支持環(huán)路冗余控制的智能電動控制執(zhí)行系統(tǒng)及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于智能電動執(zhí)行機構控制技術領域，特別涉及一種支持環(huán)路冗余控制的智能電動控制執(zhí)行系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]電動執(zhí)行機構是自動化領域三大主要儀表之一，隨著制造業(yè)競爭的加劇，制造商更加追求生產(chǎn)設備的可靠性，在石油、化工、冶金、輕工、食品、建材、環(huán)保等行業(yè)自動化的某些系統(tǒng)中，要求控制裝置有極高的可靠性，尤其是那些控制關鍵性生產(chǎn)工序的設備，往往需要采用冗余配置。冗余控制使得系統(tǒng)在運行時不受局部單一故障的影響，可實現(xiàn)在線維護；同時，故障部件離線修理時也不影響系統(tǒng)正常運行，從而可達到提高系統(tǒng)可靠性和降低失效率的目的。合理的冗余設計將大大提高系統(tǒng)的可靠性，有效避免由于控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障而引起的停產(chǎn)或設備損壞造成的經(jīng)濟損失。因此研發(fā)既可以使用4_20mA的模擬技術，也可以使用現(xiàn)場總線通信技術的支持環(huán)路冗余控制的智能電動執(zhí)行機構具有很大的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術問題是針對現(xiàn)有智能電動執(zhí)行機構無法實現(xiàn)環(huán)路冗余控制及高可靠性的問題，提出一種支持環(huán)路控制的智能電動控制執(zhí)行系統(tǒng)及其控制方法。
[0004]本發(fā)明的技術方案為:一種支持環(huán)路冗余控制的智能電動控制執(zhí)行系統(tǒng)，包括主控微控制單元以及與主控微控制單元連接的驅動電路、信號處理電路和電子力矩檢測電路，其特征在于:還包括輔助微控制單元，人機顯示界面、位置發(fā)送器、Modbus環(huán)路冗余通信卡、電源模塊和低功耗處理電路分別與輔助微控制單元連接；所述主控微控制單元和輔助微控制單元之間通過RS-232連接。
[0005]以上所述輔助微控制單元選用PIC18F87K90，帶兩個增強型USART串行通信模塊，可接一塊Modbus環(huán)路冗余通信卡。
[0006]以上所述Modbus環(huán)路冗余通信卡的微控制單元選用PIC18F25K22，帶兩個增強型USART串行通信模塊，且支持中繼功能。
[0007]以上所述支持環(huán)路冗余控制的智能電動控制執(zhí)行系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:開關量和4-20mA模擬量輸入信號經(jīng)過所述信號處理電路處理后送所述主控微控制單元，所述電子力矩檢測電路輸出信號送所述主控微控制單元，所述輔助微控制單元接收所述位置發(fā)送器送來的位置檢測信號處理后送所述主控微控制單元，來自信號處理電路的信號與來自位置發(fā)送器的模擬信號經(jīng)過主控微控制單元進行比較運算，根據(jù)兩者偏差輸出控制信號到所述驅動電路，所述驅動電路輸出控制三相電機運動，所述位置發(fā)送器檢測三相電機的運動信號再反饋回所述輔助微控制單元，形成閉環(huán)控制；所述人機界面設定參數(shù)輸出到所述輔助微控制單元，輔助微控制單元輸出狀態(tài)值給人機界面顯示；所述輔助微控制單元通過所述Modbus環(huán)路冗余通信卡與環(huán)路控制器主控站通訊。
[0008]本發(fā)明的有益效果在于:⑴兼容原有開關量和4_20mA模擬量通信功能；⑵智能電動執(zhí)行機構也可實現(xiàn)Modbus環(huán)路冗余控制，且支持中繼功能，可以對模擬量控制信號和Modbus環(huán)路冗余控制信號進行任意組合；(3)環(huán)路冗余控制是DCS系統(tǒng)成熟的控制技術，提尚了智能電動執(zhí)彳丁機構的尚可靠性，從而進一步提尚了支持環(huán)路幾余控制系統(tǒng)的可用性。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明支持環(huán)路冗余控制的智能電動控制執(zhí)行系統(tǒng)原理框圖；
