一种Profibus现场总线型电动执行机构控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种Profibus现场总线型数字化电动执行机构控制器，主要包括：电源转换单元，用于外接交流电源与系统电源的转换；电源管理单元，用于供电方式切换及后备电池充电管理；信号处理单元，用于信息采集及输出；以三相电机正反转控制器为主要部件的功率控制单元，用于驱动机构动作；中央处理单元，与上述电源转换单元、电源管理单元、信号处理单元、功率控制单元连接，用于管理各种控制信号；冗余Profibus通讯接口，用于与上层监控系统通讯；串口和网口用于调试信息上传下载。设计方案大大提高了基于Profibus总线协议的电动执行机构的可靠性和可用性。

【技术实现步骤摘要】

电动执行机构可广泛应用于冶金、石油、电站、化工、轻纺等工业部门的生产过程自动调节。本专利技术属于工业控制网络
，尤其涉及一种现场总线型数字化电动执行机构。
技术介绍
电动执行机构是自动化领域三大主要仪表之一，广泛应用于电力、冶金、石化等行业的生产过程自动调节。随着现场总线和工业以太网在工业控制领域的应用，网络化、总线化、智能化成为以电动执行机构为代表的自动化仪表的发展趋势。电动执行机构控制器是电动执行机构的核心组成部分，完成电动执行机构的各项控制功能。由于现场总线协议种类较多，市场上也出现了支持主要现场总线协议规约的电动执行机构，如ZL200720043659. O公开的“基于Modbus现场总线协议的LD智能型电动执行机构，，支持Modbus协议，ZL200520130603. X公开的“智能总线型电动执行机构，，支持 Profibus-DP协议，ZL200620091945 "Lonfforks总线式智能电动执行机构”支持LonWorks 协议，ZL200520130603. X公开的“智能总线型电动执行机构”支持Profibus-DP协议， ZL200420070325 "CAN总线式智能电动执行器控制装置”支持CAN总线。ftx)fibuS是一种开放式的标准协议，尤其在电力行业得到了广泛应用，但是基于电力等行业的重要性考虑， 开发支持从站冗余的基于ftOfibus协议的电动执行机构具有很大的现实意义。电动执行机构控制器是电动执行机构的核心组成部分，完成电动执行机构的各项控制功能，从而实现电动执行机构对阀门、闸门、风门以及相关流体设备的控制。通过对已公开专利分析，相关专利存在以下几方面的缺陷1)通过接触器和可控硅组成的集成电路实现电机的正反转切换及调节，在实际应用中发现，接触器的开合速度过快产生的电磁场会对可控硅的控制产生干扰，而且接触器的声音也过大，存在噪声干扰；2)对后备电池及管理电路的考虑不足；3)通过串口实现调试信息上传下载，对调试终端的接口和连接线有一定的要求， 方便性差。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的以上问题，本申请提出一种ftOfibus现场总线型电动执行机构控制器设计方案，提高相关产品的实用性和安全性。本专利技术具体采用以下技术方案。一种ftx)fibUS现场总线型电动执行机构控制器，包括电源转换单元、电源管理单元、中央处理单元、信号处理单元及功率控制单元；其特征在于所述电源转换单元输入端外接380V交流电源，输出24V直流和5V直流两组电源， 分别为中央处理单元和信号处理单元供电；电源管理单元用于完成在有无外接电源输入的情况下供电方式的切换当电源转换单元输入端有外接380V交流电源时，所述电源管理单元控制所述电源转换单元输出为中央处理单元和信号处理单元供电，并通过所述电源管理系统中的充电电路对后备电池进行充电；当电源转换单元输入端没有外接380V交流电源时，通过所述电源管理单元的切换控制，由所述后备电池对中央处理单元和信号处理单元供电；所述信号处理单元接收位置传感器传送来的阀门位置信号，和电机三相电流、电机线圈温度、后备电池温度等模拟量输入信号，以及就地操作按钮传送来的就地远程切换信号；所述信号处理单元的输出端分别与液晶显示接口和中央处理单元的输入端相连， 