[发明专利]基于HART协议智能阀门定位器

说明书

技术领域

本发明涉及现代电子技术领域，具体涉及一种基于HART协议智能阀门定位器。

背景技术

随着工业控制领域不断向着智能化方向发展，各类过程控制仪器也逐渐实现了数字化、智能化、网络化的转变。由阀门定位器、执行机构、阀门主体三部分组成的阀门控制系统在石油、化工、食品、冶金、制药、轻纺、机械等各大领域得到了广泛的应用，其控制性能的好坏也在很大程度上制约着相关产业产品的最终质量。为了实现阀门控制系统的智能控制，阀门定位器也从传统的机械力平衡式发展成了基于中央控制单元的智能式电信号处理。而国外如德国的西门子、美国的FISHER、日本山武等公司都相继成功研制出智能型二线制电/气阀门定位器，或配有HART，Profibus等现场总线接口的数字式电气阀门定位器，提高了阀门定位器的控制性能，代表了阀门定位器发展的趋势。但国内相关方面的研究起步较晚，技术不成熟，发展缓慢，研制的产品与国外相比更是存在一定的差距，也正因为控制性能的不佳导致了目前国内市场长期大量购买国外昂贵的产品，成为了制约我国经济发展的一大因素。

发明内容

本发明旨在针对上述问题，提出一种基于HART协议智能阀门定位器。

本发明的技术方案在于：

一种基于HART协议智能阀门定位器，包括智能阀门定位器、执行机构以及阀主体三部分；其中，智能阀门定位器包括电源模块、中央控制单元、HART 通信模块、I/P控制电路、取样电路模块、人机交互模块和阀位反馈模块；其中，所述的HART 通信模块、I/P控制电路、取样电路模块、人机交互模块和阀位反馈模块均与中央控制单元连接。

所述的电源模块与HART 通信模块、I/P控制电路、取样电路模块、人机交互模块和阀位反馈模块均连接。

所述的中央控制单元的型号为MSP430F5438单片机。

还包括显示模块，所述显示模块与中央控制单元连接，所述的显示模块为点阵型液晶显示器OCM12864⁃9。

所述的HART 通信模块的型号为专用低功耗芯片HT2015，该芯片由控制逻辑、载波检测、调制与解调四个部分组成。

本发明的技术效果在于：

本发明提出的基于HART协议智能阀门定位器解决了低功耗控制电路和单片机应用技术、控制软件设计等核心的技术难点问题，同时实现了HART 通信功能。满足系统的低功耗，阀位准确控制，具备HART通信等要求，对相关产品的研制具有指导意义。

具体实施方式

一种基于HART协议智能阀门定位器，包括智能阀门定位器、执行机构以及阀主体三部分；其中，智能阀门定位器包括电源模块、中央控制单元、HART 通信模块、I/P控制电路、取样电路模块、人机交互模块和阀位反馈模块；其中，所述的HART 通信模块、I/P控制电路、取样电路模块、人机交互模块和阀位反馈模块均与中央控制单元连接。

其中，所述的电源模块与HART 通信模块、I/P控制电路、取样电路模块、人机交互模块和阀位反馈模块均连接。所述的中央控制单元的型号为MSP430F5438单片机。还包括显示模块，所述显示模块与中央控制单元连接，所述的显示模块为点阵型液晶显示器OCM12864⁃9。所述的HART 通信模块的型号为专用低功耗芯片HT2015，该芯片由控制逻辑、载波检测、调制与解调四个部分组成。

在控制过程中，智能定位器接收4~20 mA标准电流信号，此电流信号一方面被电源模块通过转换电路生成系统各模块所需的工作电压，另一方面通过取样电路将控制电流信号转换成控制电压信号，此控制电压信号经过A/D转换后送给中央控制单元。转换得到的控制电压信号来自两个不同途径，分别对应于人为设定的控制信息和实际反馈的位置信息。通过中央控制单元对这两路控制信息按照预先设定好的转化关系进行处理，得到两个信号之间的差值，根据此差值再结合设定的控制算法输出不同占空比的PWM 波，用以驱动并控制I/P控制电路的电磁阀通断时间，从而完成对执行机构膜室内的冲放气过程，达到控制执行机构阀芯运动的目的。同时系统配置有HART通信，可以通过上位主机监测阀门位置，也可以利用HART通信对控制系统进行设定。这样通过人为设定控制信号和阀位反馈信号形成一个闭环负反馈的控制系统，便可对阀门实现快速、准确、稳定的定位控制。