CN105302035A - 具有冗余功能的profibus总线型电动执行机构控制器 - Google Patents

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宋喆
刘伟
张中远
安文彬
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Abstract

本发明属于电动执行器技术领域，尤其涉及一种具有冗余功能的PROFIBUS总线型电动执行机构控制器。包括第一微处理器、第二微处理器和第三处理器，第一微处理器分别与第二微处理器和第三微处理器都通过串行通信接口双向连接，第一微处理器通过I/O接口分别与按键及显示模块相连接，第一微处理器通过A/D接口接收位置信号，通过光电隔离电路接收报警信号，通过I/O接口输出电机控制信号，所述第二微处理器于第三处理器分别通过VPC3+C总线接口电路与ADM2486接口电路相连接。

Description

具有冗余功能的PROFIBUS总线型电动执行机构控制器
技术领域
本发明属于电动执行器技术领域，尤其涉及一种具有冗余功能的PROFIBUS总线型电动执行机构控制器。
背景技术
电动执行机构是工业过程控制系统中的末端执行设备，其主要作用是将控制系统发出的控制信号转换成相应的动作，达到控制阀门内截流件的位置或其他调节机构位置的目的，被广泛应用于电力、冶金、石化、供热、水泥、建材、轻纺、食品等行业。目前工业过程控制系统主要以集散式控制系统为主，电动执行机构普遍采用4～20mA直流模拟信号作为控制信号，然而采用模拟控制方式的工业控制系统存在抗干扰能力差、可靠性差等问题。随着基于现场总线技术的发展，PROFIBUS-DP协议(PROcessFIeldBUS-DecentralizedPerphery,现场总线-DP协议)越来越多地被用于工业过程控制系统中，因此，迫切地需要一种将现场总线技术应用于电动执行机构控制系统中，实现了全数字化的现场总线控制产品。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种具有冗余功能的PROFIBUS总线型电动执行机构控制器，达到抗干扰能力强、可靠性高的目的，并能够实现全数字化控制。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：具有冗余功能的PROFIBUS总线型电动执行机构控制器包括第一微处理器、第二微处理器和第三处理器，第一微处理器分别与第二微处理器和第三微处理器都通过串行通信接口双向连接，第一微处理器通过I/O接口分别与按键及显示模块相连接，第一微处理器通过A/D接口接收位置信号，通过光电隔离电路接收报警信号，通过I/O接口输出电机控制信号，所述第二微处理器于第三处理器分别通过VPC3+C总线接口电路与ADM2486接口电路相连接。
本发明的优点和积极效果是：
1、本控制模块采用VPC3+C总线接口电路实现精确的PROFIBUS-DP数字信号控制功能，增加了传输数据信息承载量和多样性，彻底解决模拟信号传输中的损耗和干扰，提高了抗干扰能力，同时采用ADM2486接口电路进行RS485通信控制，提高了控制模块的稳定性。
2、本控制模块采用三个微处理器结构，三个微处理器分别执行不同的任务，三个微处理器之间相互通信有效地提高了控制模块的稳定性和可靠性，同时提高了处理速度。
3、本控制模块采用两款高集成度、高性能的微处理器使得电路简单、外围器件少，其将各个功能块集成到一个模块中，实现控制模块的高精度、紧凑化、一体化的效果。
4、本发明采用三微处理器结构并通过VPC3+C总线接口电路和ADM2486接口电路实现基于PROFIBUS-DP现场总线的数字化控制，提高了控制模块的稳定性和可靠性，实现了控制模块的高精度、紧凑化、一体化的效果。
优选地：所述第一微处理器还通过I/O接口连接红外接收电路。
优选地：所述红外接收电路采用了SC9149A解码芯片。
优选地：所述报警信号包括执行机构的限位报警信号、力矩报警信号和温度报警信号。
优选地：所述显示模块为LED数码显示管。
优选地：所述第一微处理器为PIC46K80芯片，所述第二微处理器和第三微处理器为ATMEGA162芯片，所述光电隔离电路采用了SFH6156-3芯片。
附图说明
图1是本发明的结构框图；
图2是本发明的第一微处理器控制部分的电路图；
图3是本发明的红外接收电路部分的电路图；
图4是本发明的光电隔离电路部分的电路图；
图5是本发明的第二与第三微处理器与VPC3+C总线接口电路连接的电路图；
图6是本发明的ADM2486接口电路部分的电路图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹举以下实施例详细说明如下：
