專利名稱：全數(shù)字化智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全數(shù)字化智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，具體地說是用于智 能型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)，屬于智能儀器儀表和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
本發(fā)明之前，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)普遍使用的是采用簡(jiǎn)單的模擬信號(hào)控
制，基于PLC或者簡(jiǎn)單的單片機(jī)控制，存在著控制方式落后，可靠性不高，缺乏 完善的保護(hù)和故障報(bào)警措施，以及必要的遠(yuǎn)程通信方法等問題，使得現(xiàn)有的電動(dòng)執(zhí)行 機(jī)構(gòu)系統(tǒng)不便于調(diào)試和維護(hù)，也不能根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際要進(jìn)行參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，不能組 成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
傳統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)不僅抗干擾性差，而且功能單一，不利于系 統(tǒng)功能擴(kuò)展；同時(shí)控制精度也很差，無法用于現(xiàn)在精度要求越來越高的應(yīng)用要 求。因此研發(fā)數(shù)字化、高精度、集成化高、適用性強(qiáng)的智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制 系統(tǒng)是迫切需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種全數(shù) 字化智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種全數(shù)字化智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)。 該控制系統(tǒng)具有電源模塊，將380VAC或220VAC供電電源轉(zhuǎn)換為控制器內(nèi)部 電源；通過檢測(cè)部分的相序、溫度、扭矩和位置檢測(cè)模塊，檢測(cè)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 的運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警；檢測(cè)信號(hào)輸入32位主控制芯片后，主控制芯片運(yùn)算后輸 出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的動(dòng)作控制；控制系統(tǒng)同時(shí)還具備 了人機(jī)接口，提供了就地操作人員和控制器之間的交互接口；控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通訊接口提供了多種接口與遠(yuǎn)程系統(tǒng)完成信息交換；控制系統(tǒng)采用低成本的32 位芯片作為核心控制芯片，其內(nèi)置的軟件完成了整個(gè)系統(tǒng)的控制功能，系統(tǒng)軟 件采用時(shí)間輪詢系統(tǒng)，分為驅(qū)動(dòng)層、中間層和應(yīng)用層等三層結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明由于采用了低成本的32位芯片作為核心控制芯片，克服了使用PLC 和單片機(jī)的缺點(diǎn)，大大提高了控制速度和精度的同時(shí)，降低了控制系統(tǒng)的成本。 在檢測(cè)部分，采用了數(shù)字式的位置檢測(cè)模塊將精確檢測(cè)閥門的實(shí)時(shí)位置；采用 了數(shù)字式的扭矩檢測(cè)模塊將以精確的數(shù)字量反饋閥門的實(shí)時(shí)扭矩；采用了數(shù)字 式的相序檢測(cè)模塊，可以動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)電源相序并發(fā)出缺相報(bào)警。這些都確保 了電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)很高的控制水平。
同時(shí)由于本發(fā)明采用的硬件模塊化、軟件結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，因此在多種模塊的 選擇上，可以自由選擇。例如電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，可以選擇交流接觸器，可以選擇 伺服驅(qū)動(dòng)器，也可以選擇變頻器，以適合驅(qū)動(dòng)不同電機(jī)。因此本發(fā)明可以適應(yīng) 于各種電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，只需要對(duì)軟硬件模塊進(jìn)行選擇。
