通过利用微控制器技术和CAN技术实现阀门远程控

发布时间:2020-05-11      点击:

  平淡电动阀门是一种通用的奉行单位,它行为一种紧急的奉行器件平凡地用于工业流程限定界限,具有不成取代的影响。阀门电动安装是以电机为动力,鼓动减速安装将动力传给阀门,达成阀门开启和闭上的最终部件,它是电动阀门中的焦点一面。近年来,邦内临盆电动阀门的厂商通过对邦际前辈身手的引进和招揽,以及与Litorque、Rotork等邦际出名企业的合营,一经慢慢担任了呆板传动、等少少焦点身手,加之价值方面的上风,获得了邦内市集的主导名望。跟着工业自愿化程度的升高,更加是现场总线身手的浮现,仅有现场操作以及单纯的点对点限定功用的电动阀门越来越难以餍足市集需求,外洋各至公司纷纷推浮现场总线电动阀门产物,但价值昂贵。因而,升高我邦电动阀门的自愿化程度,对邦内的电动阀门产物加以改制,推出我方的现场总线产物,升高产物的角逐力,稳定邦内市集并能慢慢到场邦际角逐关于参加WTO的即日有着紧急的道理。

  现场总线是利用正在修筑或经过区域现场安装与限定室内自愿限定安装之间的数字式、串行、众点通讯的数据总线。它也被称为绽放式、数字化、众点通讯的底层限定收集。现场总线的浮现为工业自愿化供应了全漫衍的办理计划,升高了现场开发的智能和自治程度,便于体例的安置和爱护。现场总线的品种良众,邦际尺度的现场总线种之众,此中CAN总线以其救援众主体例,超卓的短帧传输本能,极高的牢靠性,非损害性总线先级仲裁体例,Intel、Philips、Motorola等浩瀚半导体临盆厂商的芯片救援,以及相对单纯的拓荒机谋和低廉的拓荒本钱,使其成为邦内现场总线拓荒的热门。本文探索的基于CAN总线的阀门限定体例便是将微限定器身手、CAN身手利用于邦产通用型电动阀门中,同工业限定策动机一同组成的阀门长途限定体例。

  通用型阀门对限定精度哀求不高,操作也较单纯,仅有开、闭、停三种状况。广泛状况下,操作职员正在现场通过对阀门上限定器的操作来限定阀门的开启和闭上,阀门的开度通过阀门上的指针式仪外指示。出于爱惜的需求,限定器正在电气限定上达成了阀门障碍状况下的停机功用,然而对障碍的诊断只可依托操作职员的体会,乃至需求开盖检讨,给爱护带来未便。

  本文提出的长途阀门限定体例网罗上、下位两级限定,除了保存原有的现场操作功用外,操作职员还能够通过上位机对阀门实行长途操作。上位机供应操作轻易的人机交互界面,救援对体例中差异阀门的单纯组态,并采用数据库身手达成体例运转中各阀门的状况新闻和障碍新闻的办理,便于体例的爱护,上位机除了具有与下位机通讯的现场总线接口外,还应具有以太网接口以达成体例与外部的新闻交互。下位机正在尽量保存原有的电动安装电气构造的条件下,引入了微限定器身手,组成嵌入式限定体例,既救援现场的操作,也救援上位机的长途限定,二者能够通过现场的开闭实行切换。下位机限定体例中加众了检测电途和现场总线接口,达成了阀门运转中多量障碍新闻的搜罗。

  微限定器一方面能按现场或上位机树立的阀门开度值限定阀门的开启和闭上,另一方面能够反响上位机的数据央浼,将阀门的运转新闻上传给上位机。上位机、下位机之间通过现场总线邻接,二者分工昭彰,组成真正的全漫衍现场总线限定体例(FCS)。

  凭据以上分解,本文采用了召集办理、分开限定的上、下位机两级限定的体例总体构造,如图1所示。

  上位机采用工业限定策动机,除上面提到的功用外,还安排了运转新闻统计打印以及体例报警等功用;下位机是以微限定器为焦点的限定单位,并嵌入到阀门中,与阀门的电气限定一面一同达成限定功用。体例通讯选用的是CAN总线,CAN总线和说单纯,仅网罗物理层和数据链途层,用户能够我方界说利用层,传输介质能够采用樊篱的双绞线,信号传输采用短帧构造,每一帧的有用字节数为8个,传输光阴短,受搅扰的概率低。总线m,直接传输隔断最远可达10km/5Kbps,总线上可挂接开发数最众可达110个。当某个节点主要差池时,不妨自愿分离总线,相闭CAN总线身手的文献较众,正在此不作详述。正在本文提到的长途阀门限定体例中采用CAN总线是由于阀门限定功用逻辑单纯、新闻量小,并连结CAN总线数据的传输速率、拓荒的难易水准、身手救援和本钱等众方面的探究。

