本發(fā)明涉及工業(yè)儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于MODBUS-RTU協(xié)議的現(xiàn)場總線控制模塊。

背景技術(shù)：

電動執(zhí)行機構(gòu)是工業(yè)過程控制系統(tǒng)中的末端執(zhí)行設備，其主要作用是將控制系統(tǒng)發(fā)出的控制信號轉(zhuǎn)換成相應的動作，達到控制閥門內(nèi)截流件的位置或其他調(diào)節(jié)機構(gòu)位置的目的，廣泛應用于電力、冶金、石化、供熱、水泥、建材、輕紡、食品等行業(yè)。目前工業(yè)過程控制系統(tǒng)主要以集散式控制系統(tǒng)為主，電動執(zhí)行機構(gòu)普遍采用4～20mA直流模擬信號作為控制信號，然而采用模擬控制方式的工業(yè)控制系統(tǒng)存在抗干擾能力差、可靠性差等問題。隨著基于現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，MODBUS-RTU協(xié)議(越來越多地被用于工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，因此，迫切地需要一種將現(xiàn)場總線技術(shù)應用于電動執(zhí)行機構(gòu)控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)了全數(shù)字化的現(xiàn)場總線控制產(chǎn)品。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于MODBUS-RTU協(xié)議的現(xiàn)場總線控制模塊，該基于MODBUS-RTU協(xié)議的現(xiàn)場總線控制模塊具有抗干擾能力強、可靠性高并能夠?qū)崿F(xiàn)全數(shù)字化控制的目的。

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：

一種基于MODBUS-RTU協(xié)議的現(xiàn)場總線控制模塊，至少包括：

集成有A/D轉(zhuǎn)換器、看門狗電路、Flash模塊和EEPROM模塊的微處理器；

用于采集電動執(zhí)行機構(gòu)位置信號的位置檢測元件；

用于監(jiān)測執(zhí)行機構(gòu)限位信息的限位報警元件；

用于監(jiān)測執(zhí)行機構(gòu)力矩信息的力矩報警元件；

用于監(jiān)測執(zhí)行機構(gòu)工況溫度信息的溫度報警元件；

用于控制微處理器工作狀態(tài)的按鍵；

以及RS485接口電路；其中：

所述A/D轉(zhuǎn)換器分別與位置檢測元件電連接；所述微處理器通過光電隔離電路分別與限位報警元件、力矩報警元件、溫度報警元件電連接；所述微處理器的I/O端口與按鍵電連接；所述微處理器的I/O端口與執(zhí)行機構(gòu)的電機控制端子電連接。

作為優(yōu)選，本發(fā)明還采用了如下的附加技術(shù)特征：

進一步：所述微處理器的型號為ATMEGA88V。

進一步：所述位置檢測元件為位置傳感器；所述限位報警元件包括限位開關(guān)和報警裝置；所述力矩報警元件包括力矩傳感器和報警裝置；所述溫度報警元件包括溫度傳感器和報警裝置。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：

1.本控制模塊采用精確的MODBUS-RTU數(shù)字信號進行控制，增加了傳輸數(shù)據(jù)信息承載量和多樣性，徹底解決模擬信號傳輸中的損耗和干擾，提高了抗干擾能力。

2.本控制模塊采用一款高集成度、高性能的微處理器使得電路簡單、外圍器件少，其將各個功能塊集成到一個模塊中，實現(xiàn)控制模塊的高精度、緊湊化、一體化的效果。

3.本發(fā)明采用光電隔離技術(shù)，實現(xiàn)基于MODBUS-RTU現(xiàn)場總線的和控制電路電氣隔離，提高了控制模塊的穩(wěn)定性和可靠性，實現(xiàn)了控制模塊的高精度、緊湊化、一體化的效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例的局部電路圖，主要用于顯示微處理器部分的電路連接結(jié)構(gòu)；

圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施例的局部電路圖，主要用于顯示光電隔離電路部分的電路連接結(jié)構(gòu)；

圖4是本發(fā)明優(yōu)選實施例的局部電路圖，主要用于顯示RS485接口部分的電路連接結(jié)構(gòu)。

具體實施方式

為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：

請參閱圖1至圖4，一種基于MODBUS-RTU協(xié)議的現(xiàn)場總線控制模塊，包括：

集成有A/D轉(zhuǎn)換器、看門狗電路、Flash模塊和EEPROM模塊的微處理器；

用于采集電動執(zhí)行機構(gòu)位置信號的位置檢測元件；

用于監(jiān)測執(zhí)行機構(gòu)限位信息的限位報警元件；

用于監(jiān)測執(zhí)行機構(gòu)力矩信息的力矩報警元件；

用于監(jiān)測執(zhí)行機構(gòu)工況溫度信息的溫度報警元件；

用于控制微處理器工作狀態(tài)的按鍵；

以及RS485接口電路；其中：

所述A/D轉(zhuǎn)換器分別與位置檢測元件電連接；所述微處理器通過光電隔離電路分別與限位報警元件、力矩報警元件、溫度報警元件電連接；所述微處理器的I/O端口與按鍵電連接；所述微處理器的I/O端口與執(zhí)行機構(gòu)的電機控制端子電連接。