本發(fā)明具有全數(shù)字化的系統(tǒng)控制功能，運(yùn)行安全穩(wěn)定可靠，控制水平先進(jìn)， 功能完善，操作簡(jiǎn)便，可靠性強(qiáng)，抗干擾性高，大大提高了電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控 制水平，并降低了使用成本，解決了目前電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所面臨的難題，填補(bǔ)了 國(guó)內(nèi)無低成本數(shù)字化智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的空白。
以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)及技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地 闡述本發(fā)明的目的、特征和效果。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的硬件組成示意圖； 圖3是本發(fā)明的軟件組成示意具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
如圖l，本發(fā)明主要共由六大部分組成，即電源模塊；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；檢測(cè)
4部分，包括四個(gè)模塊；人機(jī)接口部分，包括四個(gè)模塊；遠(yuǎn)程通訊接口部分，包 括三大模塊；以及32位主控制芯片。其中檢測(cè)部分、32位主控制芯片以及電 機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊構(gòu)成控制系統(tǒng)的主回路；電源模塊作為控制系統(tǒng)的供電部分；人機(jī) 對(duì)話接口和遠(yuǎn)程通訊接口作為輔助部分，完成系統(tǒng)與操作人員和遠(yuǎn)程系統(tǒng)的信 息交互。
本發(fā)明的硬件組成如圖2。其中，電源模塊采用變壓器、整流橋和意法半導(dǎo) 體公司的LM2576-05、 LM2576-12等非線性電源穩(wěn)壓芯片構(gòu)成，將380VAC或 220VAC轉(zhuǎn)化為5V、 12V等穩(wěn)壓電源。
傳感器部分包括由安華高公司AEAS-7500和AEAT-86AD組成的30位多轉(zhuǎn) 圈絕對(duì)值編碼器，其輸入信號(hào)由德州半導(dǎo)體公司的SN26LS31和SN26LS32芯 片組成的SSI串行接口接入主控制芯片，由基于安華高公司的HCPL200線性 光耦的組成模擬量輸入電路用于接入扭矩信號(hào)，由基于日立公司的光耦TLP521 的三路開關(guān)量輸入接口 5用于電源相序檢測(cè)和電機(jī)過熱檢測(cè)信號(hào)輸入。
主控制芯片采用基于ARM公司Cortex-M3內(nèi)核的意法半導(dǎo)體公司32位控 制器STM32F103芯片。主控制芯片輸出的電機(jī)控制信號(hào)經(jīng)接觸器驅(qū)動(dòng)電路驅(qū) 動(dòng)交流接觸器。
遠(yuǎn)程通訊接口包括開關(guān)量和模擬量接口，包含4路開關(guān)量輸入用于開、關(guān)、 停止和緊急動(dòng)作輸入，1路模擬量輸入控制電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開度，8路開關(guān)量 輸出用于指示狀態(tài)和報(bào)警，2路模擬量輸出用于輸出開度和扭矩的實(shí)時(shí)值；同 時(shí)提供MODBUS-RTU和PROFIBUS-DP兩種總線接口用于總線通訊，提供工 業(yè)以太網(wǎng)接口用于接入工業(yè)以太網(wǎng)。人機(jī)對(duì)話接口，以HSDL-7001芯片為基礎(chǔ) 的IRDA紅外遙控接口， 6個(gè)MK14103干簧管組成的磁控旋鈕，以及 TG12864-D04液晶顯示屏。
本發(fā)明的軟件如圖3所示。軟件采用時(shí)間輪詢系統(tǒng)，軟件結(jié)構(gòu)分為三層， 分別為驅(qū)動(dòng)層、中間層和應(yīng)用層。驅(qū)動(dòng)層主要完成軟件上對(duì)各硬件部分的控制 和信息采集，包括各類傳感器驅(qū)動(dòng)、液晶屏驅(qū)動(dòng)、總線接口驅(qū)動(dòng)等；中間層將 實(shí)現(xiàn)一些單獨(dú)的功能，例如液晶顯示、MODBUS總線、行程和扭矩檢測(cè)值的刷 新等，中間層將根據(jù)需要調(diào)用相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)層層序；應(yīng)用層將根據(jù)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工藝需要，分為電機(jī)控制程序、人機(jī)對(duì)話菜單、總線控制程序等，將根據(jù)需 要調(diào)用相應(yīng)的中間層程序。所有的這些程序?qū)⒏鶕?jù)創(chuàng)建的時(shí)間輪詢系統(tǒng)進(jìn)行調(diào) 用。
本具體實(shí)施例的工作原理如下，絕對(duì)值編碼器通過SSI串行接口將檢測(cè)到
的閥門絕對(duì)開度值傳送給主控制芯片，主控制芯片將該開度值與通過遠(yuǎn)程通訊 接口或人機(jī)接口設(shè)定的門開度值比較，同時(shí)模擬量輸入電路反饋的扭矩值是否 超限，開關(guān)量輸入電路反饋的電機(jī)過熱或電源缺相報(bào)警是否存在，如果一切狀 態(tài)均為正常，則當(dāng)實(shí)際開度值超過設(shè)定開度值時(shí)，輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)交流接觸
