專利名稱：基于profibus-dp現(xiàn)場總線的智能電動執(zhí)行機構的制作方法
基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的智能電動執(zhí)行機構fe^領域l本發(fā)明屬于Iik儀表控制技術領域，實現(xiàn)一種基于PROFEBUS-DP現(xiàn)場總線的 電動執(zhí)行機構。背景M電動執(zhí)行機構系列是一類終端控制儀表，用于)^t壓力、流量、，進fi^節(jié)，廣腿用于大型tto:、石油、冶金、電力等行業(yè)，是:oibi程控制中的錢設備。它接 自調(diào)節(jié)器的模擬信號(一般是4 20mA電流信號)^Jl位機的數(shù)字信號,并將，換為電動執(zhí)行機構相應 的角位移皿線位移輸出,去驅(qū)動閥門、擋板等動作，以實 Pt各種過程參數(shù)的自動控制。與國際先 S7jc平相比，我國在智能電動執(zhí)行機構產(chǎn)品研制方面起步較晚，SA較少，國內(nèi)智育g化、微機化的成型產(chǎn)品目前較少。但隨著國內(nèi)工業(yè)自動化水平的日益提高，對電動執(zhí)行機構技術性能的要求 亦鵬越高，迫切需要if^代的智能化電動執(zhí)行機構來替代目前f頓的產(chǎn)品，以提高自動化禾號 和妒效率。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)電動執(zhí)行機構的總線通訊功能，提供一種基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的智能電動執(zhí)行機構。本發(fā)明首先研究應用^A^技術，《頓高速高性能^A^微控制器實現(xiàn)信號的高精度和決速 處理，禾,PROFIBUS-DP通信專用芯片，實現(xiàn)具有PROFIBUS-DP總線功能的電動執(zhí)行機構的 低^設計方案，將各種ic^按照不同要求^lr到上位機，上位WM3！ PROFIBUS-DP總線實5見 對電動執(zhí)行機構運行狀況的監(jiān)控和分析功能，此型電動執(zhí)行機構實現(xiàn)了智能^1訊、智能化診斷對寺點，使電動執(zhí)行機構更好的,現(xiàn)代:m的，要求。本發(fā)明,的一種基于PROFmus-DP a^總線的智能電動執(zhí)行機構包括；位置檢測電路用于檢測閥門所處開度{體，并將檢測信號進行隔離、放狄'搶波后送入中 央處理電路；中央處理電路用于對位置檢測電路駄的采^M進纟話算處理，并將處理結果的控帝瞻 號經(jīng)光電隔離單元輸超盹機驅(qū)動電路，實艦電機驅(qū)動電路的控制；電機驅(qū)動電路用于接受中央處理電路輸送的控制信號，進而控制電機的運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)閥門的 開啟默閉；PROFIBUS-DP總線接口電路與中央處理電路雙向連接，并通過PROFIBUS-DP總線接口 和通訊電纜與上位機相連，向上位lfLt傳電機驅(qū)動電路狀劍言息，便于上位豐幾實MS?！繼斤說的錢檢測電離括i)位置傳離:細的是高性能的導電塑料精密旋轉(zhuǎn)電位器，用于檢測閥門所處開度tia。閥門開度與反饋電位器的輸出電壓值有——對應線性關系。2) 信號調(diào)理電路對由健傳^Wr入的腿信號進行隔離、放狄搶波WBitA中央處理電路中的A/D轉(zhuǎn)換模塊輸A^。3) A/D轉(zhuǎn)換電路艮P中央處理頓各中的A/D轉(zhuǎn)換豐對央，由Micrachip公司的高性倉繳字信 號控制器dsPIC6014A的12位精度的片上A/D轉(zhuǎn)換l勢央構成。J^^;n兌的中央處理秘各選用Microchip公司的高性能數(shù)字信號控制器dsPIC6014A作為控制 核心，對采集的,進瓶算處理，實現(xiàn)電鵬制等工作。上述所說的電機驅(qū)動電路由過零型固態(tài)繼電器和固態(tài)繼電器驅(qū)動電路組成，通過控制器 dsPIC6014A發(fā)出控制信號，該信號經(jīng)驅(qū)動電路進行功率放大后，控制固態(tài)繼電器導通和關斷，實 現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)控制。