支持環(huán)路冗余控制的智能電動(dòng)控制執(zhí)行系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種支持環(huán)路冗余控制的智能電動(dòng)控制執(zhí)行系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是自動(dòng)化領(lǐng)域三大主要儀表之一，隨著制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，制造商更加追求生產(chǎn)設(shè)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(dòng)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(guān)鍵性生產(chǎn)工序的設(shè)備，往往需要采用冗余配置。冗余控制使得系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)不受局部單一故障的影響，可實(shí)現(xiàn)在線維護(hù)；同時(shí)，故障部件離線修理時(shí)也不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，從而可達(dá)到提高系統(tǒng)可靠性和降低失效率的目的。合理的冗余設(shè)計(jì)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(shè)備損壞造成的經(jīng)濟(jì)損失。因此研發(fā)既可以使用4_20mA的模擬技術(shù)，也可以使用現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)的支持環(huán)路冗余控制的智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)環(huán)路冗余控制及高可靠性的問(wèn)題，提出一種支持環(huán)路控制的智能電動(dòng)控制執(zhí)行系統(tǒng)及其控制方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種支持環(huán)路冗余控制的智能電動(dòng)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(qū)動(dòng)電路、信號(hào)處理電路和電子力矩檢測(cè)電路，其特征在于:還包括輔助微控制單元，人機(jī)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(guò)RS-232連接。
[0005]以上所述輔助微控制單元選用PIC18F87K90，帶兩個(gè)增強(qiáng)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(gè)增強(qiáng)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(dòng)控制執(zhí)行系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:開(kāi)關(guān)量和4-20mA模擬量輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)所述信號(hào)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(cè)電路輸出信號(hào)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(lái)的位置檢測(cè)信號(hào)處理后送所述主控微控制單元，來(lái)自信號(hào)處理電路的信號(hào)與來(lái)自位置發(fā)送器的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)主控微控制單元進(jìn)行比較運(yùn)算，根據(jù)兩者偏差輸出控制信號(hào)到所述驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路輸出控制三相電機(jī)運(yùn)動(dòng)，所述位置發(fā)送器檢測(cè)三相電機(jī)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)再反饋回所述輔助微控制單元，形成閉環(huán)控制；所述人機(jī)界面設(shè)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(jī)界面顯示；所述輔助微控制單元通過(guò)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(kāi)關(guān)量和4_20mA模擬量通信功能；⑵智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)也可實(shí)現(xiàn)Modbus環(huán)路冗余控制，且支持中繼功能，可以對(duì)模擬量控制信號(hào)和Modbus環(huán)路冗余控制信號(hào)進(jìn)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(shù)，提尚了智能電動(dòng)執(zhí)彳丁機(jī)構(gòu)的尚可靠性，從而進(jìn)一步提尚了支持環(huán)路幾余控制系統(tǒng)的可用性。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明支持環(huán)路冗余控制的智能電動(dòng)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(dòng)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(zhuǎn)換示意圖；
圖5為本發(fā)明Modbus環(huán)路冗余卡從站初始化過(guò)程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]圖1是支持環(huán)路冗余控制的智能電動(dòng)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(dòng)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(qū)動(dòng)電路3、信號(hào)處理電路10和電子力矩檢測(cè)電路12，其特征在于:還包括輔助微控制單元9，人機(jī)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(guò)RS-232連接交換數(shù)據(jù)。整個(gè)控制分兩個(gè)微控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)，主控微控制單元8負(fù)責(zé)系統(tǒng)的控制和保護(hù)部分，輔助微控制單元9負(fù)責(zé)顯示、操作、計(jì)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(lái)交換數(shù)據(jù)。驅(qū)動(dòng)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(kāi)關(guān)量和4-20mA模擬量輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路10處理后送主控微控制單元8，電子力矩檢測(cè)電路12輸出信號(hào)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(lái)的位置檢測(cè)信號(hào)處理后送主控微控制單元8，來(lái)自信號(hào)處理電路10的信號(hào)與來(lái)自位置發(fā)送器4的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)主控微控制單元8進(jìn)行比較運(yùn)算，根據(jù)兩者偏差輸出控制信號(hào)到驅(qū)動(dòng)電路3，驅(qū)動(dòng)電路3輸出控制三相電機(jī)5運(yùn)動(dòng)，三相電機(jī)5的行程同時(shí)通過(guò)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(shí)，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(hào)還可通過(guò)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(jī)界面2設(shè)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(jī)界面2顯不O
[0012]本發(fā)明通過(guò)設(shè)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(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路10送主控微控制單元8與來(lái)自輔助微控制單元9接收的位置發(fā)送器4送來(lái)的位置檢測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)主控微控制單元8處理，進(jìn)行比較運(yùn)算，根據(jù)兩者偏差輸出控制信號(hào)到驅(qū)動(dòng)電路3，實(shí)現(xiàn)智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的定位并帶動(dòng)電機(jī)5運(yùn)動(dòng)，電機(jī)5的行程同時(shí)通過(guò)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(shí)，Modbus環(huán)路冗余通信卡6通過(guò)處于工作狀態(tài)的環(huán)路冗余通信接口接收來(lái)自環(huán)路控制器主控站的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)給智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)本體上輔助微控制單元9進(jìn)行處理，處理的結(jié)果經(jīng)過(guò)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(yuǎn)程控制源設(shè)置為Modbus環(huán)路冗余通信時(shí)，主要變量，控制信息，其他過(guò)程參數(shù)、設(shè)備組態(tài)、校準(zhǔn)和組態(tài)信息都由智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)本體上輔助微控制單元9通過(guò)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(nèi)部集成8通道12位ADC轉(zhuǎn)換器、2通道電壓型12位DAC轉(zhuǎn)換器、高達(dá)62KB片內(nèi)FLASH/EER0M存儲(chǔ)器、4KB片內(nèi)FLASH/EERAM存儲(chǔ)器以及2KB片內(nèi)數(shù)據(jù)XRAM存儲(chǔ)器可以節(jié)省許多外圍芯片，大大簡(jiǎn)化硬件電路設(shè)計(jì)。
[0014]本發(fā)明的輔助微控制單元9可選用PIC18F87K90。PIC1