基于HART协议的智能电气阀门定位器的研究开发

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1、中文摘要现场总线及由此产生的现场总线智能仪表将成为未来工业过程控制的发展方向。HART协议是现场总线的一种过渡性协议，可使数字与模拟信号同时传送且互不干扰，实现双向通讯；只需少量的费用即可购买这一标准的全部文件。目前，DCS系统一般均支持使用HART协议的总线仪表，因此开发研究基于HART协议的智能阀门定位器具有良好的应用价值和市场前景。本文介绍了一种采用HART协议的智能型电气阀门定位器的设计方案。该方案主要用于控制气动直(角)行程执行器，实现阀门的准确定位。另外，还可与其它智能现场仪表或上位机进行双向通信，具有自诊断、远程设定工作参数和工作方式等功能。本论文主要完成以下几个方

2、面研究：1．构建以MSP430单片机为核心的控制系统，其中包括组态模块、显示模块、位置反馈模块、报警模块、压电驱动模块及HART通讯模块；2．对阀门定位器的工作特性进行研究，该系统借助液晶显示和按键，无须附加电源，便可实现手动调整阀位及免维护运行(初始化时，微处理器自动确定执行机构的零点，最大行程，作用方向和执行机构的定位速度，以此来确定最小脉冲时间和死区，从而使控制达到最优)；3．对硬件控制电路及软件控制模块进行系列优化，通过优化解决二线制系统对低功耗的要求，使得系统在2mA以下即可正常工作；4．编写了基于模块化的系统软件包，该软件包由控制、管理及HART通讯程序三部分组成：控

3、制程序主要是完成调节进入执行机构的空气流量，实现准确定位；管理程序主要完成显示、工作方式的管理、掉电保护及系统自诊断等任务；通讯程序主要完成HART通讯协议的数据链路层和应用层协议规范所规定的具体任务。与常规定位器相比，该定位器具有控制精度高、能耗低、调整方便、适用范围广及可任意选择调节阀流量特性和分程范围等优点，同时该定位器还具有阀位显示和故障报警等功能，有着广泛的市场需求，并将在相当长的一段时间内发挥主导作用。关键词：HART协议智能电气阀门定位器低功耗双向通讯ABSTRACTField-busandintelligentinstrumentswillbeamaintrend

4、ofindustryprocesscongo]inthefuture．HARTcommunicationprotocolintroducedinthispaperisrudimentoffieldbus，whichpermitstransmittingdigitalsignalonanalogsignalcircuitandbelongstotransitionalpmtoc01．Thecostinvestedforallstandardfilesaboutthisprotocolisverylow．AndDCScontrolsystemmaintainsmetersthatus

5、ingHARTprotoc01．SodevelopmentofintelligentvalvepositionerbasedonHARTprotocolpossesgoodapplicationsandmarketforeground．Inthisarticle，thedesignschemeofallintelligentelectric-pneumaticvalvepositioneradoptingtheHARTprotocolisintroduced．Itisusedincontrollingpneumaticlinear(rotary)actuatorsinordert

6、oorientthepositionerofvalveexactly．AnditcannotonlycommunicatewiⅡlotherintelligentinstrumentsormonitorcomputerbidirectionallybutalsoprovidethefunctionsofsettingupworkingparametersandworkingmoderemotelyandSOon．Throughtheresearch，thefollowingachievementhasbeenmade．1．ThecontrolsystembasedonMSP430

7、singleprocessorisconstructed，includingcontrolpanelwithLCDand3pushbuRons，4-20mAfeedbackmodule，alarmmodule，springlesspneumaticactuatormodule，valvedrivingunitandHARTcommunicatiOilmodule．2．Workingcharacteristicaboutthevalvepositionerisstudiedinth