圖2為本發(fā)明支持環(huán)路冗余控制的智能電動控制執(zhí)行系統(tǒng)通信框圖；
圖3為本發(fā)明典型的環(huán)路冗余控制系統(tǒng)示意圖；
圖4為本發(fā)明環(huán)路故障連接轉換示意圖；
圖5為本發(fā)明Modbus環(huán)路冗余卡從站初始化過程圖。
【具體實施方式】
[0010]圖1是支持環(huán)路冗余控制的智能電動控制執(zhí)行系統(tǒng)原理框圖。支持環(huán)路冗余控制的智能電動控制執(zhí)行系統(tǒng)，包括主控微控制單元8以及與主控微控制單元8連接的驅動電路3、信號處理電路10和電子力矩檢測電路12，其特征在于:還包括輔助微控制單元9，人機顯示界面2、位置發(fā)送器4、ModbuS環(huán)路冗余通信卡6、電源模塊7和低功耗處理電路11分別與輔助微控制單元9連接；所述主控微控制單元8和輔助微控制單元9之間通過RS-232連接交換數(shù)據(jù)。整個控制分兩個微控制單元來實現(xiàn)，主控微控制單元8負責系統(tǒng)的控制和保護部分，輔助微控制單元9負責顯示、操作、計數(shù)和低功耗控制。輔助微控制單元9與環(huán)路冗余通信卡6之間用RS-232來交換數(shù)據(jù)。驅動電路3還包括固態(tài)繼電器及其組成的控制電路；電源模塊7為主控微處理器8和輔助微處理器9提供電源。
[0011]開關量和4-20mA模擬量輸入信號經(jīng)過信號處理電路10處理后送主控微控制單元8，電子力矩檢測電路12輸出信號送主控微控制單元8，輔助微控制單元9接收位置發(fā)送器送來的位置檢測信號處理后送主控微控制單元8，來自信號處理電路10的信號與來自位置發(fā)送器4的模擬信號經(jīng)過主控微控制單元8進行比較運算，根據(jù)兩者偏差輸出控制信號到驅動電路3，驅動電路3輸出控制三相電機5運動，三相電機5的行程同時通過位置發(fā)送器4反饋到輔助微控制單元9形成閉環(huán)控制。同時，Modbus環(huán)路冗余通信卡與環(huán)路控制器主控站通訊，外界信號還可通過Modbus環(huán)路冗余通信卡6處理后送入輔助微控制單元9。人機界面2設定參數(shù)輸出輔助微控制單元9，該輔助微控制單元9輸出狀態(tài)值給人機界面2顯不O
[0012]本發(fā)明通過設置Modbus環(huán)路冗余通信卡6、主控微控制單元8，輔助微控制單元9，
4-20mA模擬量輸入信號經(jīng)過信號處理電路10送主控微控制單元8與來自輔助微控制單元9接收的位置發(fā)送器4送來的位置檢測信號經(jīng)過主控微控制單元8處理，進行比較運算，根據(jù)兩者偏差輸出控制信號到驅動電路3，實現(xiàn)智能電動執(zhí)行機構的定位并帶動電機5運動，電機5的行程同時通過位置發(fā)送器4反饋到輔助微控制單元9形成閉環(huán)控制；同時，Modbus環(huán)路冗余通信卡6通過處于工作狀態(tài)的環(huán)路冗余通信接口接收來自環(huán)路控制器主控站的數(shù)據(jù)，轉發(fā)給智能電動執(zhí)行機構本體上輔助微控制單元9進行處理，處理的結果經(jīng)過處于工作狀態(tài)的環(huán)路冗余通信接口發(fā)送給環(huán)路控制器主控站(通信框圖如圖2所示)。本發(fā)明中，遠程控制源設置為Modbus環(huán)路冗余通信時，主要變量，控制信息，其他過程參數(shù)、設備組態(tài)、校準和組態(tài)信息都由智能電動執(zhí)行機構本體上輔助微控制單元9通過環(huán)路冗余通信卡6收發(fā)。
[0013]本發(fā)明的主控微控制單元8內部集成8通道12位ADC轉換器、2通道電壓型12位DAC轉換器、高達62KB片內FLASH/EER0M存儲器、4KB片內FLASH/EERAM存儲器以及2KB片內數(shù)據(jù)XRAM存儲器可以節(jié)省許多外圍芯片，大大簡化硬件電路設計。
[0014]本發(fā)明的輔助微控制單元9可選用PIC18F87K90。PIC1