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HART智能直行程电动执行机构的开发

作　者: 蔡立虹
导　师: 庞彦斌
学　校: 北京化工大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 现场总线 HART协议 智能执行机构
分类号: TP214
类　型: 硕士论文
年　份: 2000年
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内容摘要


智能执行器是过程控制系统中必不可少的组成部分，直到九十年代，国内在智能化执行器方面的研究还处于空白状态，尤其是符合现场总线协议的智能执行器。在现场总线类型中，HART协议是属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡性总线，其特点是既保持了4～20mA模拟信号的工业标准，同时又实现了以数字形式传输过程与变送器数据的功能。因此，HART产品在现阶段有较强的市场发展前景。 本课题研究的是以HART协议规范为通信标准，以Ⅲ型电动执行机构原型为模型，开发并完成符合HART协议的智能电动执行机构的硬件设计和软件开发。在硬件设计上，将仪表卡、通信卡和前面板卡简化合并为一块卡，采用单CPU来完成仪表本体的控制功能和通信功能；将电源卡和位置反馈卡简化合并为一块卡；另外，采用HART基金会推荐使用的通信芯片HT2012C来完成仪表与控制系统的通信功能。在软件设计上，完成了仪表控制程序的编制和调试，包括信号的采样滤波、参数设定、电机控制、电制动中断、定时器0中断、故障处理及安全保障等程序，并根据HART协议的规定，实现了仪表与控制系统通信功能的软件，包括串口中断、HART指令库、通讯的发送和接收、载波监听中断、定时器1中断等程序。测试结果表明：软件的功能符合HART协议数据链路层和应用层的规定并实现了与控制系统的通信，硬件的功能达到产品预期的设计目标。

全文目录


前言  7-16
  1 现场总线技术  7
  2 现场总线的类型  7-8
  3 现场总线造成的影响  8-9
  4 执行器的发展概况  9-13
  5 开发HART智能执行器的意义  13-14
  6 HART智能电动执行机构的性能和特点  14-15
  7 本课题研究的主要内容  15-16
第1章 HART协议分析  16-36
  1.1 HART协议  16
  1.2 HART协议的特点  16-18
  1.3 HART物理层  18-19
  1.4 HART数据链路层  19-34
    1.4.1 HART帧格式  19-22
    1.4.2 HART帧编码  22
    1.4.3 短帧和长帧格式  22
    1.4.4 接收服务和发送服务原理  22-23
    1.4.5 服务  23-29
    1.4.6 帧传输规程  29-32
    1.4.7 设备类型  32
    1.4.8 链路层的主要技术指标  32-34
  1.5 HART应用层  34-36
第2章 HART智能电动执行机构整体设计  36-43
  2.1 设计任务分析及技术目标  36
  2.2 整体设计方案  36-37
  2.3 硬件设计方案  37-38
  2.4 软件设计方案  38-43
第3章 HART智能电动执行机构硬件设计  43-58
  3.1 硬件设计方案  43-45
  3.2 通信、仪表板  45-58
    3.2.1 CPU及附属电路  45-49
    3.2.2 参数给定及故障报警显示  49-50
    3.2.3 模拟量的滤波和输入  50-52
    3.2.4 电机控制逻辑  52-54
    3.2.5 通讯信号的解调及接收  54-56
    3.2.6 通讯信号的调制及发送  56-58
第4章 HART智能电路执行机构软件设计  58-87
  4.1 软件总体方案及体系结构  58-60
    4.1.1 仪表控制软件模块  58-59
    4.1.2 HART通讯协议模块  59-60
  4.2 仪表控制软件模块  60-75
    4.2.1 主程序  60-64
    4.2.2 信号采样及控制程序  64-65
    4.2.3 信号滤波及数据处理程序  65-66
    4.2.4 开关量输入及面板参数设定  66-70
    4.2.5 故障处理及安全保障程序  70-71
    4.2.6 电机控制程序  71-72
    4.2.7 电制中断动程序  72
    4.2.8 T0中断控制程序  72-75
  4.3 HART通讯协议软件模块流程说明  75-87
    4.3.1 INT1中断服务程序  75-77
    4.3.2 串口中断服务程序  77
    4.3.3 通讯发送程序  77
    4.3.4 通讯接收程序  77-83
    4.3.5 命令执行程序  83-84
    4.3.6 T1中断服务程序  84-85
    4.3.7 T2波特率发生器  85-87
第5章 实验测试  87-93
  5.1 实验设备  87
  5.2 硬件性能指标的测试  87-89
  5.3 软件功能的测试  89-92
  5.4 实验结论  92-93
结论  93-95
致谢  95-96
参考文献  96-99
附录  99

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 调节器、调节阀
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