基于CANopen协议的电动执行机构设计

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1、基于CANopen协议的电动执行机构设计内容来源自网络电动执行机构是工业过程控制系统不可缺少的部分，被广泛用于石油化工、电厂等领域。近年来，伴随着微电子技术和控制技术的迅速发展，电动执行机构也获得了快速的发展，国外一些生产厂商在这几年中相继推出了常规的1.引言电动执行机构是工业过程控制系统不可缺少的部分，被广泛用于石油化工、电厂等领域。近年来，伴随着微电子技术和控制技术的迅速发展，电动执行机构也获得了快速的发展，国外一些生产厂商在这几年中相继推出了常规的、带现场总线通信协议的总线型电动执行机构。而国内起步晚，目前生产的主要是常规

2、的电动执行机构，它采取传统的现场接线方式，如每台电动执行机构至少需要通过7～14根控制线才能将其参数传递到控制系统的控制模板上。这种方式安装、维护代价高，系统的可扩展性差，且易受现场操作人员的技术水平、精神状态及工作情绪等人为因素的影响，误操作较多。另外，对于一些有着特殊要求的环境，如易燃易爆、辐射、或人们不易到达的地方，这种传统控制方式难以胜任。为解决上述问题就要求执行机构向数字化、智能化、网络化方向发展。鉴于此，本文提出了一种基于CANopen协议的电动执行机构设计方案。2.设计方案概述CANopen协议是一种在欧洲非常流行

3、的CAN高层协议，该协议清晰、透明、精炼，便于系统配置和功能重构，在工业控制中有着良好的应用前景。本文提出的设计方案是在常规电动执行机构设计中加入CAN总线通讯模块，使其成为一种具备总线通讯能力的智能电动执行机构。这种智能电动执行机构采取总线控制方式，只需通过2根信号线就能完成所有信息的传输，更重要的是由于其具备了总线通讯功能，操作人员只需在控制室就可对执行机构实行远程控制。3.电动执行机构硬件设计电动执行机构硬件设计是建立在了解其基本架构的基础之上的，为此，在硬件设计前先简要介绍一下电动执行机构的架构。1）电动执行机构的架构电

4、动执行机构是根据调节器（或上位机）给出的控制信号产生推力或位移的一种装置，主要由控制器、伺服电机、位置检测装置和减速器四部分组成，其构成如图1所示。图1电动执行机构的架构控制器采集阀位给定信号和位置反馈信号，阀位给定信号由上位调节装置经总线系统发送，由现场总线接口接收。减速输出的信号经位置检测装置后形成位置反馈信号送给控制器，控制器输出经过一个采用晶闸管作为开关元件的继电器非线性环节去控制电机的运转，电机带动减速器来驱动输出轴产生相应的位移。2）控制器的硬件设计控制器系统硬件由电动执行机构控制单元和CAN总线接口单元组成，如图2

5、所示。图2控制器的硬件结构整个电动执行机构设计采用模块化设计，选用LPC2292作为这两个单元模块的中央处理器。LPC2292是Philip公司的内嵌有CAN控制器的高性能单片机，工作频率高达30MHz，非常适合用于总线控制系统。电动执行机构控制单元含位置检测电路、电机驱动电路、故障检测/报警电路及液晶显示电路。位置检测电路用导电塑料精密旋转电位器作为位置传感器，电机驱动电路由固态继电器和正反互锁逻辑电路组成，完成电机的正反转启动、停止等控制。故障检测/报警输出电路经光电隔离电路采集限位、过热等报警信号，输出报警信息；液晶显示采

6、用128*128，4级灰度的点阵液晶屏，液晶界面为现场操作人员提供了良好的操作平台。CAN通讯接口单元是总线型智能电动执行机构硬件上所特有的，它提供了总线访问的接口，其电路，如图3所示。图3CAN通讯接口电路电路中收发器模块选用带隔离功能的CTM1050芯片，通过它可以很好地实现CAN总线上各节点电气、电源之间的完全隔离和独立，极大地提高了CAN节点的稳定性和抗干扰性。1.电动执行机构的软件设计电动执行机构软件设计主要包括两方面：执行机构的控制程序和基于CANopen协议的CAN总线通讯程序。其中，控制程序主要实现阀门的位置控制

7、功能，包含初始化、数据采集、处理及显示等几部分，且在常规型电动执行机构中都已实现，不再赘述。本部分将重点介绍基于CANopen协议的CAN总线通讯程序设计，根据CANopen协议描述4-5，把这部分程序设计分为对象字典的设计和CANopen通讯程序设计两部分，而后者是难点。1）CANopen协议通信机理CAN协议只定义了物理层和数据链路层两个底层协议，而CANopen协议在其基础上规定了应用层协议，其通信模型，如图4所示。图4CANopen通讯模型在CANopen的应用层，设备间通过相互交换通信对象进行通信。考虑到工业自动化系统

8、中数据流量的不同需要，CANopen定义了4类标准通信对象，分别为过程数据对象（PDO）、服务数据对象（SDO）、管理对象（NMT）和特殊功能对象；其中，PDO对象主要用于传输实时数据，SDO对象用于传送配置信息，NMT对象用于实现对CANopen网络的管理，而