  体例上位机硬件选用研华工控机IPC-6718V,配以研华的双端口CAN接口卡PCL-841,本能安稳,大大缩短了体例的拓荒周期。上位机软件采用VB610来安排,便于达成用户需求的各式监控功用。

  上位机软件网罗体例安静模块、体例通讯参数设定模块、数据库模块和阀门限定模块等几个一面。图2给出了上位机各个软件模块之间的闭联,从图能够看出上位机软件不单达成了阀门限定功用,并且弥漫探究了行为一个限定软件所需求的体例安静以及数据库操作。此中,阀门限定模块是上位机软件的焦点。

  上位机软件的重要功用是达成对通盘体例内各阀门状况的监控以及供应用户对现场阀门的长途限定操作。上位机软件启动后,首前辈行体例的初始化,之晚进入体例监控运转形式,假使是初度利用,初始化后还要凭据体例的详细状况实行组态。正在运转形式下,上位机与下位阀门限定单位采用一问一答的体例实行新闻相易,上位机对每台阀门返回的各式状况和障碍新闻实行分解后改善数据库中的相应数据,并改善主监控界面上的相应一面。因为主监控界面上的阀门较众,仅能单纯地示出每个阀门的根本运转状况(启动、住手、障碍)和开度,假使要查看某个阀门的仔细运转新闻,能够通过点击界面上的阀门图标切换到该阀门的单台监测界面,这时除了能够给出阀门现时的开度、开闭停状况等根本新闻外,还能够示出电机缺相、转越限、电机过热等报警、障碍新闻。图3给出了这一经过的软件流程。

  为了升高长途限定时的反响速率,上位机安排了体例中单台阀门的长途限定功用,这种事务形式下,用户将哀求的阀门开度通过CAN总线下传给相应阀门中的下位机,由下位机限定阀门的启动和住手,并将通盘经过的运转状况及时传给上位机。正在现实利用中,假使体例中差异的阀门有联动哀求,也能够通过上位机编程达成。

  阀门的作为是由嵌入到阀门中的下位机限定的,下位机正在吸收到指定开度的夂箢后将分解此时阀门的运转状况和各式状况,假使此时阀门处于答应作为的状况,下位机则发出分解后的指令(开或闭),待阀门开度达到指定开度时,奉行停机操作。下面将从硬件、软件两个方面临下位机安排实行较仔细的注脚。

  下位机是具有“自治”功用的单片机限定体例,正在原有的电气限定电途根本上加众了障碍信号的搜罗和对外通讯的CAN总线接口。下位机电途从构造和功用上能够分为主控单位模块、电源监测模块、数据搜罗及限定接口模块、人机接口模块、总线通讯模块。它们之间的闭联如图4所示。

  主限定模块是通盘下位机的焦点,由单片机的最小体例组成,调解其他四个模块事务,结束下位机的限定功用。探究到阀门的运转新闻搜罗点和障碍新闻搜罗点的数目和体例拓荒的难易水准,本体例遴选了PHILIP公司MCS51系列单片机80C552,它具有256字节可读写的RAM数据存储器、5个8位I/O口、1个8位输入口、2个16位准时器/计数器、1个摆设缉捕/对比模块的16位准时器、15个结束源、2个结束优先级、8途10位的A/D转换器、2途脉冲宽度调制输出、2个串行口(异步串行口和I2C总线口),还集成了看门狗准时器。

  阀门正在事务经过中会由于某些缘故浮现主电源回途掉电的状况,用户哀求正在这种状况下,下位机体例的监控一面仍能短期事务,并把这种障碍实时上传到上位机监控体例,以便操作职员赶早涌现、实时摈弃。为此,本文不才位机限定机中安排了电源监测模块,达成对阀门供电状况的监测,并能达成主电源与备用电源间的切换,电途构造如图5所示。因为主电源回途掉电时,备用电源仅为单片机体例供电,加之这时的单片机体例事务于节电运转体例,功耗较低,因此备用电源采用平淡干电池或充电电池。实践声明,正在主电源回途掉电的状况下,备用电源能够事务12h以上,齐全能够餍足维修的需求。

