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基于微控制器TMS320F2812和CAN收发器实现新型执行器

小序

履行器有气动、液动、电动三类,气动必要气源且难以进行远程节制,液动必要液压调节系统,在办理了防爆和马达保护问题后,电动履行器获得了越来越广泛的利用。电动履行器接管来自调节器的模拟旌旗灯号(一样平常是4~20mA的电流旌旗灯号)或上位机的数字旌旗灯号,将其转换为电动履行器相对应的机器位移(转角、直线或多转)并自动改变操作变量(调节阀、风门、挡板开度等),以达到对被调参数(温度、压力、流量、液位等)进行自动调节的目的,使临盆历程按预定要求进行。

电动履行器是自动节制系统紧张的终端设备,它对全部节制系统的安然运行、靠得住性及调节品德的好坏都有很大年夜的影响。今朝海内临盆的电动履行器大年夜多由模拟器件节制,存在的问题有:①精度差;②保护步伐应用继电器和机器装配,靠得住性差;③大年夜多半电动履行器只能接管模拟旌旗灯号(4~20mA、1~5V),不能与谋略机进行通信;④系统集成度低、掩护艰苦。这就使得现有的电动履行器不便于调试和掩护,也不能根据临盆的实际必要进行参数的现场调剂,不便于实现数字化的散播式节制。

新型智能电动履行器使用微机和现场总线通信技巧将伺服放大年夜器与履行机构合为一体,具有双向通信、在线自动标定、自校对与自诊断等多种节制技巧要求的功能。可进行现场操作或远程操作,完成手动操作及手动/自动之间无扰动切换。可以说,智能化己经成为电动履行器成长的趋势。

1、 节制器选择

今朝采纳的8位或16位微节制器的智能节制设备、仪器仪表仅可完成简单、低速的数据传输,不能满意工业现场的实时性和靠得住性要求,分外连接哀求较多或节制义务较繁杂时,实时性较差。是以,本文选用功能更强的32位微节制器,运行基于特殊利用的嵌入式实时操作系统进行合理的义务调整,满意工业现场对实时性和靠得住性的要求。这里选用了TI公司的带有CAN接口的32位嵌入衰落节制器TMS320F2812。

TMS320F2812是TI公司新推出的一款32位定点高速DSP芯片,采纳8级指令流水线,单周期32×32位MAC功能,每秒钟最高可履行1150亿条指令(150MIPS),包管了节制和旌旗灯号处置惩罚的快速性和实时性。别的TMS320F2812片上还集成了富厚的外部资本,包括16路12位ADC、16路PWM输出、3个32位通用准时器、128kB的16位Flash存贮器、18 kB RAM存贮器外围中断扩展模块(PIE)可支持45个外围中断、并具有McBSP、SPI、SCI和扩展的CAN总线等接口。TMS320F2812还支持最大年夜1MB的外部存贮器扩展,TMS320F2812的开拓平台支持C/C++编程说话。其C说话优化器的C编译效率可达90%,还有虚拟浮点数学函数库供给支持,可以大年夜大年夜地缩短数学运算与节制法度榜样的开拓周期。TMS320F2812异常适用于电机节制、电源设计、智能传感器设计等利用领域。

在对履行电机进行状态监测与故障诊断时,首先要对各传感器的旌旗灯号进行采集。CAN总线具有靠得住性强、链路简单、支持优先级处置惩罚等优点。是以,我们选择了基于CAN总线的主/从散播式的丈量要领,并开拓了基于TMS320F2812的智能CAN节点。它具有10路模拟量输入、4路数字量输入,不仅可以根据中间处置惩罚主机的敕令进行数据采集还可以实现阈值报警、数字滤波、FFT变换等功能,而且可以大年夜大年夜减轻中间处置惩罚主机的运算负荷。电动履行器节制系统硬件主要由DSP、CAN总线接口节制器、开关磁阻电念头、检测装配、驱动电路等部分组成,系统功能框图如图1所示。

2、 驱动电机简介

新型电动履行器的驱动电机采纳开关磁阻电机SRM(switched reluctance motor),它具有布局简单、启动电流低、输出转矩大年夜、定位精度高、无惰走和自刹车等特征。改变了传统电动履行器的体系布局和毛病,同时,增设了CAN总线和RS-485通信接口,使之成为现场总线节制系统中的一个节点,具有运算、节制、通信等功能。新型电动履行器在功能上、靠得住性和性价比上都有大年夜幅度前进,可广泛利用于电力、煤油、化工、冶金、交通和机器等行业。

