支持環路冗余控制的智能電動控制執行系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于智能電動執行機構控制技術領域，特別涉及一種支持環路冗余控制的智能電動控制執行系統。
【背景技術】
[0002]電動執行機構是自動化領域三大主要儀表之一，隨著制造業競爭的加劇，制造商更加追求生產設備的可靠性，在石油、化工、冶金、輕工、食品、建材、環保等行業自動化的某些系統中，要求控制裝置有極高的可靠性，尤其是那些控制關鍵性生產工序的設備，往往需要采用冗余配置。冗余控制使得系統在運行時不受局部單一故障的影響，可實現在線維護；同時，故障部件離線修理時也不影響系統正常運行，從而可達到提高系統可靠性和降低失效率的目的。合理的冗余設計將大大提高系統的可靠性，有效避免由于控制系統出現故障而引起的停產或設備損壞造成的經濟損失。因此研發既可以使用4_20mA的模擬技術，也可以使用現場總線通信技術的支持環路冗余控制的智能電動執行機構具有很大的現實意義。
【發明內容】
[0003]本實用新型要解決的技術問題是針對現有智能電動執行機構無法實現環路冗余控制及高可靠性的問題，提出一種支持環路控制的智能電動控制執行系統。
[0004]本實用新型的技術方案為:一種支持環路冗余控制的智能電動控制執行系統，包括主控微控制單元以及與主控微控制單元連接的驅動電路、信號處理電路和電子力矩檢測電路，其特征在于:還包括輔助微控制單元，人機顯示界面、位置發送器、Modbus環路冗余通信卡、電源模塊和低功耗處理電路分別與輔助微控制單元連接；所述主控微控制單元和輔助微控制單元之間通過RS-232連接。
[0005]以上所述輔助微控制單元選用PIC18F87K90，帶兩個增強型USART串行通信模塊，可接一塊Modbus環路冗余通信卡。
[0006]以上所述Modbus環路冗余通信卡的微控制單元選用PIC18F25K22，帶兩個增強型USART串行通信模塊，且支持中繼功能。
[0007]本實用新型的有益效果在于:(I)兼容原有開關量和4_20mA模擬量通信功能；(2)智能電動執行機構也可實現Modbus環路冗余控制，且支持中繼功能，可以對模擬量控制信號和Modbus環路冗余控制信號進行任意組合；(3)環路冗余控制是DCS系統成熟的控制技術，提尚了智能電動執彳丁機構的尚可靠性，從而進一步提尚了支持環路幾余控制系統的可用性。
【附圖說明】
[0008]圖1為本實用新型支持環路冗余控制的智能電動控制執行系統原理框圖；
[0009]圖2為本實用新型支持環路冗余控制的智能電動控制執行系統通信框圖；
[0010]圖3為本實用新型典型的環路冗余控制系統示意圖；
[0011]圖4為本實用新型環路故障連接轉換示意圖；
[0012]圖5為本實用新型Modbus環路冗余卡從站初始化過程圖。
【具體實施方式】
[0013]圖1是支持環路冗余控制的智能電動控制執行系統原理框圖。支持環路冗余控制的智能電動控制執行系統，包括主控微控制單元8以及與主控微控制單元8連接的驅動電路3、信號處理電路10和電子力矩檢測電路12，其特征在于:還包括輔助微控制單元9，人機顯示界面2、位置發送器4、ModbuS環路冗余通信卡6、電源模塊7和低功耗處理電路11分別與輔助微控制單元9連接；所述主控微控制單元8和輔助微控制單元9之間通過RS-232連接交換數據。整個控制分兩個微控制單元來實現，主控微控制單元8負責系統的控制和保護部分，輔助微控制單元9負責顯示、操作、計數和低功耗控制。輔助微控制單元9與環路冗余通信卡6之間用RS-232來交換數據。驅動電路3還包括固態繼電器及其組成的控制電路；電源模塊7為主控微處理器8和輔助微處理器9提供電源。
[0014]開關量和4_20mA模擬量輸入信號經過信號處理電路10處理后送主控微控制單元8，電子力矩檢測電路12輸出信號送主控微控制單元8，輔助微控制單元9接收位置發送器送來的位置檢測信號處理后送主控微控制單元8，來自信號處理電路10的信號與來自位置發送器4的模擬信號經過主控微控制單元8進行比較運算，根據兩者偏差輸出控制信號到驅動電路3，驅動電路3輸出控制三相電機5運動，三相電機5的行程同時通過位置發送器4反饋到輔助微控制單元9形成閉環控制。同時，Modbus環路冗余通信卡與環路控制器主控站通訊，外界信號還可通過Modbus環路冗余通信卡6處理后送入輔助微控制單元9。人機界面2設定參數輸出輔助微控制單元9，該輔助微控制單元9輸出狀態值給人機界面2顯不O
[0015]本實用新型通過設置Modbus環路冗余通信卡6、主控微控制單元8，輔助微控制單元9，4-20mA模擬量輸入信號經過信號處理電路10送主控微控制單元8與來自輔助微控制單元9接收的位置發送器4送來的位置檢測信號經過主控微控制單元8處理，進行比較運算，根據兩者偏差輸出控制信號到驅動電路3，實現智能電動執行機構的定位并帶動電機5運動，電機5的行程同時通過位置發送器4反饋到輔助微控制單元9形成閉環控制；同時，Modbus環路冗余通信卡6通過處于工作狀態的環路冗余通信接口接收來自環路控制器主控站的數據，轉發給智能電動執行機構本體上輔助微控制單元9進行處理，處理的結果經過處于工作狀態的環路冗余通信接口發送給環路控制器主控站(通信框圖如圖2所示)。本實用新型中，遠程控制源設置為Modbus環路冗余通信時，主要變量，控制信息，其他過程參數、設備組態、校準和組態信息都由智能電動執行機構本體上輔助微控制單元9通過環路冗余通信卡6收發。
[0016]本實用新型的主控微控制單元8內部集成8通道12位ADC轉換器、2通道電壓型12位DAC轉換器、高達62KB片內FLASH/EER0M存儲器、4KB片內FLASH/EERAM存儲器以及2KB片內數據XRAM存儲器可以節省許多外圍芯片，大大簡化硬件電路設計。
[0017]本實用新型的輔助微控制單元9可選用PIC1