器控制閥門往關(guān)向運(yùn)動(dòng)，反之輸出開門信號(hào)；通過人機(jī)接口，就地操作員可以 進(jìn)行就地操作、參數(shù)設(shè)定和調(diào)試；通過遠(yuǎn)程通訊接口，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以接收 控制器反饋的運(yùn)行和報(bào)警信息，并且可以輸出遠(yuǎn)程控制信號(hào)給電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
綜上所述，本說明書中所述的只是本發(fā)明的一種較佳具體實(shí)施例。凡本技 術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或 者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種全數(shù)字化智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，主要包括電源模塊、檢測(cè)部分、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)接口部分、遠(yuǎn)程通訊接口部分，其特征是由電源模塊提供控制器的供電電源；檢測(cè)部分將傳感器檢測(cè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)狀態(tài)和報(bào)警信息輸入主控制芯片處理；主控制芯片運(yùn)算后輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；人機(jī)對(duì)話部分，提供了磁控旋鈕、液晶顯示屏和紅外、藍(lán)牙遙控器，用于人機(jī)信息交互；遠(yuǎn)程通訊接口，提供了多種接口與遠(yuǎn)程系統(tǒng)完成信息交換。
2、 如權(quán)利要求1所述的全數(shù)字化智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，其特征在于 檢測(cè)部分，包括相序、溫度、扭矩和位置四個(gè)檢測(cè)模塊。
3、 如權(quán)利要求1所述的全數(shù)字化智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，其特征在于 控制系統(tǒng)軟件采用時(shí)間輪詢系統(tǒng)，分為驅(qū)動(dòng)層、中間層和應(yīng)用層三層結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種全數(shù)字化智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，屬于智能儀器儀表和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，主要是作為電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的核心組成部分，完成電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)控制功能，使用該控制系統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可用于如閥門、閘門、風(fēng)門以及相關(guān)流體設(shè)備的控制。該控制系統(tǒng)具有電源模塊，將380VAC或220VAC供電電源轉(zhuǎn)換為控制器內(nèi)部電源；通過檢測(cè)部分的相序、溫度、扭矩和位置檢測(cè)模塊，檢測(cè)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警；32位主控制芯片接收檢測(cè)的數(shù)據(jù)后，經(jīng)過運(yùn)算輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的動(dòng)作控制；控制系統(tǒng)同時(shí)還具備了人機(jī)接口，提供了就地操作人員和控制器之間的交互接口；控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通訊接口提供了多種接口與遠(yuǎn)程系統(tǒng)完成信息交換；控制系統(tǒng)采用低成本的32位芯片作為核心控制芯片，其內(nèi)置的軟件完成了整個(gè)系統(tǒng)的控制功能，系統(tǒng)軟件采用時(shí)間輪詢系統(tǒng)，分為驅(qū)動(dòng)層、中間層和應(yīng)用層等三層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明由于采用了硬件模塊化、軟件結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方式，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)在不同類型的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用流程，采用低成本的32位芯片，在提升性能的同時(shí)大大降低了成本。因此本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于需要精確定位控制的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G05B19/04GK101604149SQ200910051100
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月13日
發(fā)明者嵩 葉, 林曉鐘, 梁海峰, 棟 陳 申請(qǐng)人:上海源致信息技術(shù)有限公司