[发明专利]基于Profibus DP冗余通信技术的智能电动执行机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动执行机构控制，特别涉及一种基于Profibus DP冗 余通信技术的智能电动执行机构。

背景技术

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、轻纺、食品、医药等行业。随着现场总线技术在工业过程控制领 域的应用，自动化系统的网络化，总线化是大趋势。原有的Profibus DP智 能电动执行机构采用Profibus DP现场总线后具有开放性，数字化，双向， 多点通信等优点，但是在实际工业生产中，Profibus DP现场总线控制系统 的各个部分都可能发生不同种类的故障，对现场总线控制系统而言，系统可 靠性成为一个关键的设计目标。单靠Profibus DP总线协议本身不能完全保 证可靠性，网络通信线路，节点连接块或连接器及位于智能设备上的总线收 发模块都是影响Profibus DP现场总线控制系统可靠性的瓶颈之一。因此在 设计Profibus DP现场总线控制系统时需要考虑故障预防，故障容错及失效 安全技术。作为重要的控制元件，具有Profibus DP冗余通信功能的智能电 动执行机构是具有高可用性的Profibus DP现场总线控制系统的重要组成部 分。

符合Profibus Specification：Slave RedundancyV1.2标准要求的 Profibus DP冗余电动执行机构，无论Profibus DP主站是否支持Profibus DP从站冗余功能，都可实现两路Profibus DP通信链路之间自动切换.能够 兼容原有Profibus DP控制系统。因为符合国际标准，协议一致性和互操作 性得到保证。

目前基于Profibus DP冗余通信技术的智能电动执行机构在国内市场上 一直被为数不多的国外公司产品所垄断，由于其高昂的价格和技术的垄断， 使国内企业的生产成本大大增加，降低了企业的竞争能力，因此研发具有自 主知识产权的基于Profibus DP冗余通信技术的智能电动执行机构具有很大 的现实意义。

发明内容

本发明是针对现有Profibus DP智能电动执行机构无法实现冗余及高可 用性的问题，提出了一种基于Profibus DP冗余通信技术的智能电动执行机 构设计方案并完成了产品开发。在智能电动执行机构基础上增加Profibus DP冗余通信功能，该功能实现严格按照<Profibus Specification：Slave Redundancy V1.2>，同原有Profibus DP智能电动执行机构一样，可选择地 实现组态、调试、诊断和数据管理等功能，如查看执行机构特性、动态偏 差、阶跃响应等信息。此外，作为基本执行元件，Profibus DP电动执行机构 具有从站冗余功能，便于设计具有高可用性的Profibus DP现场总线控制系 统。

本发明的技术方案为：一种基于Profibus DP冗余通信技术的智能电动 执行机构，包括以微处理器为核心的MCU控制单元、阀位反馈单元、驱动模 块和Profibus DP冗余通信接口，MCU控制单元包括微处理器CPU、电源模 块、采样电路、显示器人机界面和常规的红外遥控接收器、故障检测、报警 输出，阀位反馈单元包括位置检测电路，驱动模块包括固态继电器驱动，电 源模块为微处理器提供电源，来自采样电路的信号与来自阀位反馈单元的模 拟信号经过微处理器进行比较运算，根据两者偏差输出控制信号到驱动模 块，驱动模块输出控制电机运动，电机的行程同时通过阀位反馈单元反馈到 微处理器，外界信号通过Profibus DP冗余通信接口处理后送入微处理器， 人机界面设定参数输出到微处理器，微处理器输出状态值给人机界面显示或 报警输出。

所述Profibus DP冗余通信接口由两块DPC31芯片，串口控制电路，双口 RAM，RS485驱动电路构成，两块DPC31芯片通过双口RAM冗余通道交换数据， 两块DPC31与电动执行机构本体之间通过串口控制电路交换数据，每块DPC31 通过看门狗监控程序运行，在DPC31与Profibus DP网络之间通过RS485驱动 电路实现电气隔离和RS485驱动。所述两块DPC31芯片中任意一块出现故障， 将通过双口RAM冗余通道或Profibus DP网络主站命令进行工作状态切换。