CN114509967A - 一种基于物联网的rddv阀数字控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网的RDDV阀数字控制器。所述控制器包括控制模块、功率驱动模块、参数采集调理模块以及通信模块；所述控制模块主要包含主控芯片、状态指示灯和控制软件算法等；所述功率驱动模块主要包含驱动信号隔离模块和驱动桥电路；所述参数采集模块主要包含控制器一些状态参数采集调理电路；通信模块主要包含CAN通信模块和无线通信模块。本发明解决了现有RDDV阀控制器数字智能化程度低的问题；纯软件算法控制模式，大大提高了直驱式伺服阀控制的灵活性和抗干扰能力，能够适应不同用户需求；控制器多传感器采集和物联网技术解决了设备间协同控制、状态监测及设备维护升级困难等问题。
Description
技术领域
本发明涉及直驱式伺服阀控制与监测领域，具体涉及一种基于物联网的RDDV阀数字控制器。
背景技术
旋转直驱伺服阀（RDDV）利用直驱式电机直接驱动阀芯运动，由于其体积小、响应快、精度高和抗污染能力强特点，广泛应用于航空、航天、舰船、制造等工业控制领域。目前，国内在RDDV阀控制领域的应用仍以模拟电路搭建为主，缺乏人机交互，不具智能化，为现场调试、远程控制及设备升级带来困难；
RDDV阀的应用通常在一些高温、高噪声、振动等较为恶劣的环境，对人体健康有一定危害，同时，对于设备使用过程中运行状态信息的实时获取和存储较为困难，这就使用户对于设备的监测、维护、排故过程变得复杂不便，工作效率低下；针对多设备协同控制的应用，目前主要以总线互联方式实现，线缆分布复杂易错。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的问题，提出了一种数字化和智能化程度高，便于协同控制、远程监控和产品升级的RDDV阀数字控制器。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种基于物联网的RDDV阀数字控制器，其特征在于由控制模块、功率驱动模块、参数采集调理模块以及通信模块组成；控制模块分别与功率驱动模块、参数采集调理模块以及通信模块电性连接。所述控制模块（1）包含主控芯片、EEPROM、状态指示灯、电平转换芯片、控制软件算法。
所述控制模块包含主控芯片、EEPROM、状态指示灯、电平转换芯片；控制软件算法存放于主控芯片中，用于通信、解析命令、AD转换及PID运算等功能；所述EEPROM用于实现软件版本信息、设备编号、控制参数、故障代码等信息。
所述功率驱动模块包含功率电源电路、驱动信号隔离电路、MOSFET驱动电路、H-桥电路；所述功率电源电路采用BUCK电源方案，为整个功率驱动部分供电；所述驱动信号隔离电路用于实现控制部分与驱动部分电气隔离；所述MOSFET驱动电路为专用门级驱动芯片，用于实现H-桥电路驱动。
所述参数采集调理模块包含电压采集调理电路、电流采集调理电路、温度采集调理电路、电机位置角度反馈调理电路、模拟指令采集调理电路；用于调理各传感器输出信号，将相关电机运行状态、环境、指令等信息，调理致0~3.3V电压范围内或转变为数字信号，供所述控制模块直接采集。
所述通信模块包含CAN通信电路、WiFi通信模组；所述CAN通信电路包含CAN通信收发芯片、CAN通信匹配电阻可配置电路，用于实现用户通过现场CAN总线进行指令下发和多阀协同控制。
所述LORA通信模组包含LORA通信芯片，用于实现多设备组网建立和设备间无线通信。
所述WiFi通信模组包含WiFi通信芯片，用于实现伺服阀运行状态数据与服务器间实时传输和远程指令下发，从而实现伺服阀的远程控制与监控。
所述控制器控制模块、参数采集调理模块和通信模块与外部供电之间采用DCDC进行隔离，提高敏感信息和控制回路的抗干扰能力；功率驱动部分收外界扰动影响较小，与外部供电不隔离，节省控制器空间尺寸。