请参见图1，本发明由第一微处理器、第二微处理器、第三微处理器、光电隔离电路、按键、红外接收电路、显示模块、VPC3+C总线接口电路及ADM2486接口电路连接构成，在本实施例中，第一微处理器选用了MIROCHIP公司的PIC46K80高性能微处理器，PIC46K80微处理器具有集成A/D转换器、看门狗电路、Flash和EEPROM等功能，第二微处理器选用了ATMEGA162高性能微处理器，ATMEGA162具有片内RAM区大、高速、低功耗的特点。第一微处理器通过I/O接口分别与按键、红外接收电路及显示模块相连接，按键操作或红外接收电路可以接收用户发出的命令，用户既可以采用按键操作方式，也可以采用红外遥控器操作方式，采用两种操作控制方式更加方便了用户的使用；显示模块用来显示执行机构的运行状态信息和参数设定信息，该显示模块为LED数码显示管。第一微处理器通过A/D接口与输入的位置信号相连接，第一微处理器的A/D接口能够将位置信号由模拟信号转换为数字信号，第一微处理器通过光电隔离电路与输入的报警信号相连接，完成对位置信号及报警信号的数据采集。第一微处理器对采集的数据及从第二和第三微处理器接收来的信息进行分析处理后，通过I/O接口输出电机控制信号控制执行机构的运行。第一微处理器与第二和第三微处理器通过串行通信接口双向连接，第二和第三微处理器通过VPC3+C总线接口电路与ADM2486接口电路相连接，第二和第三微处理器将VPC3+C总线接口电路接收的上位机的控制数据翻译处理后通过串行通信接口传送给第一微处理器，同时将第一微处理器的反馈信息通过总线协议芯片发送给上位控制系统。
下面对各部分电路具体说明：
第一微处理器控制部分的电路如图2所示，其主要包括第一微处理器PIC46K80芯片、晶振电路和专用的复位芯片，所有的软件程序和系统参数分别存储在PIC46K80芯片的Flash和EEPROM中，晶振电路向PIC46K80芯片提供稳定的时钟信号；复位电路选用IM809专用的复位芯片保证PIC46K80在稳压电源低于4.2V的情况下复位。PIC46K80分别与光电隔离电路、按键、红外接收电路、LED数码显示管及第二和第三微处理器ATMEGA162相连接，主要完成：限位报警信号、力矩报警信号和温度报警信号等报警信号及位置信号的采集和处理；按键操作及红外遥控信号的接收与处理；执行机构运行状态信息、参数设定信息的显示；接收第二和第三微处理器传输的数据并结合本地采集的信息进行处理并将处理结果传输给第一微处理器，同时对执行机构进行控制。
红外接收电路部分的电路如图3所示，该电路采用了与遥控器发射芯片SC9148相配对使用的红外遥控接收解码芯片SC9149A，其通过红外线接收头将接收的信号经过反相器后送到SC9149A芯片的接收引脚，经过SC9149A芯片的解析后再从其相应的引脚经过反相器后送到第一微处理器的I/O端口，从而完成红外遥控操作功能。
光电隔离电路部分的电路如图4所示，该电路采用了光耦芯片三个SFH6156-3对执行机构的限位报警、力矩报警和温度报警等开关量信号进行光电隔离，然后送到第一微处理器的I/O端口，采用光电隔离电路避免了上述报警信号对第一微处理器的干扰。
第二和第三微处理器与VPC3+C总线接口电路连接部分的电路如图5所示，第二和第三微处理器ATMEGA162控制VPC3+C总线接口电路，并通过串行通信接口完成与第一微处理器PIC46K80的数据交换。由于ATMEGA162内部集成了看门狗电路和1280字节的片内RAM，使得其控制VPC3+C总线接口电路的电路简单、控制灵活，对于ATMEGA162而言，VPC3+C总线接口电路相当于它扩展的一个外部RAM，通过数据/地址复用总线(DB0～DB7)和地址线(AB0～AB3)与ATMEGA162的PA口和PC口相连，VPC3+C总线接口电路的地址范围从0x1000到0x1FFF。
ADM2486接口电路的电路如图6所示，由于ADM2486接口电路具有抗干扰能力强、可靠性高、速度快等特点，可提高系统的可靠性水平和消除外界的干扰信号。
本发明的工作原理为：工业过程控制系统通过总线电缆将控制命令通过ADM2486接口电路传送给VPC3+C接口电路，第二微处理器将VPC3+C接口电路中的接收数据翻译后通过串行通信接口再传送给第一微处理器，第一微处理器根据接收到的数据并结合本地采集的信息，经过运算处理后，再控制执行机构动作，同时将采集到的当前位置信息、故障报警信息和工作状态信息经过微处理器第二微处理器、VPC3+C接口电路、ADM2486接口电路以及总线电缆回传到工业过程控制系统，至此实现上位系统对执行机构的远程控制。
本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种具有冗余功能的PROFIBUS总线型电动执行机构控制器，其特征是：包括第一微处理器、第二微处理器和第三处理器，第一微处理器分别与第二微处理器和第三微处理器都通过串行通信接口双向连接，第一微处理器通过I/O接口分别与按键及显示模块相连接，第一微处理器通过A/D接口接收位置信号，通过光电隔离电路接收报警信号，通过I/O接口输出电机控制信号，所述第二微处理器于第三处理器分别通过VPC3+C总线接口电路与ADM2486接口电路相连接。
2.如权利要求1所述的具有冗余功能的PROFIBUS总线型电动执行机构控制器，其特征是：所述第一微处理器还通过I/O接口连接红外接收电路。
3.如权利要求2所述的具有冗余功能的PROFIBUS总线型电动执行机构控制器，其特征是：所述红外接收电路采用了SC9149A解码芯片。
4.如权利要求1至3任一项所述的具有冗余功能的PROFIBUS总线型电动执行机构控制器，其特征是：所述报警信号包括执行机构的限位报警信号、力矩报警信号和温度报警信号。
5.如权利要求1至3任一项所述的具有冗余功能的PROFIBUS总线型电动执行机构控制器，其特征是：所述显示模块为LED数码显示管。
6.如权利要求1至3任一项所述的具有冗余功能的PROFIBUS总线型电动执行机构控制器，其特征是：所述第一微处理器为PIC46K80芯片，所述第二微处理器和第三微处理器为ATMEGA162芯片，所述光电隔离电路采用SFH6156-3芯片。
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