3 、CAN通信模块设计

CAN(controller area network)总线是一种先辈的串行通信协议,它有效支持散播式节制及实时节制,并采纳了带优先级的CSMA/CD协议对总线进行仲裁,允许多站点同时发送。既包管了信息处置惩罚的实时性,又使得CAN总线收集可以构成多主布局的系统,包管了系统的靠得住性。CAN采纳短帧布局,且每帧信息都有校验及其它检错步伐,包管了数据的高实时性、低传输掉足率,具有很高的位速度和高抗电磁滋扰性,而且能够检测出孕育发生的任何差错。当旌旗灯号传输间隔达到10km时,CAN Bus仍可供给高达5kbps的数据传输速度。TMS320F2812中的eCAN节制器集成CAN总线的物理层和数据链路层,支持CAN总线的210A与210B规范。CAN总线靠得住的差错检测与处置惩罚功能都是由节制器的链路层自动完成,其最大年夜优点便是有32个可以逐位樊篱,并带有超时监视和传送动态优先级的邮箱。这32个邮箱共有512个字节的存储空间来寄放要发送或接管到的数据。eCAN本身与SCC模式相兼容,并且增添了低功率模式,设置MC寄存器中的WUBA位,可实现模块会自动退出低功率模式和事情模式的切换。

本设计选用TI公司的CAN收发器SN65HVD230和TMS320F2812直接连接便可接入CAN总线收集,该收发器事情电压为3.3V,节点上电位移对总线上的其它节点没有影响,在电噪声很大年夜的情况中能靠得住地实现与上位机和其它收集节点通信。CAN通信接口电路如图2所示。

在CAN模块驱动法度榜样的软件设计时通信协议遵照DeviceNet规约,使之具有优越的模块性和移植性,经由过程软件对CAN模块进行参数设置设置设备摆设摆设,即可实现利用系统的“即插即用”功能。CAN的驱动法度榜样分为硬件抽象层、功能函数层和利用法度榜样接口层三个层次。硬件抽象层文件CANREGH定义了各CAN节制器寄存器数据款式及读写造访的措施。功能函数层文件CANFUNC.C和CANFUYNC.H包括CAN节制器各类节制功能的实现函数和CAN总线非常中断处置惩罚函数,该层的函数使用硬件抽象层中对寄存器操作的接口来造访CAN节制器,来实现各类CAN节制器能供给的功能。利用法度榜样接口层的文件有CANAPP.H和CANAPP.C,供用户实现现场通信,包括如下历程:

① 初始化CAN节制器。包括使能CAN模块、模块时钟设置、设置设置设备摆设摆设CAN管脚、初始化CANMC寄存器、清除中断标志位、CAN节制器的事情要领、总线波特率、验收过滤器等,以便让CAN节制器的各个功能与实际的事情切合。

② 发送和接管数据。欲发送和接管的报文按照必然的协议打包或解析,在用户通信敕令节制下进行CAN信息帧的发送和接管。通信参数的设置由简单的节制敕令实现,最高可达300fps的数据传输速度。CAN收集上的节点信息可分成不合的优先级,按不合报文的实时性要求,在随意率性时候主动地把本节点检测和谋略好的各电能质量参数,向CAN收集上随意率性其它节点和上位机发送信息,以供阐发、存储、显示及打印。也可接管上位机发送的包孕有基础节制敕令的信息,使转换器与本节点标志符相匹配的报文进行收集通信,来对本节点状态信息进行高速检测和运行节制。

4 、电动履行器主法度榜样设计

主法度榜样主要完成系统的初始化、初始状态的判断以及起动、运行子法度榜样的调用。初始化包括TMS320LF2812内部各寄存器及变量的初始化,事故治理器和通信显示模块及中毕敕令初始化,QEP中断触发要领,禁止整个中断,并关闭所有的相输出旌旗灯号等。根据接管的指令确定系统的运行模式、掩护系统正常运行、通信和显示等事情,其流程如图3所示。

5 、停止语

当智能履行器与现场总线连接时,智能履行器就成为了现场总线节制系统中的一块现场仪表,这时它不仅具有履行器的功能,而且还具有节制、运算和通信等功能,同时可以实现收集化治理。这类总线型智能履行用具有靠得住性高、应用方便、通信功能强、诊断保护功能完善、适应性广泛等优点。跟着现场总线技巧利用的深入,将给总线型智能履行器带来广阔的成长前景。基于DSP节制的CAN总线电动履行器,采纳开关磁阻电念头作为伺服电机,以DSP为节制器,简化了硬件电路设计,前进了运算速率;设履行器集运算、节制、通信等功能于一体,实现了机电一体化布局;具有高度的智能化和高精度的系统节制功能以及先辈的自身保护和系统保护功能,前进了节制的靠得住性。

责任编辑:gt

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