专利名称：基于epa标准的智能阀门定位器的制作方法
技术领域：
本发明属调节阀智能控制技术领域，涉及一种基于EPA标准的智能阀门定位器。
背景技术：
现场总线技术的开发始于20世纪80年代。随着微处理器技术的发展，计算机网 络系统得到迅速发展，信息沟通联络的范围不断扩大。工业以太网EPA标准是我国第一个 拥有自主知识产权的现场总线标准，也是我国迄今为止首个被国际标准化组织接收和发布 的工业自动化标准，实现了我国工业自动化领域国际标准零的突破。 而处于企业生产过程基层的测控自动化系统，仍在通过开关、阀门和传感测量仪 表实现一对一的通信连接，用电压和电流的模拟信号进行测量控制，或采用某种自封闭式 的集散系统，实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换，使自动化系统成为"信息孤 岛"，严重制约了产业本身的发展。 现场总线将是未来工业控制系统的发展方向，要实现企业的信息集成，实施综合 自动化，就必须设计出一种能在工业现场环境运行、可靠性高、实时性强和造价低廉的通信 系统，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现现场设备之间以 及自动化设备与外界的信息交换。本发明所涉及的基于EPA标准的智能阀门定位器对于扩 大EPA应用领域具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于EPA标准的智能阀门定位器，解决现有阀门定位 器无法进行数字化，网络化的问题。 为达到上述目的，采用的技术方案是基于EPA标准的智能阀门定位器，包括通信
卡和主控卡两部分，通信卡实现EPA网络的通信，主控卡实现气动调节阀的阀位控制，其特
征在于所述通信卡由网络变压器、以太网控制器、ARM微处理器、FLASH存储器以及电源电
路构成，所述网络变压器实现EPA信号的隔离；所述以太网控制器用以实现网络数据的收
发，所述电源电路从EPA信号中取能为各模块电路供电；ARM微处理器用以实现与以太网控
制器之间数据的收发；所述主控卡由I/P转换单元、MSP430微处理器、监控面板、电位器构
成，所述1/P转换单元还包括两个压电阀及其气路控制和放大部分，其功能在于将电信号
转换为气动信号驱动阀位的动作；MSP430微处理器根据电位器的反馈信号实现对I/P转换
单元的控制；按键和LCD显示作为监控面板，可以根据用户需求设置相关功能或菜单；所述
ARM微处理器与MSP430微处理器之间通过Modbus协议实现双向数字通信。所述ARM微处理器采用ARM7芯片AT91R40008。所述ARM微处理器与FLASH芯片SST39VF1601连接。 所述以太网控制器采用与EPA芯片接口兼容的AX88796芯片。 本发明的优点是采用全数字化的方式实现对气动调节阀的控制，并可通过EPA
网络在工业以太网内与系统、仪表及终端实现数字化通信，具有较强的抗干扰能力和较快的通信速率；系统采用总线供电的方式，不需要额外电源，减少了安装的复杂性，提高了安 全性和经济性；可使用户通过以太网接口对EPA网络中的智能阀门定位器进行控制和访 问，使控制系统和现场仪表之间不仅能传输生产过程测量与控制信息，而且能够传输现场 仪表大量的非控制信息，使得工业企业的管理控制一体化成为可能。
以下通过实施例和
对本发明作进一步说明。
图1为本发明硬件连接方框图；
图2为A/D采样流程图；
图3为主程序流程图。
具体实施例方式
