本發(fā)明涉及執(zhí)行器領(lǐng)域，具體涉及一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)分布式控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)廣泛運(yùn)用在管道運(yùn)輸、管道生產(chǎn)等領(lǐng)域中，通過精確控制閥門開度來調(diào)節(jié)流量，確保安全和高效。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)通過主控單元完成整個控制，包括輸入信號、反饋信號、位置信號、電機(jī)控制、自診斷、保護(hù)等處理，以此來控制閥門實(shí)現(xiàn)對管道流量的精準(zhǔn)控制。

2、公告號為cn117970780b的專利申請公開了一種電動執(zhí)行器用外殼密封機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，數(shù)字控制模塊與信息反饋模塊、執(zhí)行器驅(qū)動模塊電連接，通過數(shù)字控制模塊生成電動執(zhí)行器控制指令，實(shí)現(xiàn)對執(zhí)行器的高精度控制。但是，這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主控單元只有一個主控芯片來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及控制，若要增加功能就需要改動主控硬件及外圍電路，而隨著功能的增加，內(nèi)部的接線也會變得繁雜，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)時間會變長，這樣就會導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制精度變差，從而引起管道壓力或流量波動大；另外一個主控芯片，只能大致判斷執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障問題，不能準(zhǔn)確找到故障點(diǎn)，這種大致的判斷只有影響到執(zhí)行器工作或失效才會被發(fā)現(xiàn)，這樣往往會導(dǎo)致生產(chǎn)停滯，影響生產(chǎn)進(jìn)度，而且，這種大致判斷執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障問題的方式，每次檢修都需要對各功能模塊分別檢測才能找到故障點(diǎn)，導(dǎo)致維修時間長。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)分布式控制系統(tǒng)，解決單個主控芯片任務(wù)處理過重，響應(yīng)速度慢導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制精度變差，且診斷覆蓋率低導(dǎo)致安全性差的問題。

2、本發(fā)明的目的是采用下述方案實(shí)現(xiàn)的：一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)分布式控制系統(tǒng)，包括主控模塊，所述主控模塊連接信號模塊、驅(qū)動模塊、信號采樣模塊、人機(jī)接口模塊、電源模塊，所述主控模塊包括主單片機(jī)，

3、所述驅(qū)動模塊內(nèi)設(shè)置用于自診斷的第一單片機(jī)，所述第一單片機(jī)分別通過母線電壓檢測電路、相序檢測電路、電機(jī)驅(qū)動電路連接電源模塊，所述電機(jī)驅(qū)動電路通過電機(jī)電流檢測電路連接電機(jī)，所述第一單片機(jī)且與用于檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速的編碼器檢測電路、用于檢測電機(jī)溫度的溫度檢測電路相連；

4、所述信號模塊內(nèi)設(shè)置用于傳輸數(shù)據(jù)的第二單片機(jī)，所述第二單片機(jī)分別與rs-485通訊接口、模擬信號接口、數(shù)字信號接口，以及用于插接通訊協(xié)議卡的接口連接；

5、所述人機(jī)接口模塊內(nèi)設(shè)置用于人機(jī)交互的第三單片機(jī)，所述第三單片機(jī)分別與用于顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)信息的顯示電路、用于選擇顯示信息和檢測模式的輸入電路、用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嶋娐愤B接；

6、所述主控模塊分別與第一單片機(jī)、第二單片機(jī)、第三單片機(jī)連接。

7、優(yōu)選地，所述通訊協(xié)議卡為總線通訊，總線通訊的的類型包括profibus、modbus、hart、ff、profinet?、無線通訊，所述信號模塊的第二單片機(jī)能夠識別通訊協(xié)議卡類型。

8、優(yōu)選地，所述人機(jī)接口模塊的顯示電路包括點(diǎn)陣顯示單元、段碼顯示單元、指示燈單元，所述點(diǎn)陣顯示單元用于顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)力矩、閥門開度、參數(shù)、組態(tài)，所述點(diǎn)陣顯示單元能夠中文、英文切換顯示，所述段碼顯示單元用于顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)力矩、閥門開度，所述指示燈單元用于顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障情況及運(yùn)行狀態(tài)；所述輸入電路包括按鍵單元、旋鈕單元，所述按鍵單元用于設(shè)置控制參數(shù)以及選擇顯示內(nèi)容，所述旋鈕單元用于選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作模式。

9、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述人機(jī)接口模塊內(nèi)還設(shè)置人體感應(yīng)電路，所述人體感應(yīng)電路與第三單片機(jī)連接，所述人體感應(yīng)電路包括人體檢測傳感器，所述第三單片機(jī)通過人體檢測傳感器檢測結(jié)果控制對顯示點(diǎn)陣顯示單元、段碼顯示單元的工作狀態(tài)進(jìn)行切換。

