基于HART通信协议的智能阀门定位器设计-论文.pdf

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1、基于HART通信协议的智能阀门定位器设计吴宁胜基于HART通信协议的智能阀门定位器设计DesignoftheIntelligentValvePositionerBasedor]HARTProtoco关孝舱(浙江商业职业技术学院，浙江杭州310053)摘要：阀门定位器是与气动控制阀配套使用的现场仪表。为了提高定位器的控制性能，以AVR单片机为核心，设计了基于HART通信协议的智能阀门定位器。给出了详细的原理框图和软硬件设计方案，研究了两线制总线供电、低功耗设计、阀位控制算法、HART通信接口等技术问题。该设计实现了阀门定位器的智能化、数字化和网络化

2、，；广阔的应用前景，对相关产品的研制有重要的指导意义。关键词：智能阀门定位器总线供电低功耗PID控制积分分离HART协议中图分类号：TH863文献标志码：ADOI：l0．16086／j．cnki．issnl000—0380．201506025Abstract：Valvepositionerisoneofthefieldinstrumentssupportingtheuseofpneumaticcontrolvalves．Inordertoenhancethecontrolperformanceofthepositioner，theintellig

3、entvalvepositionerbasedonHARTcommunicationprotocolhasbeendesignedwithAVRsinglechipcomputerasthecore．Detailschematicblockdiagramanddesignschemeofhardwareandsoftwarearegiven．Severaltechnicalissuesincludingtwo—wirebuspowersupply，lowpowerconsumptiondesign，valvepositioncontrolalgo

4、rithmandHARTcommunicationinterface，etc．，areresearched．Thedesignrealizesintellectualization，digitizationandnetworkingofthevalvepositioners；itpossessesbroadapplicationprospectsandimportantguidingsignificanceforthedevelopmentofrelatedproducts．Keywords：IntelligentvalvepositionerB

5、uspowersupplyLowpowerconsumptionPIDcontrolIntegralseparationHARTprotocol0引言1工作原理与总体设计阀门定位器是与气动控制阀配套使用的现场仪基于HART通信协议的智能阀门定位器原理框图表，用于实现温度、流量、压力等过程变量的控制，其广如图1所示“。泛应用在石化、电力、冶金、轻纺等自动化行业。传IIART~I信接口电路}+叫MCUATmega664PV}·+1人机交互模块统的阀门定位器是基于机械力平衡的仪表，存在精度低、调试难、故障率高、控制不灵活等诸多缺点。随着计算机和网络技术

6、在工业过程控制领域的应用，以微处理器技术为基础的智能阀门定位器能克服上述缺苎竺!竺兰墨皇堕r—_Jl4气压传感器被控阀门点，正逐步取代传统阀门定位器。L__1阀位传感器本文以AVR单片机为核心，设计了基于HART图1智能阀门定位器原理图通信协议的智能阀门定位器。该定位器既可传输模Fig．1Schematicdiagramoftheintelligentvalvepositioner拟信号，也可传输现场总线的数字信号，实现与控制图1中，超低功耗电源电路将4～20mA电流信号中心的信息交互。该设计无需更改原有控制系统架转换成电压信号，为HART通信接

7、口电路、控制信号取构与工程布线，可直接连接智能阀门定位器，实现网样电路、MCU控制单元、，／P转换单元、阀门位置检测电络化控制和管理，为工业4．0提供有效手段。同时，路提供稳定的工作电压。控制信号取样电路完成控制它采用总线供电，较好地解决了阀门定位器的本安信号的采样。人机交互模块主要显示控制阀的工作状防爆问题。态和输人工作参数。MCU控制单元将阀门位置反馈电路检测的阀位信号与控制信号取样电路提供的设定值浙江省教育厅科研基金资助项目(编号：Y201018912)。信号进行比较，对偏差信号进行一定的控制算法运算，修改稿收到日期：2015—01—09。

8、包括流量特性的修正补偿，运算输出驱动，／P电气转换作者吴宁胜(1978一)，男，2004年毕业于桂林电子工业学院机械制及放大单元工作，从