[发明专利]一种数字化电动执行机构控制器

说明书

技术领域

本发明属于工业控制网络技术领域，尤其涉及一种现场总线型数字化电动执行机 构。

背景技术

工业控制网络是与工业现场测量控制设备相连接的一类特殊通信网络，直接面向生 产过程和控制，肩负着工业生产运行一线测量与控制信息传输的特殊任务，因此网络中 数据传输的及时性与系统响应的实时性是控制系统最基本的要求。随着智能仪表和信息 技术的发展，以现场总线与工业以太网技术为代表的工业控制网络技术成为下一代自动 化设备的标志性技术。

目前国际上有40多种现场总线，应用最广的主要有FF(现场总线协会协议Fieldbus  Foundation)、Profibus、CAN等，这些现场总线还没有任何一种能覆盖所有的应用面， 由于技术出发点不同，目前的现场总线大都有各自的应用范围与应用领域。

近年来，随着工业以太网技术的迅速发展，工业以太网作为现场总线的中高层通信 网络已形成共识，广泛采用的八种现场总线都在各自修改其应用层协议，支持IEC61784 规定，以期通过高层协议以达到相互兼容之目的。工业以太网成已为现场总线技术发展 的必然趋势。

工业以太网是应用于工业控制领域的以太网技术，在技术上与商用以太网(即IEEE 802.3标准)兼容。当以太网用于信息技术时，应用层包括HT-TP、FTP、SNMP等常用协 议，但当它用于工业控制时，体现在应用层的是实时通信、用于系统组态的对象以及工 程模型的应用协议，目前还没有统一的应用层协议，但受到广泛支持并已经开发出相应 产品的有以下几种主要协议：Modbus TCP、ProfiNet、HSE和Ethernet/IP。

Modbus TCP协议由施耐德公司推出，它以一种非常简单的方式将Modbus帧嵌入到 TCP帧中，使Modbus与以太网和TCP/IP结合，成为Modbus TCP。这是一种面向连接的 方式，每一个呼叫都要求一个应答，这种呼叫/应答的机制与Modbus的主/从机制相互 配合，使交换式以太网具有很高的确定性。Modbus TCP是标准的、开放的、免费的通信 协议，而且它全部采用标准的以太网硬件，确保用户选择的自由度。

电动执行机构以电能为动力，接受调节器、DCS、PLC等上位仪表的标准信号(模拟 量或数字量)，通过将这些信号变成阀门相对应的机械位移(角行程、直行程或多回转) 来自动改变操作变量(阀门，调节阀、风门、蝶阀，挡板开度等)，以达到对被调参数(温 度、压力、流量、液位等)进行自动调节的目的，使生产过程按预定要求进行。它的运 行稳定性对自动调节系统的安全运行、可靠性及调节品质的优劣都有很大影响，因此是 过程工业中最重要的底层设备。目前，市场上的电动执行机构基本分为传统机械式电动 执行机构、智能电动执行机构及现场总线型电动执行机构。

随着计算机和网络技术的发展，随着现场总线控制系统的大量成功应用，现场总线 型电动执行机构正成为电动执行机构的发展趋势。目前市场上已有支持现场总线的电动 执行机构产品，但是其实现方式通常都是要在产品内部增加一个支持现场总线的通讯模 块，通过串行方式接入控制网络。如申请号为200820300386.8的专利申请“嵌入式微 处理器通过Modbus现场总线通讯模块与上位机的通讯端连接”。由于现场总线协议众多， 现场总线通讯模块种类也比较多，不仅增加投资，产品通用性也比较差。如上海大学分 别于2003年6月、2004年12月、2005年4月申请的发明专利“MODBUS/TCP工业以太 网和设备网现场总线间的协议转换方法和装置”(公开号：CN 1482782A)、“MODBUS/TCP 工业以太网和PROFIBUS-DP现场总线间的协议转换方法和装置”(公开号：CN  1645852A)、“MODBUS/TCP工业以太网与设备网现场总线和PROFIBUS-DP现场总线间的多 协议转换方法和装置”。目前市场上尚未见到本身带有网卡并支持Modbus工业以太网协 议的电动执行机构产品。

综合分析，目前主流的现场总线型电动执行机构解决方案有如下主要问题：

1、采用串行现场总线技术，通讯速率和传输距离直接相关，线路接入设备数量有 限，总体上通讯速率较慢，网络性能不高，带宽不够。