将采集到的各种信号输出至液晶显示接口和中央处理单元，由液晶显示接口完成人机交互界面的显示和查看，由中央处理单元按照既定的控制策略和保护逻辑对所述各种信号进行处理，生成相应的电机控制信号及保护动作信号；所述中央处理单元通过冗余PR0FIBUS接口与上层控制系统的通讯接口卡相连， 用于接收上层控制系统的开、关、停或阀门开度指令，同时向上层控制系统反馈实际的阀门位置信号及信号处理单元接收的其它信号；调试终端通过中央处理单元上集成的网口或串口实现调试信息的修改及上传、下载；所述中央处理单元与功率控制单元相连，向功率控制单元输出所述电动机控制信号，驱动异步三相电机动作，实现对电动执行机构的控制。中央处理单元将冗余PR0FIBUS接口传来的“开”、“关”、“停”或阀位动作指令和信号处理单元采集的位置信息进行比较运算，根据二者的偏差输出可控硅控制信号到功率控制单元。所述功率控制单元由可控硅控制电路和三相电机正反转控制器组成，与三相异步电机相连，根据中央处理单元发送的可控硅控制信号实现三相异步电机的正转、反转和停止，从而实现执行机构的阀位控制。冗余PR0FIBUS接口采用硬件冗余方式，数据由中央处理单元的同一个CPU发出， 并通过两个VPC3+芯片送出，两块VPC3+同时工作，与电动执行机构本体之间通过中央处理单元的数据总线交换数据，每块VPC3+通过看门狗监控程序运行，一旦其中一块VPC3+芯片损坏，另外一路正常工作，系统仍可保持正常工作。本专利技术具有以下有益效果1)改进了功率控制单元，使用三相电机正反转控制器控制电机的正反转和连续调节，从而实现无声控制，降低噪声干扰；2)在电源管理单元中加入微动开关，就地手动摇柄推入后接通微动开关为电池充电，摇柄弹出后，断开微动开关，从而在保存实时数据的前提下实现彻底断电，降低电池的无辜损耗，从而缩小电池的容量和体积，简化操作；3)冗余PR0FIBUS接口提高了电动执行机构的可靠性，用户可以自由选择通过以太网口或串口进行调试，更加灵活便捷。附图说明图1为ftOfibus现场总线型电动执行机构控制器结构框图2为ftOfibus现场总线型电动执行机构控制器功率控制单元电路结构图；图3为ftOfibus现场总线型电动执行机构控制器电源管理单元工作原理示意图。具体实施例方式下面根据说明书附图，结合优选实施例对技术方案进一步详细说明。如图1所示，Profibus现场总线型电动执行机构控制器主要包括电源转换单元、 电源管理单元、中央处理单元、信号处理单元及功率控制单元五个部分。电源转换单元将输入的380VAC转换为MVDC、5VDC两组电源，并通过电源管理单元分别对信号处理单元及中央处理单元供电；电源管理单元主要完成在有无外接电源输入的情况下供电方式的切换，并提供充电电路，在有电源的情况下对后备电池进行充电，在执行机构掉电情况下，就地手动操作时，接通微动开关，由后备电池对中央处理单元、信号处理单元和电机转速脉冲及方向检测模块供电，完成位置的实时检测。电源转换单元将输入的380VAC转换为MVDC、5VDC两组电源，并通过电源管理单元分别对信号处理单元及中央处理单元供电；电源管理单元主要完成在有无外接电源输入的情况下供电方式的切换，并提供充电电路，在有电源的情况下对后备电池进行充电，在执行机构掉电情况下，就地手动操作时，接通微动开关，由后备电池对中央处理单元、信号处理单元供电，完成当前阀门位置(即脉冲数)及方向的实时检测和存储。信号处理单元接收位置传感器传送来的阀门位置信号，电机三相电流、电机线圈温度、后备电池温度等模拟量输入信号、就地操作按钮传送来的就地远程切换信号。本实施例中位置传感器采用霍尔非接触式传感器。信号处理单元的输出端分别与液晶显示接口和中央处理单元的输入端相连，将采集到的位置信息、状态信息输出至液晶显示接口和中央处理单元，由液晶显示接口完成人机交互界面的显示和查看，由中央处理单元按照既本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：余康，黄振江，张雁，武芳，邵巍龙，王硕，刘晖，
申请(专利权)人：北京华电天仁电力控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：