CN103901858A - 一种基于内部总线的电动执行器控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于内部总线的电动执行器控制系统及其控制方法，包括：一主控模块，统筹分析其它模块反馈的信号，并发出相应的指令控制其它模块；一I/O模块，用于实现与电动执行器外部的连接；一电机驱动模块，用于驱动电机带动负载运转；一UI模块，用于驱动显示器；以及一电源模块，转换为适用上述各模块工作的内部直流电源；还包括一内部总线，所述内部总线包括信号总线和内部电源线，所述信号总线作为信号传输的媒介，所述内部电源线作为上述各模块公共的供电线路。采用信号总线连接系统中各个模块，实现信号的传输；采用内部电源线作为公共的电源供电线路，来实现电能的传输；采用分布式控制系统，既能分布控制又可以集中管理。

Description

一种基于内部总线的电动执行器控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及控制系统，具体涉及一种基于内部总线的电动执行器控制系统及其控制方法，通过内部总线和内部电源线实现信号和电能的传输。

背景技术

目前，现有的电动执行器多采用集中式控制，也就是采用单块主控板集成信号采集、控制、驱动等功能。采用集中式控制的电动执行器，集成度越高，所用线束就越多，物理连接越复杂，由此降低了执行器运行的可靠性以及安装、维护等的便捷性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于内部总线的电动执行器控制系统及其控制方法，采用信号总线连接系统中各个模块，实现信号的传输；采用内部电源线作为公共的电源供电线路，来实现电能的传输；采用分布式控制系统，既能分布控制又可以集中管理。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于内部总线的电动执行器控制系统及其控制方法，包括：

一主控模块，统筹分析其它模块反馈的信号，并发出相应的指令控制其它模块；

一I/O模块，用于实现与电动执行器外部的连接，处理、转换模拟量及数字量的输入输出信号；

一电机驱动模块，用于驱动电机带动负载运转；

一UI模块，用于驱动显示器，以及接收处理外部控制的信号，实现人机界面交互式操作；

以及一电源模块，用于对外部交流电或直流电的进行处理，转换为适用上述各模块工作的内部直流电源；

还包括一将上述主控模块，I/O模块，电机驱动模块，UI模块以及电源模块相互连通的内部总线，

所述内部总线包括信号总线和内部电源线，所述信号总线作为信号传输的媒介，所述内部电源线作为上述各模块公共的供电线路。

在本发明的一个优选实施例中，所述主控模块，I/O模块，电机驱动模块，UI模块以及电源模块均安装固定于模块线路板上，

所述模块线路板上还固定设置有插座，所述内部总线上设置有插头，将所述插头对应插入所述插座内，并将上述各模块相互连通，其中插头和插座构成一接插件。

在本发明的一个优选实施例中，所述主控模块，I/O模块，电机驱动模块，UI模块均包括一处理器，一通过接插件连接内部电源线的稳压电路，以及一通过接插件连接信号总线的通讯电路。

在本发明的一个优选实施例中，主控模块处理器作为总控制中心，用于对其他模块进行信号总线通讯自检和用于接收其他模块反馈的信号，以及并对其他模块发出相应的控制指令。

在本发明的一个优选实施例中，I/O模块处理器用于接收主控摸块发出的控制指令，及接收数字量、模拟量的输出信号并进行处理，以及在信号总线通讯自检时向主控模块发出相应的反馈信号；

I/O模块还包括一与I/O模块处理器连接的模拟量输入输出电路和数字量输入输出电路，所述模拟量输入输出电路和数字量输入输出电路还与外部系统相连接，用以接收上位机及其他控制系统发出的控制命令，并向上位机及其他控制系统反馈当前执行器的运行状态。

在本发明的一个优选实施例中，电机驱动模块处理器接收主控模块发出的控制指令，并对电机驱动电路发出相应的控制指令；同时在信号总线通讯自检时向主控模块发出相应的反馈信号；

电机驱动模块还包括一电机驱动电路，电机驱动电路与电机驱动模块处理器相连接，接收电机驱动模块处理器发出的控制指令，并驱动电机转动。

在本发明的一个优选实施例中，UI模块处理器接收主控模块发出的控制指令，及接收遥控电路、面板控制电路的控制信号，对控制信号进行处理后向显示器驱动电路发出相应的控制指令，同时在信号总线通讯自检时向主控模块发出相应的反馈信号；

