CN105974849A - 具有自保护功能的电动执行器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自保护功能的电动执行器，包括与上位机通讯连接的MCU，与所述的MCU信号连接的环境传感器，以及用以检测通讯是否正常通讯状态监测模块，当环境传感器或通讯状态监测模块监测到异常时，所述的MCU对驱动电机输出预定控制。本发明的电动执行器能够检测周边环境或自身的受控状态，能有效检测到危险源并及时主动采取应急措施，在应对事故过程中能够执行相应的安全措施尤为重要；而且结合总线通信的优点，针对通讯状态进行监测，当出现通讯故障时，自动执行的保护性动作，大大提高了电动执行器的安全性级别。

Description

具有自保护功能的电动执行器及其控制方法

技术领域

本发明涉及电动执行器技术领域，特别是涉及一种具有自保护功能的电动执行器及其控制方法。

背景技术

电动执行器是工业自动化系统中的一个重要的执行机构，电动执行器的使用环境一直都是相对恶劣而且一般不会被关注，虽然有些专利，如CN 103345820A和CN 103400473 A分别公开了对湿度检测及报警的方案。

但是，在实际工况中，如油库等场合，其安全可靠性变得尤为重要，其在发生事故时是否能够自发产生相应应急动作，避免次生灾害发生，对生命财产起到至关重要的作用，在几次油库爆炸事件中，因无法人为关闭现场电动执行机构，而造成现场火灾控制困难，以及为了关闭设备而在二次爆炸中消防官兵牺牲的事件发生；如何提高其环境的响应，提高其使用安全性成为急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种具有自保护功能的电动执行器及其控制方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种具有自保护功能的电动执行器，包括与上位机通讯连接的MCU，与所述的MCU信号连接的环境传感器，以及用以检测通讯是否正常通讯状态监测模块，当环境传感器或通讯状态监测模块监测到异常时，所述的MCU对驱动电机输出预定控制。

所述的上位机和MCU通过总线通讯连接，总线接口电路包括总线数据转换电路、通讯检测电路、通讯指示灯，MCU通过串口通讯实现与上位机的数据通讯，当通讯检测电路检测到异常时所述的MCU对驱动电机输出预定控制。

所述的通讯状态监测模块包括看门狗定时器，通讯使用令牌式循环扫描的方式，在一定周期内检测上位机与MCU正确通讯的次数，若与上位机处于正常通讯状态，则会定时产生喂狗操作，否则看门狗定时器产生超时则MCU判定为异常。

所述的环境传感器包括温度传感器、烟雾传感器和火焰传感器。

所述的温度传感器为热敏电阻，所述的热敏电阻一端接高电平，另一端经分压电阻后接地，所述的热敏电阻与所述的分压电阻连接端接入MCU的A/D口。

所述的烟雾传感器和火焰传感器分别为一端接地，一端经上拉电阻接高电平，所述的烟雾传感器和火焰传感器与上拉电阻连接端分别接入所述的MCU。

一种所述的电动执行器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤，

1)环境传感器检测目标范围内的环境参数并传送给MCU，同时，通讯状态检测模块监测上位机与MCU的通讯状态，

2)当环境参数超出预定值或者通讯中断或异常时，MCU判定为异常；

3)MCU对驱动电机输出预定动作以避免次生灾害发生。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的电动执行器能够检测周边环境或自身的受控状态，能有效检测到危险源并及时主动采取应急措施，在应对事故过程中能够执行相应的安全措施尤为重要；而且结合总线通信的优点，针对通讯状态进行监测，当出现通讯故障时，自动执行的保护性动作，大大提高了电动执行器的安全性级别。

附图说明

图1所示为本发明的具有自保护功能的电动执行器的结构示意图；

图2所示为控制结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和2所示，本发明的具有自保护功能的电动执行器包括控制器1，如MCU，与所述的控制器信号连接的环境传感器，以及用以检测通讯是否正常通讯状态监测模块，当环境传感器或通讯状态监测模块监测到异常时，所述的MCU对驱动电机输出预定控制。即所述的控制器通过继电器8实现对驱动电机9的动作控制。其中，所述的环境传感器包括温度传感器、烟雾传感器和火焰传感器。