作為優(yōu)選，在上述優(yōu)選實施例中：

所述微處理器的型號為ATMEGA88V。

所述位置檢測元件為位置傳感器；所述限位報警元件包括限位開關(guān)和報警裝置；所述力矩報警元件包括力矩傳感器和報警裝置；所述溫度報警元件包括溫度傳感器和報警裝置。

上述優(yōu)選實施例中的基于MODBUS-RTU協(xié)議的現(xiàn)場總線控制模塊主要包括微處理器、光電隔離電路、按鍵及隔離RS485接口電路構(gòu)成，其中，微處理器選用了ATMEL公司的ATMEGA88V高性能微處理器，ATMEGA88V微處理器具有集成A/D轉(zhuǎn)換器、看門狗電路、Flash和EEPROM等功能。微處理器通過I/O接口與按鍵連接。按鍵操作可以接收用戶發(fā)出的命令。微處理器通過A/D接口與輸入的位置信號相連接，微處理器的A/D接口能夠?qū)⑽恢眯盘栍赡M信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，微處理器通過光電隔離電路與輸入的報警信號相連接，完成對位置信號及報警信號的數(shù)據(jù)采集。微處理器通過I/O接口輸出電機控制信號控制執(zhí)行機構(gòu)的運行。微處理器通過光電隔離RS485接口電路接收的上位機的控制數(shù)據(jù)翻譯處理后，通過串行通信接口傳送回微處理器，同時將微處理器的反饋信息通過總線協(xié)議芯片發(fā)送給上位控制系統(tǒng)。

下面對各部分電路具體說明：

微處理器控制部分的電路圖如圖2所示，其主要包括微處理器ATMEGA88V芯片、晶振電路和專用的復位芯片，所有的軟件程序和系統(tǒng)參數(shù)分別存儲在ATMEGA88V芯片的Flash和EEPROM中，晶振電路向ATMEGA88V芯片提供穩(wěn)定的時鐘信號；復位電路選用專用的復位芯片保證ATMEGA88V在穩(wěn)壓電源低于4.2V的情況下復位。ATMEGA88V分別與隔離電路、按鍵及光電隔離RS485接口電路相連接，主要完成：限位報警信號、力矩報警信號和溫度報警信號等報警信號及位置信號的采集和處理；執(zhí)行機構(gòu)運行狀態(tài)信息、參數(shù)設定信息的顯示；接收總線數(shù)據(jù)并結(jié)合本地采集的信息進行處理并將處理結(jié)果傳輸給微處理器，同時對執(zhí)行機構(gòu)進行控制。

光電隔離電路部分的電路如圖3所示，該電路采用了三個6156-3光電隔離芯片對執(zhí)行機構(gòu)的限位報警、力矩報警和溫度報警等開關(guān)量信號進行光電隔離，然后送到微處理器的I/O端口，采用光電隔離電路避免了上述報警信號對微處理器的干擾。

隔離RS485接口電路部分的電路圖如圖4所示，為提高系統(tǒng)的可靠性水平和消除外界的干擾信號，該電路采用了光耦隔離芯片三個HCPL601對通訊信號進行隔離，RS485接口電路選用SN65ALS176作為總線驅(qū)動芯片。

本發(fā)明的工作原理為：工業(yè)過程控制系統(tǒng)通過RS485接口電路將命令傳送給執(zhí)行器，RS485接口電路經(jīng)過光電隔離電路將數(shù)據(jù)翻譯后再傳送給微處理器，微處理器根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)并結(jié)合本地采集的信息，經(jīng)過運算處理后，再通過電機控制信號模塊控制執(zhí)行機構(gòu)動作，同時通過位置信號模塊采集到的當前位置信息、報警信號模塊采集到的故障報警信息和工作狀態(tài)信息經(jīng)過微處理器運算處理后將處理結(jié)果通過隔離電路和RS485接口電路傳到工業(yè)過程控制系統(tǒng)，至此實現(xiàn)上位系統(tǒng)對執(zhí)行機構(gòu)的遠程控制。

本發(fā)明采用ATMEGA88V微處理器控制，實現(xiàn)基于MODBUS-RTU現(xiàn)場總線的數(shù)字化控制，提高了控制模塊的穩(wěn)定性和可靠性，實現(xiàn)了控制模塊的高精度、緊湊化、一體化的效果。

以上對本發(fā)明的實施例進行了詳細說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能被認為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。