10、優(yōu)選地，所述人機(jī)接口模塊的通訊電路的通訊方式為紅外通訊或藍(lán)牙通訊或433通訊。

11、優(yōu)選地，所述電源模塊包括濾波電路、控制電源電路，所述主控模塊包括電源電路，所述電源電路包括電壓轉(zhuǎn)換單元，所述電壓轉(zhuǎn)換單元一端與控制電源電路連接，另一端與主單片機(jī)的電源端連接，所述控制電源電路一端連接高壓電源，另一端通過濾波電路連接驅(qū)動模塊。

12、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述電源電路還包括低功耗供電單元、電池電壓檢測單元，所述低功耗供電單元一端與電池電源連接，另一端與主單片機(jī)的電源端連接，所述低功耗供電單元與電池電源之間設(shè)置電池電壓檢測單元。

13、優(yōu)選地，所述信號采樣模塊包括位置采樣電路、手動檢測電路、力矩檢測電路，所述位置采樣電路用于檢測執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥門位置、電機(jī)轉(zhuǎn)速，所述手動檢測電路用于檢測手輪位置，所述主控模塊根據(jù)手輪位置控制驅(qū)動控制電機(jī)工作狀態(tài)，所述力矩檢測電路用于檢測執(zhí)行機(jī)構(gòu)力矩、電機(jī)電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速，所述主控模塊根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)力矩、電機(jī)電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速計算執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力矩，并進(jìn)行過力矩保護(hù)。

14、優(yōu)選地，所述驅(qū)動模塊的第一單片機(jī)能夠識別電機(jī)驅(qū)動方式。

15、采用上述方案，采用分布式控制系統(tǒng)，在驅(qū)動模塊信號模塊、人機(jī)接口模塊分別設(shè)置單片機(jī)與主控模塊電連接，優(yōu)化執(zhí)行機(jī)構(gòu)的任務(wù)調(diào)度和數(shù)據(jù)處理，有效緩解單個主控芯片任務(wù)處理過重的問題，同時，減少內(nèi)部接線復(fù)雜度；將控制任務(wù)分散到各子模塊中，各模塊負(fù)責(zé)特定區(qū)域或功能模塊，從而提高整體系統(tǒng)的響應(yīng)速度和可靠性，確保執(zhí)行機(jī)構(gòu)在復(fù)雜環(huán)境下的高精度控制，解決因單個主控芯片負(fù)載重、響應(yīng)速度慢導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制精度差的問題。

16、在驅(qū)動模塊內(nèi)設(shè)置第一單片機(jī)對母線電壓及相序、電機(jī)電流進(jìn)行自診斷；在信號模塊中設(shè)置第二單片機(jī)對總線通訊異常狀態(tài)、外部的輸入數(shù)據(jù)（控制命令）、模擬信號輸入輸出及數(shù)字信號輸入輸出通訊連接是否正常進(jìn)行自診斷；在人機(jī)接口模塊分別設(shè)置第三單片機(jī)，對顯示單元及通訊電路工作情況進(jìn)行自診斷；同時，主控模塊對編碼器的碼值、電機(jī)方向、電機(jī)溫度、以及主控模塊與各模塊的通訊狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測；可以實(shí)時監(jiān)測執(zhí)行機(jī)構(gòu)狀態(tài)，并準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，通過這些診斷信息，系統(tǒng)可以在故障發(fā)生前進(jìn)行預(yù)警，避免生產(chǎn)停滯，有效提高故障檢測的準(zhǔn)確性，減少維修時間和停機(jī)時間。

17、采用模塊化設(shè)計，將執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計為模塊化結(jié)構(gòu)，每個功能模塊獨(dú)立運(yùn)行，并且具有獨(dú)立的控制單元和通信接口，這樣可以方便地增加或替換功能模塊，而不需要大幅改動整個系統(tǒng)，簡化內(nèi)部接線，提高維護(hù)和升級的靈活性。

18、并且，執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠進(jìn)行本地控制、遠(yuǎn)程控制，并通過人機(jī)接口模塊的通訊電路進(jìn)行無線通訊，能夠?qū)崟r收集和分析設(shè)備數(shù)據(jù)，提供預(yù)測性維護(hù)和優(yōu)化建議，提高設(shè)備的運(yùn)行效率和維護(hù)效果，減少因故障導(dǎo)致的生產(chǎn)停滯。