还包括一与UI模块处理器连接的遥控电路和面板控制电路，根据发出的不同控制信号，向UI模块处理器反馈不同的信号；

一显示器驱动电路，显示器驱动电路接收UI模块处理器发出的控制指令，驱动显示器显示不同的信息。

在本发明的一个优选实施例中，所述电源模块包括：

一电源模块处理器，所述电源模块处理器接收主控模块发出的控制指令，及接收整流稳压电路的输出信号，并在信号总线通讯自检时向主控控模块发出相应的反馈信号；

一与电源模块处理器连接的通讯电路，所述通讯电路通过接插件与信号总线连通，并作为电源模块与其余模块的信号中转站；

以及一整流稳压电路，整流稳压电路输入端与交流电网相连接，并对输入的电网电压进行整流稳压后输出稳定的直流电源并输送到内部电源线。

在本发明的一个优选实施例中，还包括一信号采集电路，设置于任意模块内部，采集外部检测信号，用于送至与信号采集电路连接的任意模块的处理器中。

一种基于内部总线的电动执行器控制方法，包括以下步骤：

步骤一，I/O模块接受“目标阀位”的外部控制指令，并将“目标阀位”的外部控制指令进行运算处理，转换为信号总线识别的串行信号A，并传递到主控模块；

步骤二，信号采集电路采集“当前阀位”信号，并将“当前阀位”信号经过运算处理转换为信号总线识别的串行信号B，并传递到主控模块；

步骤三，主控模块将串行信号A以及串行信号B进行比对，当串行信号A以及串行信号B相同时候，控制动作停止；一旦串行信号A以及串行信号B不相同的时候，主控模块通过信号总线发出控制指令给电机驱动模块；

步骤四，电机驱动模块进行动作，使得“当前阀位”信号满足于“目标阀位”，直至主控模块检测到串行信号A以及串行信号B相同，则电机驱动模块驱动操作完成。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、物理连接方面，采用直接焊接方式或者拔插方式，将各个模块与内部总线相连接。因不再采用连接线的方式来实现模块线路板与接线盘之间的物理连接，故线束数目会大幅度减少。

2、模块之间的物理连接采用内部总线形式，只需四条线路就能实现，两条内部电源线传输电能，两条信号总线传输信号，同样大幅度减少连接线的数目。

3、模块化的线路板，均采用处理器控制，实现模块的智能化，以及用以实现模块间的通讯及系统的自检。

4、系统的自检功能方便用户查找出现故障的模块，线束的大幅减少，提高了运行的可靠性及安装、后续维护维修的便捷性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的工作原理图。

图2为本发明的物理连接图。

图3为本发明的主控模块的工作原理图。

图4为本发明的I/O模块的工作原理图。

图5为本发明的电机驱动模块的工作原理图。

图6为本发明的UI模块的工作原理图。

图7为本发明的电源模块工作原理图。

图8为本发明的工作流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，本实施例，一种基于内部总线的电动执行器控制系统及其控制方法，包括：一主控模块100、一I/O模块200、一电源模块300、一电机驱动模块400、一UI模块500，以及一信号总线600、一内部电源线700共同构成的内部总线。一信号总线600采用串行信号传输技术，其中主控模块100为信号总线上的主要节点。

如图2所示，模块间的连接采用羊角插座和扁平线构成的接插件实现。扁平线中包括两条信号总线及两条内部电源线。模块线路板上安装有羊角插座，扁平线上安装有相应的插头，只需将插头与羊角插座对应连接，即可实现模块之间的物理连接。

本实施例主要模块说明如下：

如图3所示，主控模块100，包括：一CPU101，作为总控制中心，用于对其他模块进行信号总线通讯自检和用于接收其他模块反馈的信号，以及并对其他模块发出相应的控制指令。

信号总线通讯自检：主控模块发出特定的数字信号，分别给到其它模块，其它模块接收到此信号后，向主控模块发出反馈信号，若通信失败，则不反馈信号；任意两个模块之间的通讯，主要是在系统自检并相互备份数据时才会出现。