本发明的电动执行器，增加了环境监测功能，对周围关键位置的温度、烟雾及是否着火进行监控，当出现温度过高、烟雾或者着火点出现且超过设定的预定值，则进行报警并立即执行预定动作切换到安全位置，同时，通讯状态的检测有效避免因为通讯中断或者受损导致的电动执行器失控而引发次生灾难。所述的安全位置即在执行器中用户可以根据现场工况的具体要求，预先设定一个发生故障后执行器需要运行到的安全位置(可以是全行程0％～100％的任意位置，或者保持原位)，一旦有故障发生，执行器自动运行到该位置，并向上位机发出相应的报警信息，将执行器保留在预定的位置，能有效避免次生灾害发生。即，检测到危险即自动处理，无须进行反馈到上位机，减少等待时间，大大提高了其自我保护功能。

其中，上位机与电动执行器通过总线协议为PROFIBUS-DP或MODBUS-RTU的总线方式实现远程控制和状态检测，其中，总线接口电路包括总线数据转换电路、通讯检测电路、通讯指示灯。所述的控制器还包括通讯状态监测模块以检测总线通讯是否正常。主控MCU与总线模块之间的通讯判别，通过通讯检测电路来实现，即检测到总线的工作状态(在线状态/离线状态)一旦执行器处于离线状态并且在预设时间内没有恢复通讯，将被断定为处于故障失控状态，执行器根据预设动作状态发出动作命令，避免因为通讯中断或者受损导致的电动执行器失控而引发次生灾难。

作为另一种实施方式，因为MCU通过串口通讯实现与上位及的数据通讯，在执行器中设置通讯监测看门狗定时器并与MCU通讯连接，通讯时使用令牌式循环扫描的方式，在一定周期内检测上位机正确通讯的次数，若MCU与上位机处于正常通讯状态，则会定时产生喂狗操作，否则看门狗定时器产生超时，MCU判定为故障并触发报警，同时执行安全保护指令，MCU输出预定动作即触发电机驱动电路，使执行器运行到预设定的安全位置。

具体来说，所述的温度传感器为热敏电阻2，所述的热敏电阻一端接高电平，另一端经分压电阻3后接地，所述的热敏电阻与所述的分压电阻连接端接入MCU1的A/D口，所述的烟雾传感器4和火焰传感器5分别为一端接地，一端经上拉电阻6、7接高电平，所述的烟雾传感器4和火焰传感器5与上拉电阻连接端分别接入所述的MCU。

各传感器采用高电平钳位设计，在各环境传感器出现自身故障异常时同样能进行预定动作执行并报警，类自检功能的设置增加了环境适应性和使用稳定性，避免可能出现的器件故障导致的功能丧失，对于危险场所的电动执行机构尤为重要。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种具有自保护功能的电动执行器，其特征在于，包括与上位机通讯连接的MCU，与所述的MCU信号连接的环境传感器，以及用以检测通讯是否正常通讯状态监测模块，当环境传感器或通讯状态监测模块监测到异常时，所述的MCU对驱动电机输出预定控制。

2.如权利要求1所述的具有自保护功能的电动执行器，其特征在于，所述的上位机和MCU通过总线通讯连接，总线接口电路包括总线数据转换电路、通讯检测电路、通讯指示灯，MCU通过串口通讯实现与上位机的数据通讯，当通讯检测电路检测到异常时所述的MCU对驱动电机输出预定控制。

3.如权利要求1或2所述的具有自保护功能的电动执行器，其特征在于，所述的通讯状态监测模块包括看门狗定时器，通讯使用令牌式循环扫描的方式，在一定周期内检测上位机与MCU正确通讯的次数，若与上位机处于正常通讯状态，则会定时产生喂狗操作，否则看门狗定时器产生超时则MCU判定为异常。

4.如权利要求1所述的具有自保护功能的电动执行器，其特征在于，所述的环境传感器包括温度传感器、烟雾传感器和火焰传感器。

5.如权利要求4所述的具有自保护功能的电动执行器，其特征在于，所述的温度传感器为热敏电阻，所述的热敏电阻一端接高电平，另一端经分压电阻后接地，所述的热敏电阻与所述的分压电阻连接端接入MCU的A/D口。

6.如权利要求4所述的具有自保护功能的电动执行器，其特征在于，所述的烟雾传感器和火焰传感器分别为一端接地，一端经上拉电阻接高电平，所述的烟雾传感器和火焰传感器与上拉电阻连接端分别接入所述的MCU。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的电动执行器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤，

1)环境传感器检测目标范围内的环境参数并传送给MCU，同时，通讯状态检测模块监测上位机与MCU的通讯状态，

2)当环境参数超出预定值或者通讯中断或异常时，MCU判定为异常；

3)MCU对驱动电机输出预定动作以避免次生灾害发生。