19、下面結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

技術(shù)特征：

1.一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)分布式控制系統(tǒng)，包括主控模塊（4），所述主控模塊（4）連接信號模塊（2）、驅(qū)動模塊（5）、信號采樣模塊、人機(jī)接口模塊（10）、電源模塊（3），所述主控模塊（4）包括主單片機(jī)，其特征在于：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)分布式控制系統(tǒng)，其特征在于：所述通訊協(xié)議卡為總線通訊，總線通訊的類型包括profibus、modbus、hart、ff、profinet?、無線通訊，所述信號模塊（2）的第二單片機(jī)能夠識別通訊協(xié)議卡類型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)分布式控制系統(tǒng)，其特征在于：所述人機(jī)接口模塊（10）的顯示電路包括點(diǎn)陣顯示單元、段碼顯示單元、指示燈單元，所述點(diǎn)陣顯示單元用于顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)力矩、閥門開度、參數(shù)、組態(tài)，所述點(diǎn)陣顯示單元能夠中文、英文切換顯示，所述段碼顯示單元用于顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)力矩、閥門開度，所述指示燈單元用于顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障情況及運(yùn)行狀態(tài)；所述輸入電路包括按鍵單元、旋鈕單元，所述按鍵單元用于設(shè)置控制參數(shù)以及選擇顯示內(nèi)容，所述旋鈕單元用于選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作模式。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)分布式控制系統(tǒng)，其特征在于：所述人機(jī)接口模塊（10）內(nèi)還設(shè)置人體感應(yīng)電路，所述人體感應(yīng)電路與第三單片機(jī)連接，所述人體感應(yīng)電路包括人體檢測傳感器，所述第三單片機(jī)通過人體檢測傳感器檢測結(jié)果控制對顯示點(diǎn)陣顯示單元、段碼顯示單元的工作狀態(tài)進(jìn)行切換。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)分布式控制系統(tǒng)，其特征在于：所述人機(jī)接口模塊（10）的通訊電路的通訊方式為紅外通訊或藍(lán)牙通訊或433通訊。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)分布式控制系統(tǒng)，其特征在于：所述電源模塊（3）包括濾波電路、控制電源電路，所述主控模塊（4）包括電源電路，所述電源電路包括電壓轉(zhuǎn)換單元，所述電壓轉(zhuǎn)換單元一端與控制電源電路連接，另一端與主單片機(jī)的電源端連接，所述控制電源電路一端連接高壓電源，另一端通過濾波電路連接驅(qū)動模塊（5）。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)分布式控制系統(tǒng)，其特征在于：所述電源電路還包括低功耗供電單元、電池電壓檢測單元，所述低功耗供電單元一端與電池電源連接，另一端與主單片機(jī)的電源端連接，所述低功耗供電單元與電池電源之間設(shè)置電池電壓檢測單元。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)分布式控制系統(tǒng)，其特征在于：所述信號采樣模塊包括位置采樣電路（7）、手動檢測電路（8）、力矩檢測電路（9），所述位置采樣電路（7）用于檢測執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥門位置、電機(jī)轉(zhuǎn)速，所述手動檢測電路（8）用于檢測手輪位置，所述主控模塊（4）根據(jù)手輪位置控制驅(qū)動控制電機(jī)工作狀態(tài)，所述力矩檢測電路（9）用于檢測執(zhí)行機(jī)構(gòu)力矩、電機(jī)電流，所述主控模塊（4）根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)力矩、電機(jī)電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速計算執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力矩，并進(jìn)行過力矩保護(hù)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)分布式控制系統(tǒng)，其特征在于：所述驅(qū)動模塊（5）的第一單片機(jī)能夠識別電機(jī)驅(qū)動方式。

技術(shù)總結(jié)
一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)分布式控制系統(tǒng)，主控模塊連接信號模塊、驅(qū)動模塊、信號采樣模塊、人機(jī)接口模塊、電源模塊，主控模塊包括主單片機(jī)，驅(qū)動模塊內(nèi)設(shè)置第一單片機(jī)，第一單片機(jī)分別通過母線電壓檢測電路、相序檢測電路、電機(jī)驅(qū)動電路連接電源模塊，電機(jī)驅(qū)動電路通過電機(jī)電流檢測電路連接電機(jī)，第一單片機(jī)且與編碼器檢測電路、溫度檢測電路相連；信號模塊內(nèi)設(shè)置第二單片機(jī)，第二單片機(jī)分別與通訊接口、模擬信號接口、數(shù)字信號接口，以及用于插接通訊協(xié)議卡的接口連接；人機(jī)接口模塊內(nèi)設(shè)置第三單片機(jī)，第三單片機(jī)分別與顯示電路、輸入電路、通訊電路連接；主控模塊分別與第一單片機(jī)、第二單片機(jī)、第三單片機(jī)連接。

技術(shù)研發(fā)人員：羅勇,馮領(lǐng),李俊,劉杰,崔宜峰,楊尊平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶川儀自動化股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/11