一第一稳压电路103，通过接插件形式与内部电源线700直接相连，接收内部电源线700上的直流稳压电源，第一稳压电路103对电源降压处理后给CPU101、第一通讯电路102供给电源；

一第一通讯电路102，第一通讯电路102在模块内与CPU101相连接，模块外部通过接插件与信号总线600相连接，第一通讯电路102对CPU101发出的指令信号进行处理后，通过与其连接的信号总线600发送到相应的模块，其他模块反馈的信号通过信号总线600传到第一通讯电路102处理，然后给到CPU101进行处理分析。

如图4所示，I/O模块200，包括：一第一MCU电路201，用于接收主控摸块发出的控制指令，及接收数字量、模拟量的输出信号并进行处理，以及在信号总线通讯自检时向主控模块发出相应的反馈信号；

一模拟量输入输出电路204、一数字量输入输出电路205，模拟量输入输出电路204和数字量输入输出电路205还与外部系统相连接，用以接收上位机及其他控制系统发出的控制命令，并向上位机及其他控制系统反馈当前执行器的运行状态；

该I/O模块还能进行自检：

1、模拟量输入输出功能自检，将模拟量输出端与模拟量输入端短接，对模拟量输入、输出两个电流值进行比较，用以验证输入的信号与输出的信号是否一致，来验证I/O模块的模拟量输入输出功能准确性；

2、数字量输入输出功能自检，将数字量输入输出端短接，对两端口的信号进行比较，用以验证输入输出的信号是否一致，来验证I/O数字量输入输出功能准确性；

一第二稳压电路203，通过接插件形式与内部电源线700直接相连，接收内部电源线700上的直流稳压电源，第二稳压电路203对电源降压处理后给第一MCU电路201、第二通讯电路202、模拟量输入输出电路204、数字量输入输出电路205提供电源；

一第二通讯电路202，第二通讯电路202在模块内与MUC电路201相连接，模块外部通过接插件与信号总线600相连接，第二通讯电路202对第一MCU电路201向主控模块发出的反馈信号进行处理，后通过与其连接的信号总线600发送到其他模块，主控模块100发出的控制指令及其他模块的反馈信号通过信号总线600传到第二通讯电路202处理，后给到第一MCU电路201进行处理分析。

如图5所示，电源模块300，包括：一第二MCU电路301，接收主控模块100发出的控制指令，及接收整流稳压电路303的输出信号，并在信号总线通讯自检时向主控控模块发出相应的反馈信号；以及接收信号采集电路304的输出信号，对该输出信号进行处理后向其他控模块发出相应的信号；

一整流稳压电路303，整流稳压电路303输入端与交流电网相连接，不同型号的执行器与不同电压的外部电网相连接并输入不同的电压（如380V电压或220V电压），整流稳压电路303对输入的电网电压进行整流稳压后输出稳定的直流电源并输送到执行器内部电源线700；

同时，整流稳压电路303还需为第二MCU电路301、第三通讯电路302、信号采集电路304提供电源；

一信号采集电路304，主要采集阀位信号、电网电压等信号，并将信号传送到第二MCU电路301；本实施例中将信号采集电路放置于电源模块中，但是在实际应用过程中，不局限该设计，也可以讲信号采集电路放置于其余模块中。

一第三通讯电路302，第三通讯电路302在模块内与第二MCU电路301相连接，模块外部通过接插件与信号总线600相连接，第三通讯电路302对第二MCU电路301向主控模块发出的反馈信号进行处理，后通过与其连接的信号总线600发送到其他模块，主控模块100发出的控制指令和其他模块的反馈信号，通过信号总线600传到第三通讯电路302处理，后给到第二MCU电路301处理分析。

如图6所示，电机驱动模块400，包括：一第三MCU电路401，接收主控模块100发出的控制指令，并对电机驱动电路404发出相应的控制指令；同时在信号总线通讯自检时向主控模块发出相应的反馈信号；

一电机驱动电路404，电机驱动电路404与第三MCU电路401相连接，接收第三MCU电路401发出的控制指令，并驱动电机转动；

一第四稳压电路403，第四稳压电路403与内部电源线700相连接，将电源线上的电压降压处理后为第三MCU电路401、第四通讯电路402、电机驱动电路404提供电源；

