快捷搜索:  test  as  

基于人机界面和PLC实现环境设备控制系统的设计

小序

情况试验设备是一种根据设计不合,而具备模拟一种或多种综合情况气候功能的自动化设备,为各类情况试验的实现供给了高效靠得住道路。企业或机构在产品设计、研发、制造历程中,可经由过程情况试验设备对材料、零部件或产品整机进行各类情况试验,如高温、高湿、盐雾、砂尘、雨淋、凝露等情况试验,有效地验证材料或产品是否达到响应标准所要求的质量与靠得住性。是以,情况试验设备是大年夜多半企业与机构验证材料或产品靠得住性所必弗成少的设备。

节制系统作为情况试验设备的最核心组成部分,它的节制精度直接影响到该设备所做情况试验的准确性与可托性。今朝情况试验设备节制系统的利用型式主要分为通用型与专用型。此中通用型节制系统指的是,传统的人机界面(HMI)与可编程节制器(PLC)的组合节制要领,或工业PC组态软件与PLC的组合节制要领;专用型节制器指的是,针对不合情况试验设备的节制特点开拓出来的专用节制器。海内专用型情况设备节制器领域相对国外较为空缺,这也是造成海内情况试验设备精度与稳定性普遍不如国外情况设备的主要缘故原由,是以专用型节制器的研发对海内情况试验设备的成长具有相昔时夜的意义。

1 、设计道理

本文中的情况设备节制系统,主要面向温度类情况试验设备,如高温试验箱、上下温试验箱、冷热冲击试验箱、恒温恒湿箱、湿热箱等。而温度类情况试验设备平日由主箱体、加热系统、制冷系统、风轮回系统、主节制系统组成,如图1所示。

此中全部设备的主要节制工具包括:制冷系统中的制冷压缩机、电子膨胀阀及节制冷量排放的电磁阀;风轮回系统的离心风机;加热系统中的固态继电器交流打仗器

全部设备的主要丈量参数包括:制冷系统中的压缩机排气回气的温度与压力、冷凝器出口温度、蒸发器进出口温度、 压缩机事情电流电压值;风轮回系统中的风机温度、事情电流电压值;加热系统中的电加热器的事情电压电流值;箱内的温湿度等。

在上述丈量参数中,部分参数与设备的节制历程并无直接关系,如压缩机与风机的事情电压电流、风机转速与风速等。然则,跟着今世科技工业信息技巧的迅速成长,在航天、航空、工业利用等各个领域的设备与系统对靠得住性、安然性与经济性的要求越来越高,匆匆使故障猜测和康健治理(Prognostics and Health Management, PHM)[3-4]徐徐成为工业设备的主流成长偏向之一。然则PHM系统是必要建立在周全监测设备的运行状况的根基上,而应用通用型PLC节制系统的环境下,过多的参数采集意味着PLC模块的增添,不只前进了设备的制造资源,也让设备节制系统的体积变得臃肿。为此,本文提出了一种基于嵌入式的节制系统,经由过程使用嵌入式系统开拓自由度高、资源低、针对性强、实时性高、集成度高的规划,实现设备的整机运行参数监控;且更易实现繁杂的算法运算,前进设备的节制精度与稳定性,如设备的隐隐PID节制算法,防脉冲滋扰匀称滤波、限幅匀称滤波法等数字滤波算法。

2、节制系统硬件设计

节制系统由节制器与测控模块组成;此中测控模块包括I/O模块与丈量模块,均采纳模块化设计,针对设备所需的设置设置设备摆设摆设进行模块式增减;而节制器仅需针对不合设置设置设备摆设摆设的设备作出响应的软件设置或调剂。这样不仅能低成本地采集设备整机运行参数;又能前进节制系统的集成度,减小节制模块的体积。节制系统硬件框架如图2所示,节制器得到丈量模块将所采集设备整机参数后,根据节制设定对I/O模块进行I/O与PID节制输出。

节制器与I/O模块、丈量模块间采纳基于485接口Modbus协议的通讯要领。因为Modbus总线广泛利用于仪器仪表、智能上下压电器、变送器、可编程节制器、人机界面、变频器、现场智能设备等诸多领域,是以,使得节制器与I/O模块、丈量模块拥有极大年夜的可扩展性与自力成为产品的可能性。

2.1 节制器硬件设计

本嵌入式节制器是基于ARM Cortex-A9四核微处置惩罚器的硬件开拓平台,主要认真节制系统中人机界面的运行、逻辑运算、I/O与PID节制。硬件平台采纳的Exynos4412处置惩罚器拥有高机能的数据处置惩罚能力以及较为完整的硬件接口,为构建Linux嵌入式系统供给了优越的硬件根基。节制器硬件开拓平台的功能框图如图3所示,板载WIFI、3G模块、10M/100M自适应网卡、10.1寸触摸LCD、4路USB HOST等。