J^^H兌的PROFIBUS-DP總線接口鵬由單片機與協(xié)i鵬制芯片接口電路二部分構成。單 片機與協(xié)議控制芯片分別由AT89C55WD芯片和PROFBUS-DP協(xié)i鵬制芯片SPC3構成，SPC3 Mil并行翻艦輔助線與AT89C55WD單片機相連，并3Iil PROFIBUS-DP總線接口和通訊電 纜與上位機相連，實現(xiàn)總線數(shù)據(jù)傳輸。AT89C55WD單片機通過異步串行通信接口實現(xiàn)與 dsPIC6014A的翻fHj。為提高系統(tǒng)可靠tfeR平，設計RS485接口電路時，選擇DS75176作為 總線通信驅(qū)動芯片，并采用高速光耦HCP7710、 HCP0601進行光電信號隔離。本發(fā)明所說的基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的智能電動執(zhí)行機構工作原理為控制單就電 動執(zhí)行機構運行狀態(tài)進行控制與監(jiān)測，fflii PROFIBUS-DP總線接口模i央與上位lnjft行通信，接 illi:位機的閥位設定信息，中央處理電路利用給定信肩aiJl電機驅(qū)動電路動作，從而改變閥門開 度，同時通過位置檢測電路采集當前閥位信息，并輸入到中央處理電路，由中央處理電路完成閥 位設定信息與采集當前閥位信息比較，直到二者滿足死區(qū)要求，停止電機驅(qū)動?；赑ROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線的智能電動執(zhí)行機構，同時完jMil PROFIBUS-DP總線接口向上位WJ:傳電動執(zhí)行器 狀劍言息，便于上位鵬亍監(jiān)控。本發(fā)明的優(yōu)點和積極，1、 禾,高性能數(shù)荊言號處理芯片實現(xiàn)電動執(zhí)行機構的控制，提高控帝啲速度和精度；2、 斷氐由于普通單片機處鵬度限制而弓跑的控制滯后和精度缺陷，^^h控制裝置具有很 好的調(diào)節(jié)性能和可靠性；3、 此發(fā)明硬件電路簡單、輸出觸發(fā)脈沖娃可靠、實,制精度高,可大大提高髓的穩(wěn)定性 和可靠性；4、 齡電動執(zhí)行機構細模樹七設計，為^i控制器工作負擔，采用雙CPU的結構方式， ■ ATMEL公司AT89C55WD芯片控制SPC3通信工作，提高了總線通信的可靠性；5、 本發(fā)明的電動執(zhí)行機構實現(xiàn)了智能化、總線化功能，具有廣闊的市場應用前景。
1圖1是基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的智能電動執(zhí)行機構的整體結構示意圖。圖2是智能電動執(zhí)行機構的tiS檢測,結構示意圖。圖3是智能電動執(zhí)行機構的中央 處理％1^結構示意圖。圖4是智能電動執(zhí)行機構的電機驅(qū)動電路結構示意圖。圖5是智能電動執(zhí)行機構的PROFIBUS-DP總線接口硬件電路(1)。圖6是智能電動執(zhí)行機構的PROFIBUS-DP總線接口硬件電路(2)。具體實1&^;實施例1:一種基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的智能電動執(zhí)行機構(見圖1)，它采用Microchip公司的 高性能數(shù)字信號控制器dsPIC6014A作為中央處理器，S1^置由f體檢測電路、中央繊處理電 路、電機驅(qū)動電路和PROFIBUS-DP總線接口鵬纟賊。其中，電機驅(qū)動電路中包含光電隔離電 路；戶形兌的1體檢測電路由隨傳離、信號調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路構成；信號調(diào)理電路將采 集的{^傳，電壓信號處,送入中央處理電路中的A/D轉(zhuǎn)換?！姥胼斎攵恕Ｖ醒雐dg處理頓各的輸出端連接包含光電隔離電路的電機驅(qū)動電路，電機驅(qū)動電路的輸出端連^i零型固態(tài)繼電器輸入端。