現(xiàn)場(chǎng)總線與無線控制的閥門電動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)總線與無線控制的閥門電動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)介紹了一種現(xiàn)場(chǎng)總線與無線控制的閥門電動(dòng)裝置的性能特點(diǎn)、圖示說明、測(cè)試方式，以及通過信號(hào)輸入電路和控制信號(hào)輸出電路連接并由計(jì)算機(jī)控制輸出的工作過程。1、概述

目前管網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展比較快，大部分管網(wǎng)系統(tǒng)都建設(shè)了SCADA系統(tǒng)，極大地提高了對(duì)管網(wǎng)的監(jiān)測(cè)效率。但是就閥門的控制而言，大部分地區(qū)尤其是中小型城市，都還處于人工操作的階段。因此不能有效的對(duì)管網(wǎng)實(shí)施調(diào)度，當(dāng)發(fā)生突發(fā)性事件(如爆管、泄漏等)時(shí)，由于不能及時(shí)關(guān)閉閥門而造成更大的損失。因而很有必要對(duì)閥門的控制系統(tǒng)提出一套行之有效的方案來。隨著工業(yè)自動(dòng)化和嵌入式技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的手工機(jī)械調(diào)節(jié)的方式在許多場(chǎng)合已不再實(shí)用。

利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控已為人們廣泛承受，嵌入式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)正是在這種條件下逐步發(fā)展成熟的。用戶使用web瀏覽器通過以太網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問內(nèi)置web服務(wù)器的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，不但可以對(duì)其工作狀態(tài)開展遠(yuǎn)程監(jiān)控，而且還可以向被監(jiān)控設(shè)備發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。要實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)系統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化管理，就離不開自動(dòng)閥門這個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這對(duì)閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器的智能性提出了更高的要求。同時(shí)，在一些特定的場(chǎng)合需要多個(gè)閥門聯(lián)動(dòng)控制，來到達(dá)整個(gè)系統(tǒng)的控制要求。如果是在有毒、易爆或易燃介質(zhì)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，人工現(xiàn)場(chǎng)控制就極為危險(xiǎn)，因而遠(yuǎn)距離控制在這類應(yīng)用場(chǎng)合就更為必要。

由于目前工業(yè)通信協(xié)議沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，存在多種協(xié)議，針對(duì)這個(gè)問題，筆者提出一種可以多種線和無線控制的閥門電動(dòng)裝置，使其具備更靈活的組網(wǎng)方式，并且可以用于不方便布線的場(chǎng)合，其目的是通過現(xiàn)場(chǎng)總線或無線對(duì)閥門開展開關(guān)以及開度的遠(yuǎn)程控制。2、設(shè)備的構(gòu)成

裝置由底板、主板和擴(kuò)展板組成;底板包括電源模塊、控制信號(hào)輸出單元、溫度傳感器、蜂鳴器;主板包括微控制器以及和微控制器相連的調(diào)試接口、復(fù)位單元、時(shí)鐘單元、液晶顯示接口、模擬信號(hào)輸入接口以及無線接口;擴(kuò)展板包括開關(guān)量信號(hào)輸入接口、現(xiàn)場(chǎng)總線通訊接口以及地址設(shè)置模塊。

具體的技術(shù)措施還包括：

底板中電源模塊提供了4組電源供系統(tǒng)使用，分別是12V、5V、5V、3.3V;溫度傳感器采用了DS1820單總線數(shù)字溫度計(jì);控制信號(hào)輸出單元輸出信號(hào)用于直接控制閥門專用電機(jī);主板中微控制器采用的是ATmega128，與其相連的有調(diào)試接口、復(fù)位單元和時(shí)鐘電路無源晶振18M，另外還配置有液晶顯示接口、模擬信號(hào)輸入接口和無線接口，可以根據(jù)需要外接液晶模塊、無線模塊。

