CN204437452U - 智能电气阀门定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能电气阀门定位装置，包括电气阀门定位器、FF协议通信卡及FF总线电路模块，所述电气阀门定位器光耦隔离连接于所述FF协议通信卡，并经由所述FF协议通信卡与所述FF总线电路模块相通信连接。本实用新型相对现有技术具有抗干扰能力强、接线简单和调试容易等特点。本实用新型提供的智能电气阀门定位装置，能够满足工业现场的安全和功能的要求，该HVP11智能电气阀门定位器的通信控制器芯片内部集成有FF协议，实现了信息的传输处理，提高了系统的可靠性。

Description

智能电气阀门定位装置

技术领域

本实用新型涉及智能电动执行机构数据采集及传输领域，更加具体地来讲，尤其是涉及一种智能电气阀门定位装置。

背景技术

HVP11智能电气阀门定位器主要应用于化工、石油等行业的管路控制中，特别适合对重要的、关键工位上控制阀运行状况的跟踪、监视。目前国内的电气阀门定位器仅仅实现了智能化，在阀门管理功能和总线技术等方面的研究尚未涉足。随着国民经济的持续、快速发展，工业自动化水平的进一步提高，对工业自动化过程控制提出了更高的要求，支持现场总线技术的智能阀门定位器需求将进一步增长。

另外，在现有的工业自动化过程的控制环节中，所采用的控制机构其通常采用模拟信号来进行信号的传递和处理，在实际使用过程中发现，模拟信号控制的抗干扰能力较弱，传输误差大。而且在采用模拟信号进行工业控制时，其需要大量的线路作为支撑，从而使得现场的接线十分复杂，进而导致后期设备的系统调试和维护诊断变得非常麻烦和困难。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种智能电气阀门定位装置，用于解决在现有工业控制中对支持现场总线技术的智能阀门定位器的日益需求，以及在现有自动阀门控制技术下，现场的接线复杂，进而导致后期设备的系统调试和维护诊断变得非常麻烦和困难的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种智能电气阀门定位装置，包括电气阀门定位器、FF协议通信卡及FF总线电路模块，所述电气阀门定位器光耦隔离连接于所述FF协议通信卡，并经由所述FF协议通信卡与所述FF总线电路模块相通信连接。

优选地，在上述智能电气阀门定位装置中，所述FF协议通信卡至少包括第一控制器和第二控制器，以及还包括：与所述第一控制器相连的，对所述第一控制器所发送的信号进行存储的存储器；供连接FF总线电路模块，并分别与所述第二控制器和第一控制器相连接的调制解调/总线供电电路；所述第二控制器连接于所述第一控制器，且所述第二控制器内部集成有FF协议的。

优选地，在上述智能电气阀门定位装置中，还包括用于提供外部接口的，与所述第一控制器相光耦隔离连接的串口通信电路。

优选地，在上述智能电气阀门定位装置中，还包括设置于所述调制解调/总线供电电路连接FF总线线路上的，为所述FF总线提供电源和总线信号的EMI保护电路。

优选地，在上述智能电气阀门定位装置中，所述调制解调/总线供电电路具体包括：与所述通信控制器相连的，用于实现通信控制器输出信号的调制及对总线信号的解调的输出变换电路模块；分别连接于所述输出变换电路模块和供连接FF总线的总线供电电流调制模块；与所述FF总线电源模块相连，将所述FF总线信号放大并传输至第二控制器的总线信号接收电路模块。

优选地，在上述智能电气阀门定位装置中，所述第一控制器为AT91型处理器，所述第二控制器为FBC0409型号的通信控制器芯片。

优选地，在上述智能电气阀门定位装置中，所述调制解调/总线供电电路还包括一设置于所述总线供电电流调制模块与各需电电路模块接线上的稳压电路模块。

优选地，在上述智能电气阀门定位装置中，所述电气阀门定位器至少包括：主控器；以及分别与气动调节阀和主控器相连的电气转换单元I/P；分别与气动调节阀和主控器相连的阀位检测反馈单元。

