CN201845230U - 一种现场总线控制装置及工业过程控制系统 - Google Patents

一种现场总线控制装置及工业过程控制系统 Download PDF

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刘伟
张中远
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Abstract

本实用新型适用于工业过程控制领域，提供了一种现场总线控制装置及工业过程控制系统，所述控制装置包括：用于接收用户指令并输出控制信号的按键；用于接收报警信号并进行输出的开关量信号隔离电路；用于将接收的上位机的数据信号进行翻译并进行输出的隔离总线接口电路；接收所述隔离总线接口电路输出的数据信号并进行输出的通讯信号隔离电路；将接收的所述按键、开关量信号隔离电路和通讯信号隔离电路输出的信号以及采集的位置信号进行处理并输出的微处理器。本实用新型采用光电隔离技术实现了现场总线和控制电路的电气隔离，提高了控制装置的稳定性和可靠性；采用精确的数字信号进行控制，减少了传输中的损耗和干扰，提高了抗干扰能力。

Description

一种现场总线控制装置及工业过程控制系统
技术领域
本实用新型属于工业过程控制领域，尤其涉及一种现场总线控制装置及工业过程控制系统。
背景技术
目前，电动执行机构广泛应用于电力、冶金、石化、供热、水泥、建材、轻纺、食品等行业，它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。现在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。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种现场总线控制装置，旨在解决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。
本实用新型的另一目的在于提供一种包含上述现场总线控制装置的工业过程控制系统
本实用新型的目的是这样实现的：
一种现场总线控制装置，该现场总线控制装置包括：
用于接收用户指令并输出控制信号的按键；
用于接收报警信号并进行输出的开关量信号隔离电路；
用于将接收的上位机的数据信号进行翻译并进行输出的隔离总线接口电路；
接收隔离总线接口电路输出的数据信号并进行输出的通讯信号隔离电路；
将接收的按键、开关量信号隔离电路和通讯信号隔离电路输出的信号以及采集的位置信号进行处理并传输给执行机构和上位机的微处理器。
进一步的，微处理器设有接收位置信号A/D接口。
进一步的，微处理器通过I/O接口与按键相连接。
进一步的，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。
进一步的，微处理器通过通讯信号隔离电路与隔离总线接口电路依次双向连接。
本实用新型的优点和积极效果是：
本实用新型采用光电隔离技术，通过开关量信号隔离电路和通讯信号隔离电路实现现场总线和控制电路的电气隔离，提高了控制装置的稳定性和可靠性，实现了控制装置的高精度、紧凑化、一体化的效果。此外，本实用新型采用精确的数字信号进行控制，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。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的现场总线控制装置的结构图；
图2是本实用新型实施例提供的微处理器的电路图；
图3是本实用新型实施例提供的开关量信号隔离电路和通讯信号隔离电路的电路图；
图4是本实用新型实施例提供的隔离总线接口电路的电路图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型实施例提供了一种基于MODBUS-RTU协议的现场总线控制装置，该装置采用光电隔离技术，通过开关量信号隔离电路和通讯信号隔离电路实现现场总线和控制电路的电气隔离并且通过采用精确的数字信号进行控制，增加了传输数据信息承载量和多样性。
图1所示为本实用新型实施例的提供的现场总线控制装置的结构，为了便于说明，仅示出了与实用新型实施例相关的部分。
该现场总线控制装置包括按键11、开关量信号隔离电路15、隔离总线接口电路14、通讯信号隔离电路13及微处理器12。
按键11用于接收用户指令并输出控制信号给微处理器12；
开关量信号隔离电路15用于接收报警信号并输出到微处理器12；
隔离总线接口电路14用于将接收的上位机的数据信号进行翻译并输出到通讯信号隔离电路13；
通讯信号隔离电路13接收隔离总线接口电路14输出的数据信号并输出到微处理器12。
微处理器12将接收的按键11、开关量信号隔离电路15和通讯信号隔离电路13输出的信号以及采集的位置信号进行处理后并传输给执行机构和上位机。
工业过程控制系统通过总线电缆将控制命令通过总线传送给隔离总线接口电路14，隔离总线接口电路14经过通讯信号隔离电路13将数据翻译后再传送给微处理器12，微处理器12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，微处理器12通过I/O接口输出控制信号，控制执行机构动作；微处理器12同时通过采集到的当前位置信息、报警信号和工作状态信息经过微处理器12运算处理后将处理结果通过通讯信号隔离电路13和隔离总线接口电路14传到工业过程控制系统，实现上位机对执行机构的远程控制。