一第四通讯电路402，第四通讯电路402在模块内与第三MCU电路401相连接，模块外部通过接插件与信号总线600相连接，第四通讯电路402对MCU系统电路401向其他模块发出的反馈信号进行处理，后通过与其连接的信号总线600发送到其他模块，主控模块100发出的控制指令和其他模块的反馈信号，通过信号总线600传到第四通讯电路402处理，后给到第三MCU电路401处理分析。

如图7所示，UI模块500，包括：一第四MCU电路501，接收主控模块100发出的控制指令，及接收遥控电路504、面板控制电路506的控制信号，对信号进行处理后向显示器驱动电路505发出相应的控制指令，同时在信号总线通讯自检时向主控模块发出相应的反馈信号；

一遥控电路504、面板控制电路506，遥控电路504、面板控制电路506均与第四MCU电路501相连接，根据发出的不同控制信号，向第四MCU电路501反馈不同的信号；

一显示器驱动电路505，显示器驱动电路505接收第四MCU电路501发出的控制指令，驱动显示器显示不同的信息；

一第五稳压电路503，第五稳压电路503与内部电源线700相连接，将内部电源线700上的电压降压处理后为MCU系统电路501、第五通讯电路502、遥控电路504、显示器驱动电路505、面板控制电路506提供电源；

一第五通讯电路502，第五通讯电路502在模块内与第四MCU电路501相连接，模块外部通过接插件与信号总线600相连接，第五通讯电路502对第四MCU电路501向其他模块发出的反馈信号进行处理，后通过与其连接的串行信号总600发送到其他模块，主控模块100发出的控制指令和其他模块的反馈信号，通过信号总线600传到第五通讯电路502处理，后给到第四MCU电路501处理分析。

上述模块内部根据需要，会有相应的电流检测电路，来检测监控整机功率的消耗情况。

参照图8，一种基于内部总线的电动执行器控制方法，包括以下步骤：

1、上位机发出开关量或模拟量“目标阀位”控制信号，控制信号通过外部线路传递到I/O模块，该I/O模块能进行自检，自检完成后，进行相关操作；

2、I/O模块对上位机发出的“目标阀位“信号进行运算处理，转换信号总线识别的串行信号A传递到主控模块；

3、信号采集电路采集“当前阀位”信号，并将“当前阀位”信号经过运算处理转换为信号总线识别的串行信号B，并传递到主控模块

4、主控模块接收到“目标阀位”A信号和“当前阀位”B信号，对A、B两组信号进行对比；

5、A信号等于B信号，控制动作停止；

6、A信号不等于B信号，主控模块发出控制指令到电机驱动模块，电机驱动模块驱动电机向“目标阀位”转动，同时将“当前阀位”信号实时传递到主控模块；

7、循环回到第4步；

8、主控模块控制电机驱动模块的同时，接收电机驱动模块发出的“当前阀位”信号，将“当前阀位”信号处理后对UI模块发出控制指令，UI模块能够实时显示“当前阀位”数值。

上述步骤中的“当前阀位”的数值通过信号总线传递至UI模块，并通过UI模块实时显示。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基于内部总线的电动执行器控制系统，其特征在于，包括：

一主控模块，统筹分析其它模块反馈的信号，并发出相应的指令控制其它模块；

一I/O模块，用于实现与电动执行器外部的连接，处理、转换模拟量及数字量的输入输出信号；

一电机驱动模块，用于驱动电机带动负载运转；

一UI模块，用于驱动显示器，以及接收处理外部控制的信号，实现人机界面交互式操作；

以及一电源模块，用于对外部交流电或直流电的进行处理，转换为适用上述各模块工作的内部直流电源；

还包括一将上述主控模块，I/O模块，电机驱动模块，UI模块以及电源模块相互连通的内部总线，

所述内部总线包括信号总线和内部电源线，所述信号总线作为信号传输的媒介，所述内部电源线作为上述各模块公共的供电线路。

2.根据权利要求1所述的一种基于内部总线的电动执行器控制系统，其特征在于：所述主控模块，I/O模块，电机驱动模块，UI模块以及电源模块均安装固定于模块线路板上，

所述模块线路板上还固定设置有插座，所述内部总线上设置有插头，将所述插头对应插入所述插座内，并将上述各模块相互连通，其中插头和插座构成一接插件。

3.根据权利要求2所述的一种基于内部总线的电动执行器控制系统，其特征在于：所述主控模块，I/O模块，电机驱动模块，UI模块均包括一处理器，一通过接插件连接内部电源线的稳压电路，以及一通过接插件连接信号总线的通讯电路。