由本发明硬件连接方框1所示可见，基于EPA标准的智能阀门定位器，包括通 信卡和主控卡两部分，通信卡实现EPA网络的通信，主控卡实现气动调节阀的阀位控制，其 特征在于所述通信卡由网络变压器、以太网控制器、ARM微处理器、FLASH存储器以及电源 电路构成，所述网络变压器实现EPA信号的隔离，提高系统的抗干扰能力；所述以太网控制 器用以实现网络数据的收发，所述电源电路从EPA信号中取能为各模块电路供电；ARM微处 理器用以实现与以太网控制器之间数据的收发；所述主控卡由I/P转换单元、MSP430微处 理器、监控面板、电位器构成，所述I/P转换单元还包括两个压电阀及其气路控制和放大部 分，其功能在于将电信号转换为气动信号驱动阀位的动作；MSP430微处理器根据电位器的 反馈信号实现对I/P转换单元的控制；监控面板上按键和LCD显示可以根据用户需求设置 相关功能或菜单；所述ARM微处理器与MSP430微处理器之间通过Modbus协议实现双向数 字通信。 通信卡由网络变压器、以太网控制器、电源电路、ARM微处理器、FLASH构成。其中
所述ARM微处理器采用ATMEL公司的ARM7芯片AT91R40008，它主要有高性能32 位RISC体系结构、高指令密度的16位指令集、内嵌ICE单元、32位256K单周期访问SRAM、 完全可编程外部总线接口、支持多达8条片选信号、体积小、性能稳定可靠，运算速度满足 通信和控制的要求。 所述以太网控制器采用与EPA芯片接口兼容的ASIC公司AX88796芯片，实现了网 络数据的收发。 所述ARM微处理器并不直接控制AX88796，它只对EPA芯片进行读、写操作。EPA芯 片已经实现了与AX88796的通信接口 ，将要发送的数据传送到AX88796，同时读取AX88796 接收缓存中的数据。EPA芯片通过16位数据总线与微控制器相连，实现接收来自微控制器 的数据并将其加入到通信调度队列，同时实现接收来自AX88796的网络数据传送到微控制 器。由于AT91R40008没有内置的FLASH,所以配置了 FLASH芯片SST39VF1601，用以存放代 码及数据。SST39VF1601为2M字节FLASH,与AT91R40008为16位数据总线接口。程序运 行时，先将FLASH中代码拷贝到AT91R40008的内部SRAM中再运行，提高了运行速度和稳定 性，降低了功耗。电源电路从以太网取电，并将24V电压转换为系统各模块所需要的电源电 压。
主控卡由I/P转换单元、MSP430微处理器、监控面板(LCD显示和按键)、电位器构 成。I/P转换单元还包括两个压电阀及其组成的气路控制和放大部分，其功能在于将电信号 转换为气动信号驱动阀位的动作；MSP430微处理器功能在于一方面实现与ARM微处理器的 数字通信，同时根据电位器的反馈信号实现对I/P转换单元的控制；按键和LCD显示作为监 控面板可以根据用户需求设置相关功能或菜单。 本发明软件包括EPA通信卡软件和主控卡软件两部分。其特征在于EPA通信卡软 件主要包括硬件驱动模块和EPA协议栈包。主控卡软件主要包括参数自整定程序、按键与 LCD驱动、控制主程序和运行程序。本发明应用了标准的EPA协议栈，使本发明可以接入任 何厂商标准EPA网络。A/D采样流程图和主程序流程图分别示于图2和图3。
(l)EPA通信卡软件 EPA协议栈软件采用了多任务的实时内核，主要模块有TCP/IP协议栈、IEEE1588 精确同步协议引擎、EPA确定性调度引擎、EPA管理信息库、EPA应用服务和EPA管理服务。
硬件驱动程序模块包含了处理器的初始化(包括启动代码、外围设备配置、中断 向量设置、堆栈设置等)、以太网控制器驱动程序(网络接口初始化及接收，发送数据)、 Flash驱动等内容。 EPA协议栈软件实现三个方面的任务即数据(包括实时和非实时数据)传输服 务、为用户层提供的服务接口以及EPA管理服务(包括设备自动识别、系统时钟同步、系统 工作状态的管理、设备位号及其他信息的管理等)。EPA通信基于UDP/IP协议，为用户层应 用程序提供实时和非实时数据传输服务。EPA通信协议实现了客户/服务器、发布者/预订 者、报告分发等三种通信机制，其中客户/服务器方式主要用于组态信息的上传/下载，设 备信息的查询，以及用户自定义程序的下载等；而发布者/预订者通信则是用于生产过程 实时信息(如测量、控制数据)的周期性传输等，通常采用广播、多播、单播的传输方式；报 告分发则是用于控制过程报警信息的传输等，通常采用多播/广播发布的通信。
