專利名稱：基于Modbus現(xiàn)場總線的LD智能型電動執(zhí)行機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于一種智能控制機構(gòu)，具體是一種基于Modbus現(xiàn)場總線的LD 智能型電動執(zhí)行機構(gòu)。
技術(shù)背景LD智能型電動執(zhí)行機構(gòu)是用于對各類管道閥門進行驅(qū)動的裝置，廣泛應(yīng)用 于電站、冶金、石油、化工、供水、食品加工等領(lǐng)域。LD智能型電動執(zhí)行機構(gòu) 接收到自動控制系統(tǒng)控制器給定的位置信號后，發(fā)出上行或下行數(shù)據(jù)信號再經(jīng)伺 服放大器放大后，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，進而帶動減速機構(gòu)放大動力來控制閥門的開、 關(guān)位置，減速機構(gòu)同時帶動一個位置傳感器動作，位置傳感器輸出值的變化線性 的反應(yīng)了閥門的位置，執(zhí)行機構(gòu)控制器根據(jù)給定信號與閥門位置傳感器的信號來 決定閥門是開還是關(guān)動作，并且開、關(guān)多大角度?，F(xiàn)有的工業(yè)設(shè)備自動化控制網(wǎng)絡(luò)，多采用DCS現(xiàn)場總線系統(tǒng)，每個智能型電動 執(zhí)行器必須要有至少7-14根控制線才能將執(zhí)行器的參數(shù)傳遞到控制系統(tǒng)的控制模 板上，需要大量的I/0接口。由于要對執(zhí)行器進行控制，還需要在控制裝置附近安 裝轉(zhuǎn)換控制柜，用于中途或現(xiàn)場的控制，或者提供中途信號?，F(xiàn)場接線十分繁雜， 信號在傳輸過程中受到干擾大，損失大，失真嚴重，穩(wěn)定性差。實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種基于Modbus現(xiàn)場總線的LD智能型電動執(zhí)行機 構(gòu)，依據(jù)Modbus協(xié)議，可以方便地接入現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)， 一個自動控制環(huán)路 中的所有電動執(zhí)行機構(gòu)被一根屏蔽雙絞線串聯(lián)起來，所有控制及反饋信息均通 過這根雙絞線進行傳輸，完全取代傳統(tǒng)的多數(shù)量線制。當需要增加電動執(zhí)行機 構(gòu)時，只需一根雙絞線和上級控制裝置(PLC或集散控制系統(tǒng)DCS)的一個串口 ， 并不需要對每個執(zhí)行器都單獨使用一根多芯電纜，更不需要增加PLC大量的1/0 接口。本實用新型的技術(shù)方案是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的基于Modbus現(xiàn)場總線的LD智能型電動執(zhí)行機構(gòu)，包括有MSP430微控制器， 鍵盤及顯示器，D/A輸出接口， 4 20mA闊門位置給定模擬量輸入電路、閥門位分別通過A/D轉(zhuǎn)換器接入MSP430微控制器，其特征在于所 述的MSP430微控制器通過通信收發(fā)模塊MAX3485芯片與主計算機按照Modbus 協(xié)議標準建立數(shù)據(jù)通訊，MSP430微控制器的1/0接口連接有數(shù)字互鎖開關(guān)電路， 數(shù)字開關(guān)電路的各輸出端分別接入一路光電耦合器的輸入端，光耦輸出端接入到 由雙向可控硅、電阻、電容組成的電機驅(qū)動電路，電機驅(qū)動電路輸出的驅(qū)動信號 接入到交流異步電機。