基于ER5000的壓力自動調節系統的設計

孫志軍 桂林長海發展有限責任公司

黃永亮 中國電子進出口總公司

基于ER5000的壓力自動調節系統的設計

孫志軍 桂林長海發展有限責任公司

黃永亮 中國電子進出口總公司

本文介紹了基于ER5000電子調壓器與C8051F020芯片為核心的壓力自動控制系統。采用C8051F020的自帶A/D及雙串口配置實現對ER5000的輸出壓力控制，利用ER5000電子調壓器的PID控制，以滿足惰性氣體壓力調節快速性、高精度以及穩定性等方面的性能要求。本文簡述了該控制系統的顯示控制模塊、氣路執行模塊等方案，實際表明該系統具有通用性好、壓力調節范圍寬、壓力控制精確度高等優點。

ER5000電子調壓器；PID控制；C8051F020單片機；氣路執行模塊

1.壓力自動調節系統組成及工作原理

本壓力自動調節系統主要由顯示控制模塊、氣路執行模塊組成。C8051F系列單片機根據按鍵輸入的壓力值，通過I/O端口控制氣路執行模塊的二通閥及其它組件工作，串口1發送控制命令至氣路執行模塊中的ER5000壓力控制器，控制ER5000及Tescom調壓器預置至輸入壓力值，C8051F系列單片機通過壓力傳感器采集壓力值，并顯示當前壓力，正常工作后，ER5000壓力控制器利用自帶的PID控制器自動調節壓力。當C8051F系列單片機監測到壓力超差較大時，將再次發出預設的壓力值對壓力控制器進行控制；超過預設安全值時，將會控制停止加氣。

2.顯示控制模塊

顯示控制模塊主要由開關電源、C8051F系列單片機、A/D（單片機自帶）、按鍵及指示燈、數碼管等組成。

圖1 氣路執行模塊的原理圖

開關電源主要為ER5000電子調壓器、C8051F系列單片機、二通電磁閥、數碼管顯示、串口通信芯片等器件提供正常工作所需的直流電源。

單片機采用C8051F020，作為自動控制部分的主控芯片，主要用于完成對按鍵指令的解析和處理，并根據按鍵輸入信息分別完成對氣路執行模塊中的二通閥、ER5000電子調壓器的控制，實現氣體壓力控制的功能，并通過自帶的A/D完成對輸出壓力傳感器輸出信號的數據采集，將采集的氣壓信息通過數碼管顯示，同時作為ER5000電子調壓器的自動控制反饋量。C8051F020芯片資源豐富，自帶分辨率為12位的8路A/D，60路可編程I/O，2路串口，工作溫度達到了-40℃～+85℃。

數碼管主要用于顯示設置壓力值和輸出壓力值，數碼管采用四位一體的成熟產品4BS2H501B，與MAX7219配合使用。

A/D電路完成對壓力傳感器的信號以及開關電源1、開關電源2的電源電壓采樣，其中傳感器輸出的是4～20mA電路信號，該電流信號同時連接至顯示控制模塊的A/D采樣回路（通過250Ω電阻轉換為1～5V電壓）和氣路執行模塊中的ER5000電子調壓器，既作為輸出壓力的采樣顯示，又作為ER5000電子調壓器自動控制的反饋量。

單片機自帶的兩路串口，一路通過MAX485發送控制命令至氣路執行模塊，用于輸出壓力的設定；另一路通過串口/網口轉換器，實現外接計算機與本系統的數據交換，作為預留數據接口用于后續加氣量的數據收集和統計。

3.氣路執行模塊

ER5000電子調壓器可用作獨立裝置對0—100psig/0—6.9bar清潔干燥惰性氣體進行控制或可連接至任何氣動調壓器或閥門。在與Tescom調壓器一起使用時，ER5000可為氣體和液體提供分布式壓力控制，壓力控制范圍為真空至30,000psig/2068bar，Cv最大可達12。

本氣路模塊采用ER5000電子調壓器與Tescom調壓器（圖1中序號8）結合使用，加大了壓力的調節范圍。

如圖1所示，氣源經過序號1，分為兩路，其中，序號3、序號4、序號6～序號8、序號10與公共通道的序號11～序號14構建了自動控制加注回路；序號5、序號9以及與公共通道的序號11～序號14構建了手動控制加注回路。

4.工作流程

4.1 自動控制工作流程

系統加電，首先根據加注對象在操作鍵盤輸入規定的壓力值，此時單片機控制序號3二通閥導通，C8051F020單片機通過RS485串口給ER5000電子調壓器發送壓力控制命令，ER5000電子調壓器控制Tescom調壓器輸出氣壓；ER5000電子調壓器利用自帶傳感器采集的壓力反饋信號進行運算和控制輸出壓力，單片機通過A/D采集并顯示輸出壓力；加注過程，單片機定時關閉序號3二通閥，同時采集壓力傳感器的反饋氣壓，判斷加注對象的壓力值是否已達到設定值。如果已達到則關斷序號3二通閥，給ER5000電子調壓器斷電，完成氣體加注；否則繼續加注。

4.2 手動工作控制原理

根據加注對象需要的壓力值，緩慢調節序號9的閥門，加注過程觀察輸出表頭壓力指示，達到壓力值后，關閉加氣開關。

5.結束語

本文設計了一種基于ER500電子調壓器與C8051F020單片機的壓力自動調節系統，該系統具有壓力設定可軟件編程，PID控制輸出壓力精度高的特點；系統通用性好、壓力調節覆蓋范圍寬，可廣泛應用于清潔干燥惰性氣體的控制。

［1］潘琢金、孫德龍、夏秀峰，C8051F單片機應用分析，北京航空航天大學出版社，2005-12-29。

［2］汪賢志、劉華章、張教育等，基于C8051F單片機的RS485串行通信設計，《電子測量技術》，2014年03期

孫志軍，男（1978-），工程師，研究方向主要為自動化控制及裝備維修保障領域；

黃永亮，男（1984-），工程師，研究方向主要為嵌入式系統，自動化控制及裝備維修保障領域。