專利名稱：基于epa標準的智能閥門定位器的制作方法
技術領域：
本發明屬調節閥智能控制技術領域，涉及一種基于EPA標準的智能閥門定位器。
背景技術：
現場總線技術的開發始于20世紀80年代。隨著微處理器技術的發展，計算機網 絡系統得到迅速發展，信息溝通聯絡的范圍不斷擴大。工業以太網EPA標準是我國第一個 擁有自主知識產權的現場總線標準，也是我國迄今為止首個被國際標準化組織接收和發布 的工業自動化標準，實現了我國工業自動化領域國際標準零的突破。 而處于企業生產過程基層的測控自動化系統，仍在通過開關、閥門和傳感測量儀 表實現一對一的通信連接，用電壓和電流的模擬信號進行測量控制，或采用某種自封閉式 的集散系統，實現設備之間以及系統與外界之間的信息交換，使自動化系統成為"信息孤 島"，嚴重制約了產業本身的發展。 現場總線將是未來工業控制系統的發展方向，要實現企業的信息集成，實施綜合 自動化，就必須設計出一種能在工業現場環境運行、可靠性高、實時性強和造價低廉的通信 系統，形成工廠底層網絡，完成現場自動化設備之間的多點數字通信，實現現場設備之間以 及自動化設備與外界的信息交換。本發明所涉及的基于EPA標準的智能閥門定位器對于擴 大EPA應用領域具有重要的現實意義。
發明內容
本發明的目的是提供一種基于EPA標準的智能閥門定位器，解決現有閥門定位 器無法進行數字化，網絡化的問題。 為達到上述目的，采用的技術方案是基于EPA標準的智能閥門定位器，包括通信
卡和主控卡兩部分，通信卡實現EPA網絡的通信，主控卡實現氣動調節閥的閥位控制，其特
征在于所述通信卡由網絡變壓器、以太網控制器、ARM微處理器、FLASH存儲器以及電源電
路構成，所述網絡變壓器實現EPA信號的隔離；所述以太網控制器用以實現網絡數據的收
發，所述電源電路從EPA信號中取能為各模塊電路供電；ARM微處理器用以實現與以太網控
制器之間數據的收發；所述主控卡由I/P轉換單元、MSP430微處理器、監控面板、電位器構
成，所述1/P轉換單元還包括兩個壓電閥及其氣路控制和放大部分，其功能在于將電信號
轉換為氣動信號驅動閥位的動作；MSP430微處理器根據電位器的反饋信號實現對I/P轉換
單元的控制；按鍵和LCD顯示作為監控面板，可以根據用戶需求設置相關功能或菜單；所述
ARM微處理器與MSP430微處理器之間通過Modbus協議實現雙向數字通信。所述ARM微處理器采用ARM7芯片AT91R40008。所述ARM微處理器與FLASH芯片SST39VF1601連接。 所述以太網控制器采用與EPA芯片接口兼容的AX88796芯片。 本發明的優點是采用全數字化的方式實現對氣動調節閥的控制，并可通過EPA
網絡在工業以太網內與系統、儀表及終端實現數字化通信，具有較強的抗干擾能力和較快的通信速率；系統采用總線供電的方式，不需要額外電源，減少了安裝的復雜性，提高了安 全性和經濟性；可使用戶通過以太網接口對EPA網絡中的智能閥門定位器進行控制和訪 問，使控制系統和現場儀表之間不僅能傳輸生產過程測量與控制信息，而且能夠傳輸現場 儀表大量的非控制信息，使得工業企業的管理控制一體化成為可能。
以下通過實施例和
對本發明作進一步說明。
圖1為本發明硬件連接方框圖；
圖2為A/D采樣流程圖；
圖3為主程序流程圖。
具體實施例方式
由本發明硬件連接方框1所示可見，基于EPA標準的智能閥門定位器，包括通 信卡和主控卡兩部分，通信卡實現EPA網絡的通信，主控卡實現氣動調節閥的閥位控制，其 特征在于所述通信卡由網絡變壓器、以太網控制器、ARM微處理器、FLASH存儲器以及電源 電路構成，所述網絡變壓器實現EPA信號的隔離，提高系統的抗干擾能力；所述以太網控制 器用以實現網絡數據的收發，所述電源電路從EPA信號中取能為各模塊電路供電；ARM微處 理器用以實現與以太網控制器之間數據的收發；所述主控卡由I/P轉換單元、MSP430微處 理器、監控面板、電位器構成，所述I/P轉換單元還包括兩個壓電閥及其氣路控制和放大部 分，其功能在于將電信號轉換為氣動信號驅動閥位的動作；MSP430微處理器根據電位器的 反饋信號實現對I/P轉換單元的控制；監控面板上按鍵和LCD顯示可以根據用戶需求設置 相關功能或菜單；所述ARM微處理器與MSP430微處理器之間通過Modbus協議實現雙向數 字通信。 通信卡由網絡變壓器、以太網控制器、電源電路、ARM微處理器、FLASH構成。其中