本實用新型的最終輸出對象是可正反轉(zhuǎn)的交流異步電機，執(zhí)行機構(gòu)先將上 位態(tài)的Modbus控制器給定的4 20mA閥門位置給定模擬量或閥門位置傳感器輸 出的4 20mA位置輸入信號和執(zhí)行器本身產(chǎn)生的位置反饋信號通過A/D轉(zhuǎn)換器 數(shù)字化后的數(shù)字量，再將兩個數(shù)字量運算、比較，判斷誤差是否在設(shè)定的精度 范圍之內(nèi)，若在則不輸出控制電機運轉(zhuǎn)的開關(guān)信號，若不在則要根據(jù)是正誤差 還是負誤差來決定是輸出正轉(zhuǎn)開關(guān)信號還是反轉(zhuǎn)開關(guān)信號。電機的開關(guān)信號控 制兩個光耦，光耦輸出端導(dǎo)通與否決定后面的雙向可控是硅導(dǎo)通還是關(guān)閉，達 到控制電機是運轉(zhuǎn)還是停止運轉(zhuǎn)的目的。本實用新型優(yōu)點1、 現(xiàn)場使用的輔助設(shè)備少。采用Modbus總線通訊方式后，即使是在冗余的憎 況下，也僅需要兩根電纜4根線，且無須任何隔離和轉(zhuǎn)換以及輸入輸出模塊，同的 減少了大量的信號電纜、節(jié)省了相應(yīng)的電纜槽、配電柜等硬件，降低了費用，而 且還便利了現(xiàn)場接線。
2、 可靠性高。采用Modbus現(xiàn)場總線，其輸出為數(shù)字信號。這與傳統(tǒng)的輸出 為模擬信號的執(zhí)行器來比就大不一樣了，不僅減少了信號轉(zhuǎn)換過程中的損失，增 加了抗干擾能力，而且所傳遞信號的質(zhì)量也是非常穩(wěn)定可靠。使用帶現(xiàn)場總線的 執(zhí)行機構(gòu)減少了大量的接線工作以及大量的中間過渡裝置，因此也減少了大量的 人為錯誤和系統(tǒng)故障。
3、操作維護方便。采用了Modbus現(xiàn)場總線，具有雙向通訊功能，操作人 員在控制室既可對現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)進行標定、參數(shù)設(shè)置、功能組態(tài)，還可在線監(jiān) 測裝置的工作情況，行故障診斷和事故預(yù)測、實施狀態(tài)維修，不再需要像過去 一定要到現(xiàn)場去。由于執(zhí)行機構(gòu)時刻處于被監(jiān)控狀態(tài)，因此使用和維護十分方 便。4、可實現(xiàn)遠程編程、操作、和診斷。當執(zhí)行機構(gòu)在現(xiàn)場出現(xiàn)了一些難以 解決的問題時，就可以利用Modbus通訊網(wǎng)絡(luò)來進行遠程會診，廠家不必到現(xiàn)場。


圖1是本實用新型電原理結(jié)構(gòu)圖。 圖2為本實用新型電機控制電路圖。
具體實施方式
參見附圖?；贛odbus現(xiàn)場總線的LD智能型電動執(zhí)行機構(gòu)，包括有MSP430微控制器， 鍵盤及顯示器，D/A輸出接口， 4 20mA閥門位置給定模擬量輸入電路、閥門位 置傳感器的信號輸出分別通過A/D轉(zhuǎn)換器接入MSP430微控制器，其特征在于所 述的MSP430微控制器通過通信收發(fā)模塊MAX3485芯片與主計算機按照Modbus 協(xié)議標準建立數(shù)據(jù)通訊，MSP430微控制器的1/0接口連接有數(shù)字互鎖開關(guān)電路， 數(shù)字開關(guān)電路的各輸出端分別接入一路光電耦合器的輸入端，光耦輸出端接入到 由雙向可控硅、電阻、電容組成的電機驅(qū)動電路，電機驅(qū)動電路輸出的驅(qū)動信號 接入到交流異步電機。MSP430微控制器是整個電路的核心，根據(jù)程序存儲器中程序代碼執(zhí)行操 作，將Modbus通信收發(fā)模塊MAX3485芯片、閥門位置傳感器來的數(shù)據(jù)運算處 理，并將要輸出的信號放到芯片的I/0上進行電機及按鍵、顯示操作，將要保 存的數(shù)據(jù)保存到指定內(nèi)存中去。