作为本实用新型实施例的一优选方案，在本实施例中，微处理器12通过A/D接口与输入的位置信号相连接，并将位置信号由模拟信号转换为数字信号。
作为本实用新型实施例的一优选方案，在本实施例中，微处理器12通过I/O接口分别与按键11连接，通过按键11操作可以接收用户发出的命令。
作为本实用新型实施例的一优选方案，在本实施例中，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。微处理器12通过开关量信号隔离电路15与输入的报警信号相连接，完成对报警信号的数据采集。
作为本实用新型实施例的一优选方案，在本实施例中，微处理器12通过通讯信号隔离电路13与隔离总线接口电路14依次双向连接。微处理器12通过隔离总线接口电路14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回微处理器12，同时将微处理器12的反馈信息通过总线协议芯片发送给上位机。
以下结合具体的实施方案，对本实用新型实施例作进一步的说明。
本实用新型实施例提供了一种基于MODBUS-RTU协议的现场总线控制装置，该控制装置的微处理器12选用ATMEL公司的高性能的ATMEGA88V微处理器12，微处理器ATMEGA88V具有集成A/D转换器、看门狗电路、Flash和EEPROM等功能。
微处理器12控制部分的电路图如图2所示，主要包括微处理器ATMEGA88V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微处理器ATMEGA88V芯片的Flash和EEPROM中，晶振电路向微处理器ATMEGA88V芯片提供稳定的时钟信号；复位电路选用专用的复位芯片保证微处理器ATMEGA88V在稳压电源低于4.2V的情况下复位。微处理器ATMEGA88V分别与隔离电路、按键11及隔离总线接口电路14相连接。微处理器12主要完成对限位报警信号、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；执行机构运行状态信息、参数设定信息的显示；接收总线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微处理器12，同时对执行机构进行控制。
开关量信号隔离电路15和通讯信号隔离电路13均采用图3所示的光电隔离电路，该电路采用了三个6156-3光电隔离芯片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，然后送到微处理器12的I/O端口，采用光电隔离电路避免了上述报警信号等信号对微处理器12的干扰。
隔离总线接口电路14采用图4所示的隔离RS485接口电路，为提高系统的可靠性水平和消除外界的干扰信号，该电路采用了三个光耦隔离芯片HCPL601对通讯信号进行隔离，隔离RS485接口电路选用芯片SN65ALS176作为总线驱动芯片。
本实用新型实施例还在于提供了一种工业过程控制系统，广泛应用于工业过程控制领域，实现了全数字化的现场总线控制产品。
本实用新型实施例采用光电隔离技术，通过开关量信号隔离电路15和通讯信号隔离电路13实现现场总线和控制电路的电气隔离，提高了控制装置的稳定性和可靠性，实现了控制装置的高精度、紧凑化、一体化的效果。此外，本实用新型采用精确的数字信号进行控制，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。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种现场总线控制装置，其特征在于，所述现场总线控制装置包括：
用于接收用户指令并输出控制信号的按键；
用于接收报警信号并进行输出的开关量信号隔离电路；
用于将接收的上位机的数据信号进行翻译并进行输出的隔离总线接口电路；
接收所述隔离总线接口电路输出的数据信号并进行输出的通讯信号隔离电路；
将接收的所述按键、开关量信号隔离电路和通讯信号隔离电路输出的信号以及采集的位置信号进行处理并传输给执行机构和所述上位机的微处理器。
2.如权利要求1所述的现场总线控制装置，其特征在于，所述微处理器设有接收所述位置信号A/D接口。
3.如权利要求1所述的现场总线控制装置，其特征在于，所述微处理器通过I/O接口与所述按键相连接。
4.如权利要求1所述的现场总线控制装置，其特征在于，所述微处理器通过所述通讯信号隔离电路与隔离总线接口电路依次双向连接。
5.如权利要求1所述的现场总线控制装置，其特征在于，所述报警信号包括所述执行机构的限位报警信号、力矩报警信号和温度报警信号。
6.一种包含权利要求1所述的工业过程控制系统。 
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CN103713557A (zh) * 2013-12-16 2014-04-09 上海三一重机有限公司 一种基于数字总线的模拟隔离技术

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