所述ARM微處理器采用ATMEL公司的ARM7芯片AT91R40008，它主要有高性能32 位RISC體系結構、高指令密度的16位指令集、內嵌ICE單元、32位256K單周期訪問SRAM、 完全可編程外部總線接口、支持多達8條片選信號、體積小、性能穩定可靠，運算速度滿足 通信和控制的要求。 所述以太網控制器采用與EPA芯片接口兼容的ASIC公司AX88796芯片，實現了網 絡數據的收發。 所述ARM微處理器并不直接控制AX88796，它只對EPA芯片進行讀、寫操作。EPA芯 片已經實現了與AX88796的通信接口 ，將要發送的數據傳送到AX88796，同時讀取AX88796 接收緩存中的數據。EPA芯片通過16位數據總線與微控制器相連，實現接收來自微控制器 的數據并將其加入到通信調度隊列，同時實現接收來自AX88796的網絡數據傳送到微控制 器。由于AT91R40008沒有內置的FLASH,所以配置了 FLASH芯片SST39VF1601，用以存放代 碼及數據。SST39VF1601為2M字節FLASH,與AT91R40008為16位數據總線接口。程序運 行時，先將FLASH中代碼拷貝到AT91R40008的內部SRAM中再運行，提高了運行速度和穩定 性，降低了功耗。電源電路從以太網取電，并將24V電壓轉換為系統各模塊所需要的電源電 壓。
主控卡由I/P轉換單元、MSP430微處理器、監控面板(LCD顯示和按鍵)、電位器構 成。I/P轉換單元還包括兩個壓電閥及其組成的氣路控制和放大部分，其功能在于將電信號 轉換為氣動信號驅動閥位的動作；MSP430微處理器功能在于一方面實現與ARM微處理器的 數字通信，同時根據電位器的反饋信號實現對I/P轉換單元的控制；按鍵和LCD顯示作為監 控面板可以根據用戶需求設置相關功能或菜單。 本發明軟件包括EPA通信卡軟件和主控卡軟件兩部分。其特征在于EPA通信卡軟 件主要包括硬件驅動模塊和EPA協議棧包。主控卡軟件主要包括參數自整定程序、按鍵與 LCD驅動、控制主程序和運行程序。本發明應用了標準的EPA協議棧，使本發明可以接入任 何廠商標準EPA網絡。A/D采樣流程圖和主程序流程圖分別示于圖2和圖3。
(l)EPA通信卡軟件 EPA協議棧軟件采用了多任務的實時內核，主要模塊有TCP/IP協議棧、IEEE1588 精確同步協議引擎、EPA確定性調度引擎、EPA管理信息庫、EPA應用服務和EPA管理服務。
硬件驅動程序模塊包含了處理器的初始化(包括啟動代碼、外圍設備配置、中斷 向量設置、堆棧設置等)、以太網控制器驅動程序(網絡接口初始化及接收，發送數據)、 Flash驅動等內容。 EPA協議棧軟件實現三個方面的任務即數據(包括實時和非實時數據)傳輸服 務、為用戶層提供的服務接口以及EPA管理服務(包括設備自動識別、系統時鐘同步、系統 工作狀態的管理、設備位號及其他信息的管理等)。EPA通信基于UDP/IP協議，為用戶層應 用程序提供實時和非實時數據傳輸服務。EPA通信協議實現了客戶/服務器、發布者/預訂 者、報告分發等三種通信機制，其中客戶/服務器方式主要用于組態信息的上傳/下載，設 備信息的查詢，以及用戶自定義程序的下載等；而發布者/預訂者通信則是用于生產過程 實時信息(如測量、控制數據)的周期性傳輸等，通常采用廣播、多播、單播的傳輸方式；報 告分發則是用于控制過程報警信息的傳輸等，通常采用多播/廣播發布的通信。