硬件平台支持从eMMC或SD卡启动,eMMC用于烧写系统镜像,是以节制器上电后默认从eMMC启动;而SD卡启动功能可与 USB OTG共同实现快速进级固件及系统软件。WIFI、WCDMA 3G、LAN等收集接口均用于不合环境下节制器与互联网的连接,为实现设备的远程节制、远程故障预警或报警、专家远程故障诊断等新型利用供给了硬件支持。

为了包管节制器能与测控板实现高速实时靠得住的通讯,本节制器两路RS485通讯电路设计均基于ADM2483。ADM2483是集成通讯隔离的RS485收发器件,最高通讯速度可达500kbps,在包管通讯速度与抗滋扰能力的条件下,避免了采纳光耦隔离设计需占用较大年夜PCB结构面积的环境。且ADM2483采纳了限摆率设计,把压摆率降节制在一个适当的水平,能低落不恰当的终端匹配与接头孕育发生的误码。而通讯模块的接口电路则采纳了限流限压的设计,如图5所示,稳压管D1、D2与自规复保险丝PTC1与PTC2对接口电路形成了一个有效的保护,前进了485通讯模块的电气靠得住性。

2.2 测控模块硬件设计

测控模块硬件框图如图6所示,以LPC1758为核心,认真设备运行数据的采集、I/O地址译码与I/O的节制;设备的相关温度、电流、电压、湿度、压力等参数颠末采集电路后,再经LPC1758进行数字滤波后,存储到FLASH中;节制器可经由过程RS485与LPC1758通讯,读取所需参数用于逻辑运算,运算后再将I/O节制敕令下达到LPC1758履行。I/O电路包括晶体管输出、继电器输出与特殊利用输出,如电子膨胀阀节制I/O、变频器节制I/O等。

此中滤波采样电路中采纳的Maxim的单通道24位ADC MAX11210。该ADC集成了模拟和参考输入缓冲放大年夜器,并供给四个GPIO口,可用于节制一个外部16通道模拟开关,令MAX11210有效地对16通道的模拟旌旗灯号进行采集,低落了LPC1758的I/O资本包袱。采样电路框图如图7所示。

着末,为了包管I/O电路的准确性与靠得住性,硬件电路中增添了I/O状态检测设计。对付输出点,I/O状态检测电路将输出状态天生对应的Output序列旌旗灯号,当节制器改变输出状态的敕令发送到LPC1758并履行后,输出点状态改变,LPC1758将改变后的Output序列旌旗灯号与节制器下发的输出敕令进行比较,以确保输出的准确性;而对付输入点,则临盆对应的Input序列旌旗灯号,当输入状态改变后,LPC1758经由过程对照实际的输入状态与Input序列旌旗灯号,可判断输入端电路是否发生差错。

3 、节制系统软件设计

为满意节制器多硬件接口、多软件法度榜样利用开拓、多文件操作、系统定制等要求,采纳Linux嵌入式操作系统,主要利用法度榜样有人机界面法度榜样、数据处置惩罚法度榜样、软PLC法度榜样,如图7所示。其中人机界面法度榜样是由Windows情况下运行的图形化软件经由过程图元、控件以及宏敕令组合天生,可经由过程USB导入到节制器以实现人机界面的更新。数据处置惩罚法度榜样主要认真设备工控记录、PID运算、设备状态监测等功能。软PLC法度榜样则是由德国Infoteam OpenPCS软件开拓,支持ST、IL、SFC、FBD、LD、CFC六种IEC说话,认真I/O逻辑运算。

因为测控模块不必要过多的利用法度榜样与图形界面,是以选择了相对Linux嵌入式操作系统机构要小巧的多的uC/OS-II。该系统功能富厚,涵盖了义务调整、义务治理、光阴治理、内存治理和义务间的通信和同步等功能[6]。主要利用法度榜样有数据采集法度榜样,I/O检测法度榜样,I/O节制法度榜样。全部I/O的节制流程如图9所示。若呈现I/O电路差错报警,用户可选择将设备断电重启或哀求技巧支持。

4、 停止语

本文设计的嵌入式情况试验设备节制系统,其节制器与测控模块均具有资源低、集成度高、精度高、可拓展性强等优点,可在必然程度上改良情况试验设备批量小、品种多等特征对设计与临盆造成的不良影响。且经由过程充分使用我公司临盆情况试验设备的上风,可赓续经由过程情况试验改良节制系统的靠得住性设计。该节制系统现已利用在我公司的标准化系列情况设备上,节制精度与稳定性均达到了海内先辈水平,且硬件设置设置设备摆设摆设富厚,具有优越的拓展能力。

责任编辑:gt

您可能还会对下面的文章感兴趣: