8F87K90具有一系列串行通信外設(shè)，其中包括兩個增強(qiáng)型USART串行通信模塊，可接一塊Modbus環(huán)路冗余通信卡；24路12位A/D轉(zhuǎn)換器；LP看門狗定時器(WDT);帶IXD驅(qū)動器；高達(dá)128KB的FLASH存儲器、4KB的RAM存儲器可以節(jié)省許多外圍芯片，大大簡化硬件電路設(shè)計。
[0015]本發(fā)明的環(huán)路冗余通信卡6的微控制單元可選用PIC18F25K22，其中包括兩個增強(qiáng)型EUSART串行通信模塊，該串行通信模塊可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的RS-232通信，且支持中繼功能；10位A/D轉(zhuǎn)換器；LP看門狗定時器(WDT) ;32KB的FLASH存儲器、1.5KB的RAM存儲器和256Byte的數(shù)據(jù)EPPROM存儲器。
[0016]環(huán)路冗余通信系統(tǒng)采用雙線電纜依次連接每一個現(xiàn)場控制單元，從主控站發(fā)出信號并返回，用一根雙芯電纜形成一個雙線環(huán)路。每個現(xiàn)場設(shè)備均具備兩個方向上冗余的通訊通道。使用雙通道通訊可以保護(hù)整個系統(tǒng)在一個通道通訊故障時，防止整個系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰。數(shù)據(jù)傳送使用普遍接受的Modbus RTU通訊協(xié)議，同時，產(chǎn)品支持中繼功能，即現(xiàn)場安裝時無需額外的中繼器。
[0017]典型的環(huán)路冗余控制系統(tǒng)如圖3所示，正常工作時，端口 A和端口 B都即可以作為發(fā)送器也可作為接收器。端口 A作為發(fā)送器時，端口 B即為接收器，此時，從主控站發(fā)出的Modbus請求數(shù)據(jù)幀，從端口 A的“出”到端口 B的“入”，再從端口 B的“出”到端口 A的“入”。同理，端口 B作為發(fā)送器時，端口 A即為接收器，此時，從主控站發(fā)出的Modbus請求數(shù)據(jù)幀，從端口 B的“出”到端口 A的“入”，再從端口 A的“出”到端口 B的“入”。
[0018]通常，電纜采用雙線環(huán)路的連接方式，這樣任何一個回路損壞或發(fā)生短路、斷路等故障時都不會影響另一回路的正常通信。如果出現(xiàn)現(xiàn)場線路或現(xiàn)場模塊故障，系統(tǒng)可以將故障旁路或隔離，同時可以保持系統(tǒng)所有其它部分的正?？刂?。例如，從主站發(fā)起的信號如果沒有到達(dá)位于故障后面的現(xiàn)場單元，我們可選用冗余回路中的另一路經(jīng)來完成其它現(xiàn)場單元信號的通信工作，如圖4所示。
[0019]本發(fā)明的控制系統(tǒng)在正常上電時，Modbus環(huán)路冗余通信卡和4_20mA模擬量輸入卡分別進(jìn)行初始化，如果控制方式為遠(yuǎn)程Modbus通信，環(huán)路控制器主控站與環(huán)路冗余通信接口中的Modbus環(huán)路冗余通信卡交換數(shù)據(jù)前，主站必須定義從站參數(shù)并組態(tài)此從站，即完成對從站(環(huán)路冗余通信卡)上電初始化過程。從站(環(huán)路冗余通信卡)初始化過程如圖5所示:環(huán)路控制器主站首先檢查環(huán)路冗余通信接口的Modbus環(huán)路冗余通信卡(從站)是否在總線上，如果該環(huán)路冗余通信卡處于工作狀態(tài)，則主站通過請求從站診斷數(shù)據(jù)來檢查環(huán)路冗余通信卡準(zhǔn)備情況，當(dāng)處于工作狀態(tài)環(huán)路冗余通信卡報告它已準(zhǔn)備好時，主站將從站參數(shù)數(shù)據(jù)和組態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給該Modbus環(huán)路冗余通信卡，主站再請求從站的診斷數(shù)據(jù)以確信該環(huán)路冗余通信卡是否準(zhǔn)備就緒。完成參數(shù)化和組態(tài)數(shù)據(jù)對比后，主站開始與處于工作狀態(tài)的環(huán)路冗余通信卡循環(huán)交換用戶數(shù)據(jù)。
[0020]處于工作狀態(tài)的環(huán)路冗余通信卡在正常通信時，會啟動內(nèi)部看門狗WDT對通信過程監(jiān)視，一旦WDT溢出，表示該環(huán)路冗余通信卡通訊出現(xiàn)故障。WDT超時會強(qiáng)制器件復(fù)位，系統(tǒng)會重啟。
[0021]本發(fā)明在智能電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)開關(guān)量和4_20mA模擬量通信功能的基礎(chǔ)上增加了環(huán)路冗余通信控制，支持冗余的Modbus通信，且支持中繼功能，可以對模擬量控制信號和環(huán)路冗余控制信號進(jìn)行任意組合，典型設(shè)置為:控制部分通過傳統(tǒng)模擬量實(shí)現(xiàn)，信息反饋及故障診斷等通過環(huán)路冗余控制信號實(shí)現(xiàn)。同原有現(xiàn)場總線型智能電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)一樣，本發(fā)明可以通過紅外遙控器設(shè)定全部的參數(shù)，如控制方式、輸出報警開關(guān)組態(tài)、觸點(diǎn)設(shè)置等，也可通過現(xiàn)場總線進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和設(shè)置。此外，環(huán)路冗余控制技術(shù)是DCS系統(tǒng)成熟的控制技術(shù)，便于設(shè)計具有高可靠性的環(huán)路冗余控制系統(tǒng)。
【主權(quán)項】
1.一種支持環(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(qū)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(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RS-232 連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述支持環(huán)路冗余控制的智能電動控制執(zhí)行系統(tǒng)，其特征在于:所述輔助微控制單元選用PIC18F87K90，帶兩個增強(qiáng)型USART串行通信模塊，可接一塊Modbus環(huán)路冗余通信卡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述支持環(huán)路冗余控制的智能電動控制執(zhí)行系統(tǒng)，其特征在于: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(qiáng)型USART串行通信模塊，且支持中繼功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1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(guān)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(jìn)行比較運(yùn)算，根據(jù)兩者偏差輸出控制信號到所述驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路輸出控制三相電機(jī)運(yùn)動，所述位置發(fā)送器檢測三相電機(jī)的運(yùn)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(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所述Modbus環(huán)路冗余通信卡與環(huán)路控制器主控站通訊。
【專利摘要】本發(fā)明屬于電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制技術(shù)領(lǐng)域，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)，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(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RS-232連接。本發(fā)明兼容原有開關(guān)量和4-20mA模擬量通信功能；智能電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以對模擬量控制信號和Modbus環(huán)路冗余控制信號進(jìn)行任意組合；環(huán)路冗余控制是DCS系統(tǒng)成熟的控制技術(shù)，提高了智能電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的高可靠性。
【IPC分類】G05B19-048, G05B19-042
【公開號】CN104597827
【申請?zhí)枴緾N201410846585
【發(fā)明人】楊英翠, 趙勇, 丁戍衛(wèi), 張慶軍, 蔣承洲
【申請人】上海自動化儀表股份有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月31日