擴(kuò)展板由現(xiàn)場(chǎng)總線通訊接口、地址設(shè)置模塊和開關(guān)量信號(hào)輸入接口組成，其中現(xiàn)場(chǎng)總線接口可以外接總線模塊，支持的總線模塊包括Modbus、CAN總線和Profibus-DP;開關(guān)量信號(hào)輸入接口獲取外部的開關(guān)量信號(hào)并將其送往微控制器開展處理。開關(guān)量信號(hào)有:開閥信號(hào)、關(guān)閥信號(hào)、停止信號(hào)、閥門開到位信號(hào)、閥門關(guān)到位信號(hào)、開閥轉(zhuǎn)矩過載信號(hào)和關(guān)閥轉(zhuǎn)矩過載信號(hào);地址設(shè)置模塊由撥碼開關(guān)構(gòu)成，用于設(shè)置閥門電動(dòng)裝置的地址。3、功能模塊與測(cè)試方式

控制器的電路原理如圖1所示。

圖1主板電路原理

控制器由底板、主板和擴(kuò)展板構(gòu)成;底板由溫度傳感器、蜂鳴器、電源模塊和控制信號(hào)輸出單元構(gòu)成;主板由微控制器以及與微控制器相連的調(diào)試接口、復(fù)位單元、時(shí)鐘單元、液晶顯示接口、模擬信號(hào)輸入接口和無線接口構(gòu)成，根據(jù)需要可以外接液晶模塊、閥位傳感器和無線模塊;擴(kuò)展板由開關(guān)量信號(hào)輸入接口、現(xiàn)場(chǎng)總線通訊接口和地址設(shè)置模塊構(gòu)成，其中和現(xiàn)場(chǎng)總線通訊接口的總線模塊有Modbus、CAN總線以及Profibus-DP;與開關(guān)量信號(hào)輸入接口相連的開關(guān)量信號(hào)有:開閥信號(hào)、關(guān)閥信號(hào)、停止信號(hào)、閥門開到位信號(hào)、閥門關(guān)到位信號(hào)、開閥轉(zhuǎn)矩過載信號(hào)、關(guān)閥轉(zhuǎn)矩過載信號(hào)。

底板的電路原理圖，由溫度傳感器、電源、電源指示燈、電源接口、繼電器控制電路組成;其中電源由市電220V提供，經(jīng)過AC-DC模塊轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的12V電壓，12V電壓經(jīng)過LM7805提供一組5V電壓，另外由IB1205得到另外一組完全隔離的5V電壓，該隔離5V電源經(jīng)過ASM1117后得到3.3V電壓;電源指示燈用于指示系統(tǒng)的電源狀態(tài);繼電器控制電路采用了光耦6N137開展信號(hào)隔離，然后由ULN20**對(duì)信號(hào)開展放大后對(duì)繼電器開展控制;蜂鳴器由一個(gè)三極管來控制。

如圖1，微控制器采用的是ATmega128，與微控制器相連的有復(fù)位電路、時(shí)鐘電路，無線接口、液晶接口、JTAG調(diào)試接口以及AD轉(zhuǎn)換電路。擴(kuò)展板的電路原理包括開關(guān)量信號(hào)輸入接口，撥碼開關(guān)、Modbus接口、CAN總線/Profibus-DP接口;其中開關(guān)量信號(hào)由繼電器的開啟和閉合來提供，并通過光耦TIL1117隔離后提供應(yīng)微控制器。Modbus的電路原理包括RS232電路和485接口，這兩種接口均可以用于Modbus的通訊;其中RS232電路由MAX232及外圍電容來實(shí)現(xiàn);485接口由光耦6N137和485控制芯片SN65LBC184來實(shí)現(xiàn)其功能。CAN總線模塊由CAN總線的協(xié)議芯片SJA1000和總線控制芯片PCA82C250以及光耦6N137來實(shí)現(xiàn)其功能。Profibus-Dp的電路原理如Profibus-DP模塊由協(xié)議芯片SPC3和總線控制芯片ADM2486以及有源晶振48MHz來實(shí)現(xiàn)其功能。4、結(jié)語

現(xiàn)場(chǎng)總線與無線控制的閥門電動(dòng)裝置可以將在現(xiàn)場(chǎng)相鄰的一些儀表共用一條現(xiàn)場(chǎng)總線相連再通往控制室，實(shí)現(xiàn)了通過現(xiàn)場(chǎng)總線和無線的方式對(duì)閥門開展開關(guān)以及開度控制，用以采集閥門的各種參數(shù)，對(duì)閥門運(yùn)行狀態(tài)開展監(jiān)測(cè)。

如智能化的執(zhí)行器在閥門的閥桿的行