  这一面是下位机限定体例的输入、输出一面,重要结束阀门各式报警信号、开度的搜罗,对阀门开、闭、停的限定等,其构造如图6所示。正在数据搜罗电途中,除了搜罗根本的运转状况外,还加众了电机缺相、转矩越限、电机过热、熔断器损坏、行程开闭到位、紧张制动状况等多量的信号搜罗点,升高了下位机的监控才干。阀门中的搜罗信号和限定信号无数为强电信号,为了使单片机体例免受影响,正在电途中采用了隔绝安排,加众了体例的牢靠性。

  对阀门的运转除了可通过上位机长途限定外,还保存了现场限定功用,这重要通过现场手操器结束,它是下位机中的人机接口模块。手操器由键盘和数码管显示电途构成。正在手操器的安排中采用了I2C总线身手,键盘电途采用了具有I2C接口的输入输出扩展芯片PCF8574,显示电途采用了具有I2C接口的数码管显示驱动芯片SAA1064,单片机80C552自身就集成有I2C总线接口,为体例的软硬件安排供应了轻易。手操器的硬件构造如图7所示。此外,I2C总线救援带电插拔,给手操器的运用带来了极大的轻易,运用者能够正在不阻拦阀门平常事务的状况下,拆装手操器。

  通讯电途是下位机中的CAN总线接口一面,是供应阀门长途限定功用的焦点一面。它由CAN限定器SJA1000、CAN驱动器82C250以及光电隔绝电途组成,电途构造如图8所示。因为光电隔绝的需求,模块运用了DC-DC电源模块。为了升高通讯模块的通用性,餍足差异运用的需求,不才位机中还安排了微动开闭,用于树立差异的通讯波特率和差异阀门的所在遴选。

  下位机软件用C51说话编写,标准的可读性、可移植性大大升高。下位机软件重要结束阀门的状况和障碍的搜罗、阀门开度搜罗、奉行开闭停阀门的作为和通讯功用。因为篇幅的闭联,下面仅先容主限定标准和CAN总线通讯结束办事标准。

  下位机软件的重要事务是搜罗阀门的信号、限定阀门运动以及反响上位机的央浼或夂箢。下位机体例初始化晚进入主标准轮回,为了切确搜罗阀门开度和避免误报警,对输入信号都实行了单纯的数字滤波,下位机对这些信号归纳分解后,凭据开度哀求限定阀门的开、闭、停作为。下位机具有现场限定、长途限定两种限定体例,可由现场开闭来划分,正在这两种限定体例下,下位机都能够凭据上位机的哀求实行运转数据的上传。所差异的是,正在现场限定时,操作家正在现场用手操器实行限定,这时上位机对下位机只可监督,不行限定;长途限定时,下位机通过分解上位机夂箢来对阀门实行限定。下位机主标准软件流程如图9所示。

  当上位机向下位机发出数据央浼或夂箢时,下位机就会进入CAN结束办事标准。正在进入CAN结束办事标准后,首前辈行现场爱惜,然后读取SJA1000的结束寄存器,分解是哪种结束并置相应的标识位,假使是吸收结束,则置吸收数据标识并读取数据,然后开释缓存,末了还原现场,结束返回。CAN结束办事标准如图10所示。

  因为下位机要嵌入到阀门电装的腔体中,电磁搅扰主要,正在安排中采用了众种软、硬件抗搅扰安排,因为篇幅缘故,不再逐一详述。

  本文提及的身手一经正在天津阀门公司临盆的QT、OOM、SMC、ZA等系列电动阀门中获得利用,使其成为具有长途限定功用和障碍诊断功用的电动阀门。由这些阀门组成的长途阀门限定体例一经现实运转了近一年光阴,运转状况优越,抵达了安排哀求,并通过了天津市科委构制的专家占定。目前,正正在打定产物的中试,同时加紧利用层和说的模范化,力求尽疾推出餍足DEVICENET的电动阀门产物。置信跟着这类产物的推向市集,必将胀励我邦现场总线奉行器的生长。

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