基于多微處理器的閥門(mén)電動(dòng)裝置控制器

1、概述

　　閥門(mén)電動(dòng)裝置是工業(yè)自動(dòng)化系統中的執行單元,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場(chǎng)設備,以電動(dòng)機作為動(dòng)力源,將控制信號轉換成相應的機械動(dòng)作控制各類(lèi)閥門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,特別是數字和信息技術(shù)的發(fā)展,閥門(mén)電動(dòng)裝置的上方控制系統數字化和信息化程度越來(lái)越高,對電動(dòng)裝置的精度、動(dòng)態(tài)特性和功能等方面的要求也越來(lái)越高,如友好的人機界面、精確定位、故障診斷和總線(xiàn)通訊等等,這些性能的提高和功能的實(shí)現依賴(lài)于閥門(mén)電動(dòng)裝置控制器。

2、工作原理

　　閥門(mén)電動(dòng)裝置(圖1)控制器接受上方控制系統指令,控制電動(dòng)裝置電機運行,驅動(dòng)電動(dòng)裝置傳動(dòng)部分工作,并將其工作狀態(tài)信號反饋給上方系統,從而實(shí)現閥門(mén)位置控制。閥門(mén)電動(dòng)裝置控制器是嵌入式控制系統,它以單片微處理器(MCU)為核心,配合人機界面、信號輸入/輸出和電機驅動(dòng)等其他外圍電路,通過(guò)MCU 內部程序控制整個(gè)系統運行。其中MCU是整個(gè)系統的核心,MCU 芯片上集成了一個(gè)功能簡(jiǎn)化的計算機系統(CPU,內存,并行總線(xiàn),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(diǎn),已在閥門(mén)電動(dòng)裝置控制器上廣泛采用。

圖1　閥門(mén)電動(dòng)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) 。系統應用程序是一個(gè)無(wú)限的循環(huán)。循環(huán)中調用相應的函數完成相應操作,這部分是后臺行為。中斷服務(wù)程序處理異步事件,這部分是前臺行為。一般對實(shí)時(shí)性要求高的操作都是通過(guò)中斷服務(wù)來(lái)保證的。因為中斷服務(wù)提供的信息一直要等到后臺程序運行到該處時(shí)才能得到處理,所以任務(wù)的響應時(shí)間取決于整個(gè)程序循環(huán)的執行時(shí)間。

圖2　前/后臺系統

3、存在問(wèn)題及解決方案

3.1、存在問(wèn)題

　　隨著(zhù)閥門(mén)電動(dòng)裝置功能的增加和性能的提高,要求MCU同時(shí)處理的任務(wù)數量越來(lái)越多,對實(shí)時(shí)性要求高的任務(wù)也越來(lái)越多,任務(wù)數量的增加意味著(zhù)程序循環(huán)時(shí)間的加長(cháng),而實(shí)時(shí)性要求高則對后臺程序的循環(huán)周期提出了較高要求。如果系統后臺程序的循環(huán)時(shí)間超過(guò)了處理實(shí)時(shí)任務(wù)的最大間隔時(shí)間,系統的實(shí)時(shí)性就得不到有效保證,控制器也就不能正常穩定工作。

3.2、解決方案

　　采用模塊化設計理念,將閥門(mén)電動(dòng)裝置控制分解成多個(gè)功能模塊,每個(gè)對實(shí)時(shí)性要求高或者程序執行時(shí)間較長(cháng)的的功能模塊都有獨立的MCU控制,然后通過(guò)總線(xiàn)通訊的方式與主控MCU進(jìn)行數據交換,即多MCU的系統架構。