所述控制器根据指令来源方式的不同可工作三种工作模式：远程无线指令、CAN指令和模拟指令。
所述控制器结构上分为电源接口板、控制版和功率板，控制回路电源供电、采集调理集中在电源板接口板，控制模块和通信模块集中在控制板，功率驱动模块集中在功率板，板级连接均采用电性连接，合理的功能划分和结构分配，大大减小了数字控制器的体积。
有益效果
本发明为一种基于物联网的RDDV阀数字控制器，并结合物联网技术，将阀运行的状态信息上传致云端，实现状态信息的实时保存和监控，大大提高了RDDV阀控制器的数字化和智能化水平，提高了控制器的稳定性、可靠性和干扰能力，扩大了阀控制器的使用场景，增强了控制器的适用性。
附图说明
图1是本发明一种基于物联网的RDDV阀数字控制器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步描述：
如图1所示，本发明一种基于物联网的RDDV阀数字控制器，从电路功能上可将控制器划分为四个功能模块，包括主控模块1、功率驱动模块2、参数采集调理模块3以及通信模块4。所述数字控制器控制对象一般为RDDV阀，上层控制器一般为高级控制器或云服务器。
所述控制模块1包含主控芯片、EEPROM、状态指示灯、电平转换芯片、控制软件算法。
如图1所示，所述功率驱动模块2包含功率电源电路、驱动信号隔离电路、MOSFET驱动电路、H-桥电路，与所述主控模块1电性连接，用于接收主控模块发出的PWM信号，驱动执行机构RDDV阀，根据控制对象的不同，此处的PWM驱动信号包括但不限于一路、两路互斥、四路。
如图1所示，参数采集调理模块3包含电压采集调理电路、电流采集调理电路、温度采集调理电路、电机位置（角度）反馈调理电路、模拟指令采集调理电路，与所述主控模块1电性连接，用于将传感器采集输出的信号进行调理，其中电压、电流、反馈和指令信号均调理致0~3.3V之间，供主控芯片内部ADC直接采集，温度信号通过IIC总线与主控模块进行通信，通过数字信号将温度信息传输致主控芯片。根据采集的电压、电流、温度和反馈信号，控制器内部软件算法可实现过温保护、过压保护、限流保护、过流保护、反馈超差保护等功能。同时也可以将此采集信息经WiFi模组上传致云服务器，供用户查看和控制。为了方便单机调试或适应不同用户需求，控制器设置的模拟指令采集可实现离线状态下模拟指令控制执行机构。
如图1所示，通信模块4包含CAN通信电路、LORA通信模组和WiFi通信模组。其中，CAN通信电路与所述主控模块1电性连接，用于实现短距离控制器与上级控制器的有线通信，和多阀协同控制；LORA通信模组与所述主控模块1通过SPI总线方式进行连接，用于实现较短距离多控制器间建立组网进行控制与监测数据无线传输；WiFi通信模组与所述主控模块1通过串口总线方式进行连接，用于实现将控制器采集阀运行状态数据上传云服务器，供用户监测并发出指令，完成远程控制。
控制器采用信号控制方式实现RDDV阀控制，如图1所示，控制器通过通信模块接收到指令信号后，与参数采集调理模块中采集到的反馈信号一起，在主控芯片内部实现PID运算，输出对应的PWM信号致功率驱动模块，驱动RDDV阀运动致指定位置。控制器支持三种指令来源模式，具体包括：远程无线指令、CAN指令和模拟指令。
针对远程参数调整：控制器具备远程下参功能。主控模块内控制算法所涉及的控制参数对技术人员开放，技术人员通过身份验证后可访问服务器，并上传更新的控制参数包。控制器联网时，软件自动读取服务器下发的控制参数包，主控模块解析后与存放在EEPROM内的各项控制参数进行比较，将不同项重新写入EEPROM供控制算法调用。EEPROM与主控芯片通过IIC总线电性相连，用于实现软件版本信息、设备编号、控制参数、故障代码等信息。
针对远程软件升级：控制器支持远程软件升级。控制器联网时，软件自动读取存放在EEPROM内的软件版本号，当版本号与开发人员上传至云端最新软件版本号不同时，用户可以自行选择是否更新最新软件版本，实现控制器远程软件升级。