J^^fi兌的錢檢測電路(見圖2)由{體傳離、信號調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路構成；傻置 傳S^采用的是高性能的導電塑料精密旋轉(zhuǎn)電位器，用于檢測閥門所處開度位置。閥門開度與反 饋電位器的輸出M值有一一對，性關系。信號調(diào)理電路將采集的位置傳感器電壓信號處S^ 送入中央處理電路中的A/D轉(zhuǎn)換徵央輸A^?！繼;斥說的中^ 處理電路包括(見圖3): dsPIC6014A芯片、晶振電路和復位電路、參考電 壓源電路；所編軟件禾驕aa設定執(zhí)行條件，控制dsPIC60控制指令；晶振電路向dsPIC6014A芯 片掛共時鐘信號；復位電J^Mf共上電復位信號；參考腿源電li^f共A/D轉(zhuǎn)換參考電壓。i^0f說的dsPIC6O14A芯片包含大容量t^I閃存、多個32位定時器和SPI、 SCI、 CAN多 種接口，提供8路PWM控制脈沖信號；晶振電路由電容C3、 C4和晶振體U2構成，用于為14A 芯片進行閥門^B檢測，并發(fā)出相關dsPIC6014A芯片提{共時鐘信號。J^;斤說的電機驅(qū)動電絡(見圖4)包括固態(tài)繼電器和固態(tài)繼電器驅(qū)動電路。用于^K電機正反轉(zhuǎn)的啟動、換向、停止難制；固態(tài)繼電器驅(qū)動電路輸出端D1、 D2分別控制第一、第二固態(tài) 繼電器SSR1，SSR2，實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)控制；控制器的輸出端RFO、 RF1控制伺服電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn) 及停止，使執(zhí)行機構錢與給定閥隨相等。上a^ffi兌的PROFIBUS-DP總線接口電路的單片機與協(xié)i娥制芯片接口電路(見圖5)選用 AIMEL公司AT89C55WD芯片控制SPC3通信工作，并ffi3i異步串^ il信接口 (UART)誠dsPIC6014A主控制器的娜交換。設計中，為提高系統(tǒng)的可靠性，外歸門狗MP813用于對 AT89C55WD鵬制器進行保護。對于AT89C55WD而言，SPC3相當于欲展的一個外部RAM。 SPC3內(nèi)部具有J&tlJif碼電路。此時DB7 Bo是i^/i艦OT總線，可以產(chǎn)生低8位的im和地 址信號，高四位地址由ABo AB3產(chǎn)生，地址范圍從0xl000 0xlFFF，而AB4 AB7產(chǎn)生SPC3 的片選信號，只有AB4 AB7同時為0才選中SPC3 。J^E0f說的PROFIBUS-DP總線接口電路的協(xié)i鵬制芯片RS-485接口電路(見圖6)，為提高 系統(tǒng)可靠'^7K平，設計時選擇DS75176作為總線通信驅(qū)動芯片，它是為數(shù)不多可以滿足12Mbps 波特率的驅(qū)動芯片之一。為了消除外界干擾信號，采用高速光耦(可以滿足12Mbps波特率) HCP7710、 HCP0601進行光電隔離。
權利要求
1、一種基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的智能電動執(zhí)行機構，其特征在于包括；位置檢測電路用于檢測閥門所處開度位置，并將檢測信號進行隔離、放大及濾波后送入中央處理電路；中央處理電路用于對位置檢測電路送入的采集數(shù)據(jù)進行運算處理，并將處理結果的控制信號經(jīng)光電隔離單元輸送到電機驅(qū)動電路，實現(xiàn)對電機驅(qū)動電路的控制；電機驅(qū)動電路用于接受中央處理電路輸送的控制信號，進而控制電機的運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)閥門的開啟或關閉；PROFIBUS-DP總線接口電路與中央處理電路雙向連接，并通過PROFIBUS-DP總線接口和通訊電纜與上位機相連，向上位機上傳電機驅(qū)動電路狀態(tài)信息，便于上位機實施監(jiān)控。