EPA應用層服務接口主要根據過程控制信息傳輸的要求，為用戶層應用程序之間 的數據通信開發，并實現以下服務域管理、域上傳、域下載、事件管理、事件報告、確認事件 報告、改變事件監視條件、變量訪問、變量讀、變量寫和信息分發服務。EPA管理服務是EPA 通信協議中的重要組成部分。EPA系統管理主要完成以下幾個系統管理功能設備識別、 對象定位、地址分配、時鐘同步和功能塊調度。IEEE1588也稱之為PTP精確時鐘同步協議， 具有同步精度高的特點。在EPA協議棧軟件中實現了完整PTP協議的精確時鐘同步引擎。 IEEE1588精確同步引擎主要包括時鐘同步算法、本地精確時鐘和本地數據集等模塊。它通 過TCP/IP以組播或者多播的方式收發EPA網絡上的報文。本地時鐘模塊采用中斷的方式， 維護一個精確的本地時鐘，精度可以根據實際需要來確定，理論上IEEE1588可以達到納秒 級的同步精度。EPA確定性調度目的是為了解決以太網報文發送的不確定性，EPA確定性調 度保證在每個時刻網絡上只有一個設備在發送報文，避免了網絡上報文的碰撞所引起的報 文發送不確定性。EPA確定性調度引擎實現了完整的EPA確定性調度機制。
(2)主控卡軟件 本發明中的自整定主要包括以下幾個方面①確定執行機構正、反作用②確定執 行機構的零點和行程③測定執行時間④確定最小脈沖⑤優化瞬時響應。
權利要求
基于EPA標準的智能閥門定位器，包括通信卡和主控卡兩部分，通信卡實現EPA網絡的通信，主控卡實現氣動調節閥的閥位控制，其特征在于所述通信卡由網絡變壓器、以太網控制器、ARM微處理器芯片、FLASH以及電源電路構成，所述網絡變壓器實現EPA信號的隔離；所述以太網控制器用以實現網絡數據的收發，所述電源電路從EPA信號中取能為各模塊電路供電；ARM微處理器用以實現與以太網控制器之間數據的收發；所述主控卡由I/P轉換單元、MSP430微處理器、監控面板、電位器構成，所述I/P轉換單元還包括兩個壓電閥及其氣路控制和放大部分，其功能在于將電信號轉換為氣動信號驅動閥位的動作；MSP430微處理器根據電位器的反饋信號實現對I/P轉換單元的控制；按鍵和LCD顯示作為監控面板可以根據用戶需求設置相關功能或菜單；所述ARM微處理器與MSP430微處理器之間通過Modbus協議實現雙向數字通信。
2. 根據權利要求1所述基于EPA標準的智能閥門定位器，其特征在于所述ARM微處 理器采用ARM7芯片AT91R40008。
3. 根據權利要求2所述基于EPA標準的智能閥門定位器，其特征在于所述ARM微處 理器與FLASH芯片SST39VF1601連接。
4. 根據權利要求1所述基于EPA標準的智能閥門定位器，其特征在于所述以太網控 制器采用與EPA芯片接口兼容的AX88796芯片。
全文摘要
基于EPA標準的智能閥門定位器，包括通信卡和主控卡兩部分，通信卡實現EPA網絡的通信，主控卡實現調節閥的閥位控制，其特征在于所述通信卡由網絡變壓器、以太網控制器、ARM微處理器芯片、FLASH存儲器以及電源電路構成，所述主控卡由I/P轉換單元、MSP430微處理器、監控面板、電位器構成。本發明的優點是采用全數字化的方式實現對氣動調節閥的控制，并可通過EPA網絡在工業以太網內與系統、儀表及終端實現數字化通信，具有較強的抗干擾能力和較快的通信速率；系統采用總線供電的方式，減少了安裝的復雜性，提高了安全性和經濟性；用戶可通過以太網接口對EPA網絡中的智能閥門定位器進行控制和訪問，使得工業企業的管理控制一體化成為可能。
文檔編號G05D3/00GK101770237SQ20091024727
公開日2010年7月7日 申請日期2009年12月28日 優先權日2009年12月28日
發明者包偉華, 巢樂, 李倩如, 楊震斌, 趙勇 申請人:上海自動化儀表股份有限公司