[发明专利]支持环路冗余控制的智能电动控制执行系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于智能电动执行机构控制技术领域，特别涉及一种支持环路冗余控制的智能电动控制执行系统。

背景技术

电动执行机构是自动化领域三大主要仪表之一，随着制造业竞争的加剧，制造商更加追求生产设备的可靠性，在石油、化工、冶金、轻工、食品、建材、环保等行业自动化的某些系统中，要求控制装置有极高的可靠性，尤其是那些控制关键性生产工序的设备，往往需要采用冗余配置。冗余控制使得系统在运行时不受局部单一故障的影响，可实现在线维护；同时，故障部件离线修理时也不影响系统正常运行，从而可达到提高系统可靠性和降低失效率的目的。合理的冗余设计将大大提高系统的可靠性，有效避免由于控制系统出现故障而引起的停产或设备损坏造成的经济损失。因此研发既可以使用4-20mA的模拟技术，也可以使用现场总线通信技术的支持环路冗余控制的智能电动执行机构具有很大的现实意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有智能电动执行机构无法实现环路冗余控制及高可靠性的问题，提出一种支持环路控制的智能电动控制执行系统及其控制方法。

本发明的技术方案为：一种支持环路冗余控制的智能电动控制执行系统，包括主控微控制单元以及与主控微控制单元连接的驱动电路、信号处理电路和电子力矩检测电路，其特征在于：还包括辅助微控制单元，人机显示界面、位置发送器、Modbus环路冗余通信卡、电源模块和低功耗处理电路分别与辅助微控制单元连接；所述主控微控制单元和辅助微控制单元之间通过RS-232连接。

以上所述辅助微控制单元选用PIC18F87K90，带两个增强型 USART串行通信模块，可接一块Modbus环路冗余通信卡。

以上所述Modbus环路冗余通信卡的微控制单元选用PIC18F25K22，带两个增强型 USART串行通信模块，且支持中继功能。

以上所述支持环路冗余控制的智能电动控制执行系统的控制方法，其特征在于：开关量和4-20mA模拟量输入信号经过所述信号处理电路处理后送所述主控微控制单元，所述电子力矩检测电路输出信号送所述主控微控制单元，所述辅助微控制单元接收所述位置发送器送来的位置检测信号处理后送所述主控微控制单元，来自信号处理电路的信号与来自位置发送器的模拟信号经过主控微控制单元进行比较运算，根据两者偏差输出控制信号到所述驱动电路，所述驱动电路输出控制三相电机运动，所述位置发送器检测三相电机的运动信号再反馈回所述辅助微控制单元，形成闭环控制；所述人机界面设定参数输出到所述辅助微控制单元，辅助微控制单元输出状态值给人机界面显示；所述辅助微控制单元通过所述Modbus环路冗余通信卡与环路控制器主控站通讯。

本发明的有益效果在于：(1)兼容原有开关量和4-20mA模拟量通信功能；(2)智能电动执行机构也可实现Modbus环路冗余控制，且支持中继功能，可以对模拟量控制信号和Modbus环路冗余控制信号进行任意组合；(3)环路冗余控制是DCS系统成熟的控制技术，提高了智能电动执行机构的高可靠性，从而进一步提高了支持环路冗余控制系统的可用性。

附图说明

图1为本发明支持环路冗余控制的智能电动控制执行系统原理框图；

图2为本发明支持环路冗余控制的智能电动控制执行系统通信框图；

图3为本发明典型的环路冗余控制系统示意图；

图4为本发明环路故障连接转换示意图；

图5为本发明Modbus环路冗余卡从站初始化过程图。

具体实施方式

图1是支持环路冗余控制的智能电动控制执行系统原理框图。支持环路冗余控制的智能电动控制执行系统，包括主控微控制单元8以及与主控微控制单元8连接的驱动电路3、信号处理电路10和电子力矩检测电路12，其特征在于：还包括辅助微控制单元9，人机显示界面2、位置发送器4、Modbus环路冗余通信卡6、电源模块7和低功耗处理电路11分别与辅助微控制单元9连接；所述主控微控制单元8和辅助微控制单元9之间通过RS-232连接交换数据。整个控制分两个微控制单元来实现，主控微控制单元8负责系统的控制和保护部分，辅助微控制单元9负责显示、操作、计数和低功耗控制。辅助微控制单元9与环路冗余通信卡6之间用RS-232来交换数据。驱动电路3还包括固态继电器及其组成的控制电路；电源模块7为主控微处理器8和辅助微处理器9提供电源。