摘    要：針對常規(guī)型電動執(zhí)行機構的現(xiàn)場接線方式存在著布線工作量大、操作維護困難、可靠性不高、網(wǎng)絡通信能力差等方面的問題，提出了一種基于canopen協(xié)議的總線型電動執(zhí)行機構設計方案。在簡要介紹電動執(zhí)行機構架構的基礎上，首先給出了電動執(zhí)行機構控制器的硬件設計方法，其中主要介紹了電動執(zhí)行機構控制單元電路和can總線通訊接口電路的設計；接著給出了軟件設計的思路，重點介紹了對象字典的設計及canopen通訊程序的設計，針對通訊程序設計中的難點，提出了一種基于隊列方式的報文處理模式。最后，在實際工程中成功地應用了所提出的設計方案，應用結果表明這種總線型電動執(zhí)行機構具有智能化、信息化、數(shù)字化等特點，能夠滿足工業(yè)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡化發(fā)展需求。

關鍵詞：canopen協(xié)議；電動執(zhí)行機構；對象字典

中圖分類號：tp 273    支獻標識碼：a

    電動執(zhí)行機構是工業(yè)過程控制系統(tǒng)不可缺少的部分，被廣泛用于石油化工、電廠等領域。近年來，伴隨著微電子技術和控制技術的迅速發(fā)展，電動執(zhí)行機構也獲得了快速的發(fā)展，國外一些生產(chǎn)廠商在這幾年中相繼推出了常規(guī)的、帶現(xiàn)場總線通信協(xié)議的總線型電動執(zhí)行機構。而國內起步晚，目前生產(chǎn)的主要是常規(guī)的電動執(zhí)行機構，它采取傳統(tǒng)的現(xiàn)場接線方式，如每臺電動執(zhí)行機構至少需要通過7~14根控制線才能將其參數(shù)傳遞到控制系統(tǒng)的控制模板上。這種方式安裝、維護代價高，系統(tǒng)的可擴展性差，且易受現(xiàn)場操作人員的技術水平、精神狀態(tài)及工作情緒等人為因素的影響，誤操作較多。另外，對于一些有著特殊要求的環(huán)境，如易燃易爆、輻射、或人們不易到達的地方，這種傳統(tǒng)控制方式難以勝任；為解決上述問題就要求執(zhí)行機構向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展。鑒于此，本文提出了一種基于canopen協(xié)議的電動執(zhí)行機構設計方案。

     canopen協(xié)議是一種在歐洲非常流行的can高層協(xié)議，該協(xié)議清晰、透明、精煉，便于系統(tǒng)配置和功能重構，在工業(yè)控制中有著良好的應用前景。本文提出的設計方案是在常規(guī)電動執(zhí)行機構設計中加入can總線通訊模塊，使其成為一種具備總線通訊能力的智能電動執(zhí)行機構。這種智能電動執(zhí)行機構采取總線控制方式，只需通過2根信號線就能完成所有信息的傳輸，更重要的是由于其具備了總線通訊功能，操作人員只需在控制室就可對執(zhí)行機構實行遠程控制。

    電動執(zhí)行機構硬件設計是建立在了解其基本架構的基礎之上的，為此，在硬件設計前先簡要介紹一下電動執(zhí)行機構的架構。

    1)電動執(zhí)行機構的架構電動執(zhí)行機構是根據(jù)調節(jié)器（或上位機）給出的控制信號產(chǎn)生推力或位移的一種裝置，主要由控制器、伺服電機、位置檢測裝置和減速器四部分組成，其構成如圖l所示。

   

    控制器采集閥位給定信號和位置反饋信號，閥位給定信號由上位調節(jié)裝置經(jīng)總線系統(tǒng)發(fā)送，由現(xiàn)場總線接收。減速輸出的信號經(jīng)位置檢測裝置后形成位置反饋信號送給控制器，控制器輸出經(jīng)過一個采用晶閘管作為開關元件的繼電器非線性環(huán)節(jié)去控制電機的運轉，電機帶動減速器來驅動輸出軸產(chǎn)生相應的位移。

    2)控制器的硬件設計控制器系統(tǒng)硬件由電動執(zhí)行機構控制單元和can總線接口單元組成，如圖2所示。

   

  整個電動執(zhí)行機構設計采用模塊化設計，選用lpc2292作為這兩個單元模塊的中央處理器。lpc2292是philip公司的內嵌有can控制器的高性能單片機，工作頻率高達30 mhz，非常適合用于總線控制系統(tǒng)。電動執(zhí)行機構控制單元含位置檢測電路、電機驅動電路、故障檢測／報警電路及液晶顯示電路。位置檢測電路用導電塑料精密旋轉電位器作為位置傳感器，電機驅動