2、根據(jù)權利要求l戶艦的智能電動執(zhí)行機構，辦征在于戶腐的錢檢測電足鮑括位置傳麟采用導電塑料精密旋轉(zhuǎn)電位器，用于檢測閥門所處開度{體；信號調(diào)理電路對由健傳^ 入的頓信"^4行隔離、放妙搶波處理后送入中央處理電路中的A/D轉(zhuǎn)換模塊輸A^;A/D轉(zhuǎn)換 :即中央處理電路中的A/D轉(zhuǎn)換模塊，由Microchip公司的數(shù)字信號控制器 dsPIC6014A的12位精度的片上A/D轉(zhuǎn)換模塊構成。
3、 根據(jù)權利要求1所述的智能電動執(zhí)行機構，其特征在于所述的中央處理電路包括 dsPIC6014A芯片、晶振電路和復位電路、參考電壓源電路；所編軟件程序設定執(zhí)行條件控制 dsPIC6014A芯片對閥門位置檢測、并發(fā)出相雜制指令；晶振鵬向dsPIC6014A芯片掛共時鐘 信號；復位電S^tt電復位信號；參考電壓源電E^f共A/D轉(zhuǎn)^考^ffio
4、 根據(jù)權利要求i戶;M的智能電動執(zhí)行機構，其特征在于戶皿的電機驅(qū)動電路包括由固態(tài)繼電器及其驅(qū)動賊被賊，完成電機正反轉(zhuǎn)的啟動、換向、停腫制；驅(qū)動電路的兩賴出端D1、 D2分別控制第一、第二固態(tài)繼電器SSR1， SSR2，實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)控制；控制器的輸出RF0、 RF1 控制伺服電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及停止，進而控制實現(xiàn)執(zhí)行機構健與給定閥位置相等。
5、 根據(jù)權利要求l戶皿的智能電動執(zhí)行機構，，征在于戶，的PROFIBUS-DP總線接口電 路由單片機與協(xié)i娥制芯片接口電路二部分構成，其中，協(xié)議控制芯片接口電路由協(xié)議控制芯片 和RS-485接口電路構成；單片機與協(xié)i，制芯片由AT89C55WD芯片和PR0FIBUS-DP協(xié)i，制芯片 SPC3構成；PROFIBUS-DP協(xié)iJdS制芯片SPC3艦并行i^-線及輔助線與AT89C55WD單片機相連， 并艦PROFIBUS-DP總線接口和通訊電纜與上位機相連，實現(xiàn)總線i^f彌；AT89C55WD單片t腿 過異步串行通信接口實現(xiàn)與中央處理電路中的dsPIC6014A的數(shù)據(jù)^tf;設計RS-485接口電路時， 為提高系統(tǒng)可靠'ft7K平，選擇DS75176作為總線通信驅(qū)動芯片，并采用高速光耦HCP7710、 HCP0601 進行光電信號隔離。
全文摘要
本發(fā)明旨在實現(xiàn)電動執(zhí)行機構的總線通訊功能，提供一種基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的智能電動執(zhí)行機構。它采用Microchip公司的高性能數(shù)字信號控制器dsPIC6014A作為中央處理器，整個裝置由位置檢測電路、中央數(shù)據(jù)處理電路、電機驅(qū)動電路和PROFIBUS-DP總線接口電路組成。其中，電機驅(qū)動電路中包含光電隔離電路；位置檢測電路由位置傳感器、信號調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路構成，位置傳感器采用導電塑料精密旋轉(zhuǎn)電位器，其輸出端連接信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路輸出端連接中央數(shù)據(jù)處理電路的A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，中央數(shù)據(jù)處理電路的輸出端連接電機驅(qū)動電路。上位機通過PROFIBUS-DP總線實現(xiàn)對電動執(zhí)行機構運行狀況的監(jiān)控和分析功能。
文檔編號G05B19/418GK101221429SQ20071015025
公開日2008年7月16日 申請日期2007年11月21日 優(yōu)先權日2007年11月21日
發(fā)明者岳有軍, 王紅君, 輝 趙, 韓德宇 申請人:天津理工大學