4.根据权利要求3所述的一种基于内部总线的电动执行器控制系统，其特征在于：主控模块处理器作为总控制中心，用于对其他模块进行信号总线通讯自检和用于接收其他模块反馈的信号，以及并对其他模块发出相应的控制指令。

5.根据权利要求3所述的一种基于内部总线的电动执行器控制系统，其特征在于：I/O模块处理器用于接收主控摸块发出的控制指令，及接收数字量、模拟量的输出信号并进行处理，以及在信号总线通讯自检时向主控模块发出相应的反馈信号；

I/O模块还包括一与I/O模块处理器连接的模拟量输入输出电路和数字量输入输出电路，所述模拟量输入输出电路和数字量输入输出电路还与外部系统相连接，用以接收上位机及其他控制系统发出的控制命令，并向上位机及其他控制系统反馈当前执行器的运行状态。

6.根据权利要求3所述的一种基于内部总线的电动执行器控制系统，其特征在于：电机驱动模块处理器接收主控模块发出的控制指令，并对电机驱动电路发出相应的控制指令；同时在信号总线通讯自检时向主控模块发出相应的反馈信号；

电机驱动模块还包括一电机驱动电路，电机驱动电路与电机驱动模块处理器相连接，接收电机驱动模块处理器发出的控制指令，并驱动电机转动。

7.根据权利要求3所述的一种基于内部总线的电动执行器控制系统，其特征在于：UI模块处理器接收主控模块发出的控制指令，及接收遥控电路、面板控制电路的控制信号，对控制信号进行处理后向显示器驱动电路发出相应的控制指令，同时在信号总线通讯自检时向主控模块发出相应的反馈信号；

还包括一与UI模块处理器连接的遥控电路和面板控制电路，根据发出的不同控制信号，向UI模块处理器反馈不同的信号；

一显示器驱动电路，显示器驱动电路接收UI模块处理器发出的控制指令，驱动显示器显示不同的信息。

8.根据权利要求1所述的一种基于内部总线的电动执行器控制系统，其特征在于：所述电源模块包括：

一电源模块处理器，所述电源模块处理器接收主控模块发出的控制指令，及接收整流稳压电路的输出信号，并在信号总线通讯自检时向主控控模块发出相应的反馈信号；

一与电源模块处理器连接的通讯电路，所述通讯电路通过接插件与信号总线连通，并作为电源模块与其余模块的信号中转站；

以及一整流稳压电路，整流稳压电路输入端与交流电网相连接，并对输入的电网电压进行整流稳压后输出稳定的直流电源并输送到内部电源线。

9.根据权利要求1所述的一种基于内部总线的电动执行器控制系统，其特征在于：还包括一信号采集电路，设置于任意模块内部，采集外部检测信号，用于送至与信号采集电路连接的任意模块的处理器中。

10.一种基于内部总线的电动执行器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，I/O模块接受“目标阀位”的外部控制指令，并将“目标阀位”的外部控制指令进行运算处理，转换为信号总线识别的串行信号A，并传递到主控模块；

步骤二，信号采集电路采集“当前阀位”信号，并将“当前阀位”信号经过运算处理转换为信号总线识别的串行信号B，并传递到主控模块；

步骤三，主控模块将串行信号A以及串行信号B进行比对，当串行信号A以及串行信号B相同时候，控制动作停止；一旦串行信号A以及串行信号B不相同的时候，主控模块通过信号总线发出控制指令给电机驱动模块；

步骤四，电机驱动模块进行动作，使得“当前阀位”信号满足于“目标阀位”，直至主控模块检测到串行信号A以及串行信号B相同，则电机驱动模块驱动操作完成。

Images