基于canopen協議的電動執行機構設計
胥布工，程俊，匡付華
華南理工大學自動化科學與t程學院，廣東廣州510640
摘 要：針對常規型電動執行機構的現場接線方式存在著布線工作量大、操作維護困難、可靠性不高、網絡通信能力差等方面的問題，提出了一種基于canopen協議的總線型電動執行機構設計方案。在簡要介紹電動執行機構架構的基礎上，首先給出了電動執行機構控制器的硬件設計方法，其中主要介紹了電動執行機構控制單元電路和can總線通訊接口電路的設計；接著給出了軟件設計的思路，重點介紹了對象字典的設計及canopen通訊程序的設計，針對通訊程序設計中的難點，提出了一種基于隊列方式的報文處理模式。最后，在實際工程中成功地應用了所提出的設計方案，應用結果表明這種總線型電動執行機構具有智能化、信息化、數字化等特點，能夠滿足工業控制系統的網絡化發展需求。
關鍵詞：canopen協議；電動執行機構；對象字典
中圖分類號：tp 273 支獻標識碼：a
1引言
電動執行機構是工業過程控制系統不可缺少的部分，被廣泛用于石油化工、電廠等領域。近年來，伴隨著微電子技術和控制技術的迅速發展，電動執行機構也獲得了快速的發展，國外一些生產廠商在這幾年中相繼推出了常規的、帶現場總線通信協議的總線型電動執行機構。而國內起步晚，目前生產的主要是常規的電動執行機構，它采取傳統的現場接線方式，如每臺電動執行機構至少需要通過7~14根控制線才能將其參數傳遞到控制系統的控制模板上。這種方式安裝、維護代價高，系統的可擴展性差，且易受現場操作人員的技術水平、精神狀態及工作情緒等人為因素的影響，誤操作較多。另外，對于一些有著特殊要求的環境，如易燃易爆、輻射、或人們不易到達的地方，這種傳統控制方式難以勝任；為解決上述問題就要求執行機構向數字化、智能化、網絡化方向發展。鑒于此，本文提出了一種基于canopen協議的電動執行機構設計方案。
2設計方案概述
canopen協議是一種在歐洲非常流行的can高層協議，該協議清晰、透明、精煉，便于系統配置和功能重構，在工業控制中有著良好的應用前景。本文提出的設計方案是在常規電動執行機構設計中加入can總線通訊模塊，使其成為一種具備總線通訊能力的智能電動執行機構。這種智能電動執行機構采取總線控制方式，只需通過2根信號線就能完成所有信息的傳輸，更重要的是由于其具備了總線通訊功能，操作人員只需在控制室就可對執行機構實行遠程控制。
3 電動執行機構硬件設計
電動執行機構硬件設計是建立在了解其基本架構的基礎之上的，為此，在硬件設計前先簡要介紹一下電動執行機構的架構。
1)電動執行機構的架構電動執行機構是根據調節器（或上位機）給出的控制信號產生推力或位移的一種裝置，主要由控制器、伺服電機、位置檢測裝置和減速器四部分組成，其構成如圖l所示。
控制器采集閥位給定信號和位置反饋信號，閥位給定信號由上位調節裝置經總線系統發送，由現場總線接收。減速輸出的信號經位置檢測裝置后形成位置反饋信號送給控制器，控制器輸出經過一個采用晶閘管作為開關元件的繼電器非線性環節去控制電機的運轉，電機帶動減速器來驅動輸出軸產生相應的位移。
2)控制器的硬件設計控制器系統硬件由電動執行機構控制單元和can總線接口單元組成，如圖2所示。
整個電動執行機構設計采用模塊化設計，選用lpc2292作為這兩個單元模塊的中央處理器。lpc2292是philip公司的內嵌有can控制器的高性能單片機，工作頻率高達30 mhz，非常適合用于總線控制系統。電動執行機構控制單元含位置檢測電路、電機驅動電路、故障檢測／報警電路及液晶顯示電路。位置檢測電路用導電塑料精密旋轉電位器作為位置傳感器，電機驅動 |