EPA应用层服务接口主要根据过程控制信息传输的要求，为用户层应用程序之间 的数据通信开发，并实现以下服务域管理、域上传、域下载、事件管理、事件报告、确认事件 报告、改变事件监视条件、变量访问、变量读、变量写和信息分发服务。EPA管理服务是EPA 通信协议中的重要组成部分。EPA系统管理主要完成以下几个系统管理功能设备识别、 对象定位、地址分配、时钟同步和功能块调度。IEEE1588也称之为PTP精确时钟同步协议， 具有同步精度高的特点。在EPA协议栈软件中实现了完整PTP协议的精确时钟同步引擎。 IEEE1588精确同步引擎主要包括时钟同步算法、本地精确时钟和本地数据集等模块。它通 过TCP/IP以组播或者多播的方式收发EPA网络上的报文。本地时钟模块采用中断的方式， 维护一个精确的本地时钟，精度可以根据实际需要来确定，理论上IEEE1588可以达到纳秒 级的同步精度。EPA确定性调度目的是为了解决以太网报文发送的不确定性，EPA确定性调 度保证在每个时刻网络上只有一个设备在发送报文，避免了网络上报文的碰撞所引起的报 文发送不确定性。EPA确定性调度引擎实现了完整的EPA确定性调度机制。
(2)主控卡软件 本发明中的自整定主要包括以下几个方面①确定执行机构正、反作用②确定执 行机构的零点和行程③测定执行时间④确定最小脉冲⑤优化瞬时响应。
权利要求
基于EPA标准的智能阀门定位器，包括通信卡和主控卡两部分，通信卡实现EPA网络的通信，主控卡实现气动调节阀的阀位控制，其特征在于所述通信卡由网络变压器、以太网控制器、ARM微处理器芯片、FLASH以及电源电路构成，所述网络变压器实现EPA信号的隔离；所述以太网控制器用以实现网络数据的收发，所述电源电路从EPA信号中取能为各模块电路供电；ARM微处理器用以实现与以太网控制器之间数据的收发；所述主控卡由I/P转换单元、MSP430微处理器、监控面板、电位器构成，所述I/P转换单元还包括两个压电阀及其气路控制和放大部分，其功能在于将电信号转换为气动信号驱动阀位的动作；MSP430微处理器根据电位器的反馈信号实现对I/P转换单元的控制；按键和LCD显示作为监控面板可以根据用户需求设置相关功能或菜单；所述ARM微处理器与MSP430微处理器之间通过Modbus协议实现双向数字通信。
2. 根据权利要求1所述基于EPA标准的智能阀门定位器，其特征在于所述ARM微处 理器采用ARM7芯片AT91R40008。
3. 根据权利要求2所述基于EPA标准的智能阀门定位器，其特征在于所述ARM微处 理器与FLASH芯片SST39VF1601连接。
4. 根据权利要求1所述基于EPA标准的智能阀门定位器，其特征在于所述以太网控 制器采用与EPA芯片接口兼容的AX88796芯片。
全文摘要
基于EPA标准的智能阀门定位器，包括通信卡和主控卡两部分，通信卡实现EPA网络的通信，主控卡实现调节阀的阀位控制，其特征在于所述通信卡由网络变压器、以太网控制器、ARM微处理器芯片、FLASH存储器以及电源电路构成，所述主控卡由I/P转换单元、MSP430微处理器、监控面板、电位器构成。本发明的优点是采用全数字化的方式实现对气动调节阀的控制，并可通过EPA网络在工业以太网内与系统、仪表及终端实现数字化通信，具有较强的抗干扰能力和较快的通信速率；系统采用总线供电的方式，减少了安装的复杂性，提高了安全性和经济性；用户可通过以太网接口对EPA网络中的智能阀门定位器进行控制和访问，使得工业企业的管理控制一体化成为可能。
文档编号G05D3/00GK101770237SQ20091024727
公开日2010年7月7日 申请日期2009年12月28日 优先权日2009年12月28日
发明者包伟华, 巢乐, 李倩如, 杨震斌, 赵勇 申请人:上海自动化仪表股份有限公司