新具 有复用端 口的单片机能直接产生控制步进驱 动芯片 的高 速脉冲及 对 阀位 的直 接测量 ， 采 用加 减速控 制 策略能够 大幅提 高 阀门 的定位精 度 ， 完全满 足 了横幅定量控制系统 的要求 。由于国产化能够 大幅降低生产成本， 能够以价格和质量优势赢 得市场 ， 现 已经进人 大量 推广 应用 阶段 。另外 稀释水阀属于一 种对 空 问尺寸 、 控制 精度 要求 极其严格 的特种 阀 门， 其 技术 能很方便 的移植 到其他类型的电动阀门， 所潜在的市场空间不 限于浆纸行业， 可以预见 ， 在环保、 食品、 轻工、 石化行业也会有广 阔的应用前景 。 下转第 7 9页 2 0 1 5年第 4 3卷第 4期 流体机械 7 9 4 埋深对换热的影响。单位管长换热量随 着地埋管的深度增加呈线性下降 ， 而总换热量是 增加的。在埋管面积受限制的情况下， 可以适当 的增加埋管深度 。 参考文献 范蕊 ， 马最 良． 地埋管换热器传热模型的回顾与改 进[ J ] ． 暖通空调， 2 0 0 6 ， 3 6 4 2 5 - 2 9 ． L e e C， L a m H． A mo d i f i e d mu l t i g r o u n d - l a y e r mo d e l f o r b o r e h o l e g r o u n d h e a t e x c h a n g e r s w i t h a n i n h o mo g e n e o u s g r o u n d w a t e r fl o w[ J ] ． E n e r g y ， 2 0 1 2 ， 4 7 1 3 7 8 3 8 7 ． C h o i J C． P a r k J ． N u me ri c a l e v a l u a t i o n o f t h e e ff e c t s o f g r o u n d w a t e r flo w o n b o r e h o l e h e a t e x c h a n g e r a r r a y s [ J ] ． R e n e w a b l e E n e r g y ， 2 0 1 3 ， 5 2 2 3 0 2 4 0 ． 丁勇． 地源热泵系统地下埋管换热器设计1 [ J ] ． 暖通空调 ， 2 0 0 5 ， 3 5 3 8 6 8 9 ． 袁艳平． 地源热泵地埋管换热器传热研究 1 综述 [ J ] ． 暖通空调， 2 0 0 8 ， 3 8 4 2 5 - 3 2 ． 胡平放， 康龙， 江章宁， 等． 地源热泵 U型埋管换热 影响因素的数值模拟与分析[ J ] ． 流体机械 ， 2 0 0 9 ， 3 7 3 6 4 --6 8 ． 袁瑗， 王瑾， 柳建华， 等． 垂直地埋管传热相干性数 值模拟研究[ J ] ． 流体机械， 2 0 1 2 ， 4 0 9 6 2 - 6 6 ． Ha r t D P． C o u v i l l i o n P J ． E a r t h c o u p l e d h e a t t r a n s f e r [ M] ． P u b i l c t i o n o f t h e N a t i o n a l Wa t e r We l l A s s o c i a - t i o n， 1 9 8 6 ． [ 9 ] I n g e r s o l l L R， P l a s s H J ． T h e o r y o f t h e g r o u n d p i p e h e a t s o u r c e for t h e h e a t p u mp『J ]． AS HVE T r a n s a c t i o n s ， 1 9 4 8 ， 4 7 3 3 9 3 4 8 ． [ 1 0 ]I n g e r s o l l L R， Z o b e l O J ， I n g e r s o l l A C ． He a t c o n d u c t i o n wi t h e n g i n e e ri n g ， g e o l o g i c al a n d o t h e r a p p l i c a t i o n s [ M] ． N e w Y o r k Mc G r a w Hi l l ， 1 9 5 4 2 5 0- 2 5 1 ． [ 1 1 ]C a r s l a w H S， J a e g e r J C ． C o n d u c t i o n o f h e a t i n S o l i d s [ M] ． L o n d o n 2 n d E d i t i o n ， O x f o r d U n i v e r s i t y P r e s s ， 1 9 59 26 6 -2 6 7． [ 1 2 ]杨卫波． 太 阳能 地源热泵系统的理论与实验研究 [ D] ． 南京 东南大学， 2 0 0 7 ． [ 1 3 ]G B 5 0 3 6 6 - 2 0 0 9 ， 地源热泵系统工程技术规范[ s ] ． [ 1 4 ]刘永， 柏祥华． u型垂直地理管换热器性能的影响 因素分析[ J ] ． 流体机械， 2 0 1 4 ， 4 2 1 2 7 7 8 1 ， 3 8 ． [ 1 5 ]杨旭， 钱才富． 数据 中心机房空调系统设计及气流 优化分析[ J ] ． 压力容器， 2 0 1 4 ， 3 1 5 4 1 _ 4 5 ． [ 1 6 ]吴金星， 栗俊芬， 潘彦凯， 等． 捆扎式三 U型埋管换 热器开发及性能分析[ J ] ． 流体机械 ， 2 0 1 4 ， 3 2 8 7 3_ 7 7． [ 1 7 ]陈正顺 ， 余跃进， 张勇， 等． 辅助散热对地源热泵地 埋管换热器换热效果改善 的分析 [ J ] ． 流体机械， 2 0 0 9 ， 3 7 9 7 1 - 7 4 ． 作者简介 张景欣 1 9 9 0一 ， 女 ， 硕 士研究 生， 研究方 向为建 筑能耗评估及模拟 ， 通讯 地址 3 3 0 0 3 1江 西南 昌市学府 大道 9 9 9 号南昌大学建筑工程学院。 上接第 5 2页 参 考文献 钟益联． 纸张质量控制功能及其实现方式[ J ] ． 中国 造纸 ， 2 0 1 4 ， 3 3 3 4 4 _ 5 O ． 张亮 ， 周勇， 莫建军． 纸张横幅定量稀释水智能控制 装置[ P ] ． 中国专利 C N 2 0 1 0 1 0 5 9 0 8 9 7 ． 2 0 1 0 ． 1 2 ． 1 6 ． T o s h i b a S e m i c o n d u c t o r ＆S t o r a g e P r o d u c t s ． T B 6 5 6 0 HQ． T B 6 5 6 0 F G P W M C h o p p e r - T y p e b i p o l ar S t e p p i n g Mo t o r D ri v e r I C [ R] ． O i t a ， 3 1 ， Ma y ， 2 0 0 6 ． 冯郁成 ， 陈克复． 一种用于流浆箱 的稀释水控制纸 张横 幅定 量 的 智 能 执 行 器 [ P] ．中 国 专 利 CN 2 0 1 4 1 0 o 1 3 1 2 6 ． 2 01 4 ． 0 1 ． 1 0 ． 郭天祥． 新概念5 1 单片机 c语言教程 入门、 提高、 开发、 拓展全攻略 [ M] ． 北京 电子工业 出版社， 201 1 3 5- 4 0． 林斌飞， 龙伟， 万汉伟， 等． 一种高精度分光度计系 统的设计 与