基于ER5000的压力自动调节系统的设计

孙志军 桂林长海发展有限责任公司

黄永亮 中国电子进出口总公司

基于ER5000的压力自动调节系统的设计

孙志军 桂林长海发展有限责任公司

黄永亮 中国电子进出口总公司

本文介绍了基于ER5000电子调压器与C8051F020芯片为核心的压力自动控制系统。采用C8051F020的自带A/D及双串口配置实现对ER5000的输出压力控制，利用ER5000电子调压器的PID控制，以满足惰性气体压力调节快速性、高精度以及稳定性等方面的性能要求。本文简述了该控制系统的显示控制模块、气路执行模块等方案，实际表明该系统具有通用性好、压力调节范围宽、压力控制精确度高等优点。

ER5000电子调压器；PID控制；C8051F020单片机；气路执行模块

1.压力自动调节系统组成及工作原理

本压力自动调节系统主要由显示控制模块、气路执行模块组成。C8051F系列单片机根据按键输入的压力值，通过I/O端口控制气路执行模块的二通阀及其它组件工作，串口1发送控制命令至气路执行模块中的ER5000压力控制器，控制ER5000及Tescom调压器预置至输入压力值，C8051F系列单片机通过压力传感器采集压力值，并显示当前压力，正常工作后，ER5000压力控制器利用自带的PID控制器自动调节压力。当C8051F系列单片机监测到压力超差较大时，将再次发出预设的压力值对压力控制器进行控制；超过预设安全值时，将会控制停止加气。

2.显示控制模块

显示控制模块主要由开关电源、C8051F系列单片机、A/D（单片机自带）、按键及指示灯、数码管等组成。

图1 气路执行模块的原理图

开关电源主要为ER5000电子调压器、C8051F系列单片机、二通电磁阀、数码管显示、串口通信芯片等器件提供正常工作所需的直流电源。

单片机采用C8051F020，作为自动控制部分的主控芯片，主要用于完成对按键指令的解析和处理，并根据按键输入信息分别完成对气路执行模块中的二通阀、ER5000电子调压器的控制，实现气体压力控制的功能，并通过自带的A/D完成对输出压力传感器输出信号的数据采集，将采集的气压信息通过数码管显示，同时作为ER5000电子调压器的自动控制反馈量。C8051F020芯片资源丰富，自带分辨率为12位的8路A/D，60路可编程I/O，2路串口，工作温度达到了-40℃～+85℃。

数码管主要用于显示设置压力值和输出压力值，数码管采用四位一体的成熟产品4BS2H501B，与MAX7219配合使用。

A/D电路完成对压力传感器的信号以及开关电源1、开关电源2的电源电压采样，其中传感器输出的是4～20mA电路信号，该电流信号同时连接至显示控制模块的A/D采样回路（通过250Ω电阻转换为1～5V电压）和气路执行模块中的ER5000电子调压器，既作为输出压力的采样显示，又作为ER5000电子调压器自动控制的反馈量。

单片机自带的两路串口，一路通过MAX485发送控制命令至气路执行模块，用于输出压力的设定；另一路通过串口/网口转换器，实现外接计算机与本系统的数据交换，作为预留数据接口用于后续加气量的数据收集和统计。

3.气路执行模块

ER5000电子调压器可用作独立装置对0—100psig/0—6.9bar清洁干燥惰性气体进行控制或可连接至任何气动调压器或阀门。在与Tescom调压器一起使用时，ER5000可为气体和液体提供分布式压力控制，压力控制范围为真空至30,000psig/2068bar，Cv最大可达12。

本气路模块采用ER5000电子调压器与Tescom调压器（图1中序号8）结合使用，加大了压力的调节范围。

如图1所示，气源经过序号1，分为两路，其中，序号3、序号4、序号6～序号8、序号10与公共通道的序号11～序号14构建了自动控制加注回路；序号5、序号9以及与公共通道的序号11～序号14构建了手动控制加注回路。

4.工作流程

4.1 自动控制工作流程

系统加电，首先根据加注对象在操作键盘输入规定的压力值，此时单片机控制序号3二通阀导通，C8051F020单片机通过RS485串口给ER5000电子调压器发送压力控制命令，ER5000电子调压器控制Tescom调压器输出气压；ER5000电子调压器利用自带传感器采集的压力反馈信号进行运算和控制输出压力，单片机通过A/D采集并显示输出压力；加注过程，单片机定时关闭序号3二通阀，同时采集压力传感器的反馈气压，判断加注对象的压力值是否已达到设定值。如果已达到则关断序号3二通阀，给ER5000电子调压器断电，完成气体加注；否则继续加注。

4.2 手动工作控制原理

根据加注对象需要的压力值，缓慢调节序号9的阀门，加注过程观察输出表头压力指示，达到压力值后，关闭加气开关。

5.结束语

本文设计了一种基于ER500电子调压器与C8051F020单片机的压力自动调节系统，该系统具有压力设定可软件编程，PID控制输出压力精度高的特点；系统通用性好、压力调节覆盖范围宽，可广泛应用于清洁干燥惰性气体的控制。

［1］潘琢金、孙德龙、夏秀峰，C8051F单片机应用分析，北京航空航天大学出版社，2005-12-29。

［2］汪贤志、刘华章、张教育等，基于C8051F单片机的RS485串行通信设计，《电子测量技术》，2014年03期

孙志军，男（1978-），工程师，研究方向主要为自动化控制及装备维修保障领域；

黄永亮，男（1984-），工程师，研究方向主要为嵌入式系统，自动化控制及装备维修保障领域。