Modbus通信收發(fā)模塊MAX3485芯片是執(zhí)行Modbus通信協(xié)議的物理層保證， 它的主要任務(wù)是將MSP430微控制器串行格式的數(shù)字信號變?yōu)镽S-485信號并輸 出，或者是將RS-485格式的信號變?yōu)镸SP430微控制器串行格式數(shù)字信號輸入 到MSP430微控制器。MSP430微控制器中的FLASH程序存儲器和E2PR0M存儲器分別用來存儲程 序代碼和控制參數(shù)變量。4 20raA闊門位置給定模擬量輸入電路、閥門位置傳感器共同構(gòu)成4 20mA 位置信號給定系統(tǒng)。單片機程序使用C51語言編寫，采用自上而下的模塊化設(shè)計方法，整個 程序包括系統(tǒng)初始化、串口發(fā)送、串口中斷接收、485通訊、LCD顯示、鍵盤接收、報警等功能子模塊。應(yīng)用程序中，MODBUS協(xié)議通信由通訊子模塊實現(xiàn), 包含CRC-16計算與驗證、信息幀的編制和分解。主要技術(shù)性能指標控制精度0. 1% 5%液晶顯示可顯示閥門開度百分比、輸入信號百分比以及故障狀態(tài)時故障 代碼通信方式完全符合Modbus協(xié)議通信，已通過Modbus—致性測試。接收控制信號Modbus協(xié)議通信控制信號反饋信號4 mA 20mA DC、 Modbus協(xié)議通信控制信號 工作溫度范圍一20。C + 70。C; 電源單項交流電220V士10y。 50Hz 輸出開關(guān)觸點容量單項交流250V， 5A 位置反饋電阻0.5 KQ 5KQ定位方式選擇手動/自動安全位置選擇輸入信號故障時電動執(zhí)行機構(gòu)所處位置，可選擇全開/全閉 /停止在當前位置/設(shè)定安全位置。
權(quán)利要求1、基于Modbus現(xiàn)場總線的LD智能型電動執(zhí)行機構(gòu)，包括有MSP430微控制器，鍵盤及顯示器，D/A輸出接口，4～20mA閥門位置給定模擬量輸入電路、閥門位置傳感器的信號輸出分別通過A/D轉(zhuǎn)換器接入MSP430微控制器，其特征在于所述的MSP430微控制器通過通信收發(fā)模塊MAX3485芯片與主計算機按照Modbus協(xié)議標準建立數(shù)據(jù)通訊，MSP430微控制器的I/O接口連接有數(shù)字互鎖開關(guān)電路，數(shù)字開關(guān)電路的各輸出端分別接入一路光電耦合器的輸入端，光耦輸出端接入到由雙向可控硅、電阻、電容組成的電機驅(qū)動電路，電機驅(qū)動電路輸出的驅(qū)動信號接入到交流異步電機。
專利摘要本實用新型公開了一種基于Modbus現(xiàn)場總線的LD智能型電動執(zhí)行機構(gòu)，包括有MSP430微控制器，鍵盤及顯示器，D/A輸出接口，4～20mA閥門位置給定模擬量輸入電路、閥門位置傳感器的信號輸出分別通過A/D轉(zhuǎn)換器接入MSP430微控制器，MSP430微控制器通過通信收發(fā)模塊MAX3485芯片與主計算機按照Modbus協(xié)議標準建立數(shù)據(jù)通訊，MSP430微控制器的I/O接口連接有數(shù)字互鎖開關(guān)電路，數(shù)字開關(guān)電路的各輸出端分別接入一路光電耦合器的輸入端，光耦輸出端接入到由雙向可控硅、電阻、電容組成的電機驅(qū)動電路，電機驅(qū)動電路輸出的驅(qū)動信號接入到交流異步電機。本實用新型可靠性高，現(xiàn)場設(shè)備少，操作方便，功能強大。
文檔編號G05B19/042GK201107613SQ200720043659
公開日2008年8月27日 申請日期2007年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月12日
發(fā)明者李正祥 申請人:安徽藍德集團股份有限公司