控制器供电采用控制和功率部分隔离的方案，降低干扰提高控制器的可靠性和稳定性。外部供电为16~36VDC宽压范围，经过5V 隔离DCDC后供控制部分电路使用，包括3.3VLDO、调理运放供电、传感器供电等；外部供电经15V BUCK电路，为驱动部分供电，H桥电路则直接与外部供电相连。该供电方案既满足了控制和功率隔离的要求，也在最大程度上简化了电源结构，减小成本和控制器体积。
需要说明的是，本申请中所采用的控制软件算法为常规的控制算法，功率电源电路、驱动信号隔离电路、MOSFET驱动电路、H-桥电路、电压采集调理电路、电流采集调理电路、温度采集调理电路、电机位置角度反馈调理电路、模拟指令采集调理电路、CAN通信电路、WiFi通信模组；所述CAN通信电路包含CAN通信收发芯片、CAN通信匹配电阻可配置电路等用于实现电信号传输或者通信数据传输的均为采用常规的电路连接，未有对上述电路本身做出的改进。
本发明提供的一种基于物联网的RDDV阀数字控制器，大大提高了RDDV阀控制器的数字化和智能化水平，提高了控制器的稳定性、可靠性和干扰能力，扩大了阀控制器的使用场景，增强了控制器的适用性。
此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (7)
1.一种基于物联网的RDDV阀数字控制器，其特征在于，所述控制器包含控制模块（1）、功率驱动模块（2）、参数采集调理模块（3）以及通信模块（4）；其中，
所述功率驱动模块（2）与所述控制模块（1）电性连接，所述功率驱动模块（2）接收控制模块（1）所发出的PWM驱动信号，用于驱动执行机构；
所述参数采集调理模块（3）与所述控制模块（1）电性连接，用于调理各传感器输出信号，向所述控制模块（1）发送采集到的数据；
所述通信模块与所述控制模块电性连接，用于实现RDDV阀控制指令的远程下发、设备运行状态信息上传以及系统软件远程升级。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的RDDV阀数字控制器，其特征在于，所述控制模块（1）包含主控芯片、EEPROM、状态指示灯、电平转换芯片、控制单元；所述主控芯片通过电平转换芯片连接到状态指示灯上。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的RDDV阀数字控制器，其特征在于，所述参数采集调理模块（3）包含电压采集调理电路、电流采集调理电路、温度采集调理电路、电机位置反馈调理电路、模拟指令采集调理电路；
所述模拟指令采集调理电路接收并调理外部-5V~+5V的模拟指令信号。
4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的RDDV阀数字控制器，其特征在于根据控制对象的不同，所述PWM驱动信号包括一路、两路互斥、四路。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的RDDV阀数字控制器，其特征在于，所述CAN通信电路包含CAN通信收发芯片、CAN通信匹配电阻可配置电路，用于实现用户通过现场CAN总线进行设备间协同控制。
6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的RDDV阀数字控制器，其特征在于，所述无线通信模块包含LORA通信模组和WiFi通信模组，所述LORA通信模组与所述控制模块通过SPI总线电性相连，所述WiFi通信模组与所述控制模块通过串口总线电性相连，用于实现设备建立组网、数据无线传输和远程控制。
7.根据权利要求1所述的一种基于物联网的RDDV阀数字控制器，其特征在于，所述控制器支持三种指令来源模式，具体包括：远程无线指令、CAN指令和模拟指令。
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