优选地，在上述智能电气阀门定位装置中，还包括与所述主控器相连接的，供实现信息显示的显示模块。

优选地，在上述智能电气阀门定位装置中，所述电气阀门定位器为HVP11智能电气阀门定位器。

如上所述，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型提供的智能电气阀门定位装置，能够满足工业现场的安全和功能的要求，该HVP11智能电气阀门定位器的通信控制器芯片内部集成有FF协议，实现了信息的传输处理，提高了系统的可靠性。其中，现场总线仪表通信卡是现场总线实现全分布控制的关键部件，通信卡是基于通信协议标准设计的，与HVP11电气阀门定位器相结合构成了现场总线设备。基于FF总线通信协议的HVP11智能电气阀门定位器具有控制精度高，低功耗、低耗气量、抗震性能好、可通过上位计算机或手持终端进行远程组态和监控等特点，同时具有信号超量程、输出信号中断、阀位信号中断自诊断等功能。

附图说明

图1显示为本实用新型一种智能电气阀门定位装置的原理图。

图2显示为本实用新型一种智能电气阀门定位装置中电气阀门定位器的构成原理图。

图3为本实用新型一种智能电气阀门定位装置中FF协议通信卡的原理图。

图4为本实用新型一种智能电气阀门定位装置中调制解调/总线供电电路的原理图。

附图标号说明

10FF总线电路模块

11EMI保护电路

12调制解调/总线供电电路

121输出变换电路模块

122总线供电电流调制模块

123稳压电路模块

124总线接收电路模块

13通信控制器

14主控制器

15存储器

16串口通信电路

17主控器

18阀位检测反馈单元

19电气转换单元

20显示模块

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

Foundation Fieldbus(下文简称FF)是目前最具发展前景、最具竞争力的现场总线之一。以Fisher-Rosemount公司为首，联合80家公司组成的ISP组织和以Honeywell公司为首，联合欧洲150家公司组成的WorldFIP北美分部，这两大集团于1994年合并，成立现场总线基金会，致力于开发统一的现场总线标准。FF目前拥有120多个成员，包括世界上最主要的自动化设备供应商：A-B、ABB、Foxboro、Honeywell、Smar、FUJI Electric等。

FF的通信模型以ISO/OSI开放系统模型为基础，采用了物理层、数据链路层、应用层，并在其上增加了用户层，各厂家的产品在用户层的基础上实现。FF总线采用的是令牌总线通信方式，可分为周期通信和非周期通信。FF目前有高速和低速两种通信速率，其中低速总线协议H1已于1996年发表，现在已应用于工作现场，高速协议原定为H2协议，但目前H2很有可被HSE取而代之。H1的传输速率为31.25kbps，传输距离可达1900m，可采用中继器延长传输距离，并可支持总线供电，支持本质安全防爆环境；HSE目前的通信速率为10M bps，更高速的以太网正在研制中。FF可采用总线型、树型、菊花链等网络拓扑结构，网络中的设备数量取决于总线带宽、通信段数、供电能力和通信介质的规格等因素。FF支持双绞线、同轴电缆、光缆和无线发射等传输介质，物理传输协议符合IECll57-2标准，编码采用曼彻斯特编码。FF总线拥有非常出色的互操作性，这在于FF采用了功能模块和设备描述语言(DDL，Device Description Language)使得现场节点之间能准确、可靠地实现信息互通。

本实用新型的通过利用Foundation Fieldbus总线通信协议为基础，来为工业现场控制提供一种较现有模拟信号传输和控制更为稳定的智能电气阀门定位装置。

具体地，见图1，示出了本实用新型一种智能电气阀门定位装置的原理图，所述智能电气阀门定位装置包括电气阀门定位器、FF协议通信卡及FF总线电路模块10，所述电气阀门定位器光耦隔离连接于所述FF协议通信卡，并经由所述FF协议通信卡与所述FF总线电路模块10相通信连接。

具体地，上述电气阀门定位器采用的是HVP11智能电气阀门定位器，见图2，示出了所述HVP11智能电气阀门定位器的构成原理图，所述中至少包括主控器17、以及分别与气动调节阀和主控器17相连的电气转换单元I/P19和分别与气动调节阀和主控器17相连的阀位检测反馈单元18。另外，在所述HVP11智能电气阀门定位器中还包括与所述主控器17相连接的，用于实现信息显示的显示模块20。

