基于多微處理器的閥門電動裝置控制器

1、概述

　　閥門電動裝置是工業(yè)自動化系統(tǒng)中的執(zhí)行單元,廣泛應用于化工、石油、冶金、電力等行業(yè)的壓力、溫度、流量控制。它是一種機電一體化的現(xiàn)場設備,以電動機作為動力源,將控制信號轉(zhuǎn)換成相應的機械動作控制各類閥門開啟和關閉。隨著科學技術的發(fā)展,特別是數(shù)字和信息技術的發(fā)展,閥門電動裝置的上方控制系統(tǒng)數(shù)字化和信息化程度越來越高,對電動裝置的精度、動態(tài)特性和功能等方面的要求也越來越高,如友好的人機界面、精確定位、故障診斷和總線通訊等等,這些性能的提高和功能的實現(xiàn)依賴于閥門電動裝置控制器。

2、工作原理

　　閥門電動裝置(圖1)控制器接受上方控制系統(tǒng)指令,控制電動裝置電機運行,驅(qū)動電動裝置傳動部分工作,并將其工作狀態(tài)信號反饋給上方系統(tǒng),從而實現(xiàn)閥門位置控制。閥門電動裝置控制器是嵌入式控制系統(tǒng),它以單片微處理器(MCU)為核心,配合人機界面、信號輸入/輸出和電機驅(qū)動等其他外圍電路,通過MCU 內(nèi)部程序控制整個系統(tǒng)運行。其中MCU是整個系統(tǒng)的核心,MCU 芯片上集成了一個功能簡化的計算機系統(tǒng)(CPU,內(nèi)存,并行總線,輸入/輸出接口等) ,具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點,已在閥門電動裝置控制器上廣泛采用。

圖1　閥門電動裝置

　　目前控制器的MCU所用軟件普遍采用前/后臺工作方式(圖2) 。系統(tǒng)應用程序是一個無限的循環(huán)。循環(huán)中調(diào)用相應的函數(shù)完成相應操作,這部分是后臺行為。中斷服務程序處理異步事件,這部分是前臺行為。一般對實時性要求高的操作都是通過中斷服務來保證的。因為中斷服務提供的信息一直要等到后臺程序運行到該處時才能得到處理,所以任務的響應時間取決于整個程序循環(huán)的執(zhí)行時間。

圖2　前/后臺系統(tǒng)

3、存在問題及解決方案

3.1、存在問題

　　隨著閥門電動裝置功能的增加和性能的提高,要求MCU同時處理的任務數(shù)量越來越多,對實時性要求高的任務也越來越多,任務數(shù)量的增加意味著程序循環(huán)時間的加長,而實時性要求高則對后臺程序的循環(huán)周期提出了較高要求。如果系統(tǒng)后臺程序的循環(huán)時間超過了處理實時任務的最大間隔時間,系統(tǒng)的實時性就得不到有效保證,控制器也就不能正常穩(wěn)定工作。

3.2、解決方案

　　采用模塊化設計理念,將閥門電動裝置控制分解成多個功能模塊,每個對實時性要求高或者程序執(zhí)行時間較長的的功能模塊都有獨立的MCU控制,然后通過總線通訊的方式與主控MCU進行數(shù)據(jù)交換,即多MCU的系統(tǒng)架構。