为了进一步说明上述方案，下面将对上述智能电气阀门定位装置做详细的说明。

以上所公开的HVP11智能电气阀门定位器中，显示模块20与HVP11智能电气阀门定位器主控器17相连，根据HVP11智能电气阀门定位器主控器17的信号进行信息显示。例如，设置三个设定键，以便本地设定参数；显示屏18显示的信息具体可以包括：测量结果、故障信息、工作方式。具体地，所述显示屏18具体可以采用LCD显示屏。

进一步地，在HVP11智能电气阀门定位器中的主控器17与主控制器14之间是双CPU通信，采用的是Modbus通讯协议，通过光耦隔离进行的串口通信。

另外，HVP11智能电气阀门定位器主控器17采用的是低功耗单片机作数据处理单元，输入的模数转换单元采用主控器17内部集成的1个22位A/D转换器。更具体的，可以采用型号为：STM32L152VB的单片机。

更进一步地，所述电气转换单元I/P 19与HVP11智能电气阀门定位器主控器17相连，用于将电信号转换成气动信号。另外，所述电气转换单元I/P19可以选用功耗非常低的压电陶瓷元件作为进气/排气阀门，以实现整个电路的低功耗。

还有，所述阀位检测反馈单元18，气动调节器的电流信号与阀位检测反馈信号一同进入主控器17，经过主控器17的内部比较运算，根据两个信号的偏差输出一个控制信号到电气转换单元I/P19，控制其气压的输出及气动调节阀的阀杆运动。

更为具体地，所述HVP11智能电气阀门定位器的电源采用的是FF总线供电的方式，利用FF通信卡上提供的4V的电压，经过DC/DC电路转换成HVP11智能电气阀门定位器所需要的电压。

进一步地，本实用新型公开的一种智能电气阀门定位装置，应用FF总线通信协议，其中的所述FF协议通信卡的具体结构可参见图3，如图所示，所述FF协议通信卡包括：少包括第一控制器和第二控制器，以及还包括：与所述第一控制器相连的，对所述第一控制器所发送的信号进行存储的存储器15；供连接FF总线电路模块10，并分别与所述第二控制器和第一控制器相连接的调制解调/总线供电电路12；所述第二控制器连接于所述第一控制器，且所述第二控制器内部集成有FF协议的。

其中，所述第二控制器选用型号为FBC0409的通信控制器芯片(即图3中标示的通信控制器13，为便于叙述，下文统称为通信控制器13)，所述第一控制器14可以具体选用AT91型的处理器(即图3中标示的主控制器14，为便于叙述，下文统称为主控制器14)，更具体的，可以选用型号为AT91SAM7SE512U的处理器。

具体地，通信控制器13内部集成有FF总线通信协议，内部设置有曼彻斯特编/解码器，外接调制解调/供电电路12即可接入现场总线系统中进行通信，并且通信控制器13内部具有极性自动校正功能，总线信号经调制解调/总线供电电路12后发送到通信控制器13。

具体地，在所述FF协议通信卡中，还包括用于提供外部接口的，与所述第一控制器相光耦隔离连接的串口通信电路16。所述串口通信电路16与HVP11智能电气阀门定位器主控器17相连，并与HVP11智能电气阀门定位器主控器17用光耦隔离进行串口通信。其中，所述串口通信电路16可以采用型号为：ACPL-M50L的集成芯片。

具体地，还包括设置于所述调制解调/总线供电电路12连接FF总线线路上的，为所述FF总线提供电源和总线信号的EMI保护电路11。

具体地，实施存储器15与主控制器14相连，并根据主控制器14发送的信号进行信息存储。另外，本实施例公开的存储器15可以具体为2个，用来存储HVP11智能电气阀门定位器的各功能参数以及测量的各数据。

进一步地，本实施例公开的存储器15具体可以为：EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)，更为具体地可以采用型号为：24AA256的集成芯片。以及SRAM采用的是CYPRESS，更为具体的，还可以采用型号为：CY62146的集成芯片。

进一步地，调制解调/总线供电电路12与通信控制器13相连，调制解调/总线供电电路12实现通信控制器输出信号的调制及对总线信号的解调，并实现总线供电功能。调制解调/总线供电电路12由总线接收电路模块124、输出信号变换电路、总线供电/电流调制电路、稳压电路模块123组成。

见图4，所述调制解调/总线供电电路12具体包括：与所述通信控制器13相连的，用于实现通信控制器13输出信号的调制及对总线信号的解调的输出变换电路模块121；分别连接于所述输出变换电路模块121和供连接FF总线的；与所述FF总线相连的，将FF总线电源转换成各电路模块所需电压以实现总线供电的总线供电电流调制模块122；与所述FF总线电源模块相连，将所述FF总线信号放大并传输至第二控制器的总线信号接收电路模块。

其中，所述总线接收电路模块124将接收到的总线信号经过滤波整形传输到通信控制器13，输出信号变换电路将通信控制器13输出的逻辑控制信号转换成总线供电/电流调制电路所需要的控制信号。简单来说，所述总线供电/电流调制电路主要实现总线供电及电流调制两大功能。另外，在所述总线供电/电流调制电路中还包括稳压电路模块123，用于提供给数字电路稳定的供电电源。

通过上述FF协议通信卡实现了电气阀门定位器与上位机的通信，可有选择的地实现组态、调试、诊断和数据管理等功能，上位机可监测定位器的工作参数，并可发来命令。

综上所述，本实用新型提供的智能电气阀门定位装置，能够满足工业现场的安全和功能的要求，该HVP11智能电气阀门定位器的通信控制器13芯片内部集成有FF协议，实现了信息的传输处理，提高了系统的可靠性。其中，现场总线仪表通信卡是现场总线实现全分布控制的关键部件，通信卡是基于通信协议标准设计的，与HVP11电气阀门定位器相结合构成了现场总线设备。基于FF总线通信协议的HVP11智能电气阀门定位器具有控制精度高，低功耗、低耗气量、抗震性能好、可通过上位计算机或手持终端进行远程组态和监控等特点，同时具有信号超量程、输出信号中断、阀位信号中断自诊断等功能。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种智能电气阀门定位装置，其特征在于，包括电气阀门定位器、FF协议通信卡及FF总线电路模块，所述电气阀门定位器光耦隔离连接于所述FF协议通信卡，并经由所述FF协议通信卡与所述FF总线电路模块相通信连接。

2.根据权利要求1所述的智能电气阀门定位装置，其特征在于，所述FF协议通信卡至少包括第一控制器和第二控制器，以及还包括：

与所述第一控制器相连的，对所述第一控制器所发送的信号进行存储的存储器；

供连接FF总线电路模块，并分别与所述第二控制器和第一控制器相连接的调制解调/总线供电电路；

所述第二控制器连接于所述第一控制器，且所述第二控制器内部集成有FF协议的。

3.根据权利要求2所述的智能电气阀门定位装置，其特征在于，还包括用于提供外部接口的，与所述第一控制器相光耦隔离连接的串口通信电路。

4.根据权利要求2所述的智能电气阀门定位装置，其特征在于，还包括设置于所述调制解调/总线供电电路连接FF总线线路上的，为所述FF总线提供电源和总线信号的EMI保护电路。

5.根据权利要求2-4任一项所述的智能电气阀门定位装置，其特征在于，所述调制解调/总线供电电路具体包括：

与所述通信控制器相连的，用于实现通信控制器输出信号的调制及对总线信号的解调的输出变换电路模块；

分别连接于所述输出变换电路模块和供连接FF总线的总线供电电流调制模块；

与所述FF总线电源模块相连，将所述FF总线信号放大并传输至第二控制器的总线信号接收电路模块。

6.根据权利要求2-4任一项所述的智能电气阀门定位装置，其特征在于，所述第一控制器为AT91型处理器，所述第二控制器为FBC0409型号的通信控制器芯片。

7.根据权利要求5所述的智能电气阀门定位装置，其特征在于，所述调制解调/总线供电电路还包括一设置于所述总线供电电流调制模块与各需电电路模块接线上的稳压电路模块。

8.根据权利要求1所述的智能电气阀门定位装置，其特征在于，所述电气阀门定位器至少包括：

主控器；以及

分别与气动调节阀和主控器相连的电气转换单元I/P；

分别与气动调节阀和主控器相连的阀位检测反馈单元。

9.根据权利要求7所述的智能电气阀门定位装置，其特征在于，还包括与所述主控器相连接的，供实现信息显示的显示模块。

10.根据权利要求1所述的智能电气阀门定位装置，其特征在于，所述电气阀门定位器为HVP11智能电气阀门定位器。