基于PROFIBUS-DP總線的數(shù)字電液比例控制器
基于PROFIBUS-DP工業(yè)現(xiàn)場總線的智能數(shù)字電液比例控制器的特點是:數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化。
1.系統(tǒng)硬件組成
數(shù)字電液比例控制器基本結構框圖如圖86所示。
(1)核心單元??刂破骱诵膯卧捎梦⑿究萍嫉腄SP-dsPIC6012A控制整個程序和實現(xiàn)閉環(huán)控制。處理器工作速度高達30MIPS,可以有效縮短閉環(huán)控制周期。內(nèi)部集成4K的EEPROM可以存放放大器的特殊數(shù)據(jù)(配置、參數(shù)、給定值選擇),處理器還集成了144KB的閃存程序存儲器以及8KB的數(shù)據(jù)存儲器。
(2)輸入量接口模塊??刂破鞯妮斎肓恐饕校簣?zhí)行元件的位置(或速度、轉速)信號、執(zhí)行元件的壓力信號、比例電磁鐵的電流采樣反饋信號等。數(shù)字式傳感器所輸出的數(shù)字量經(jīng)光電隔離處理后通過I/O輸入DSP。模擬量輸人信號經(jīng)過信號匹配電路轉化為0~5V的與dsPIC6012A的12位A/D口匹配的電壓后進行采樣。
(3)輸出量接口模塊。數(shù)字控制放大器帶有兩路驅動比例電磁鐵的輸出接口,用于控制比例閥電磁鐵。輸出控制信號采用PWM方式,使用dsHC6012A的輸出比較模塊實現(xiàn)。功率輸出電路原理圖如圖87所示。
(4)網(wǎng)絡接口模塊??刂破鲙в蠵ROFIBUS-DP總線的網(wǎng)絡接口以及RS485接口。隨著PROFIBUS現(xiàn)場總線的廣泛應用,開發(fā)具有PROFIBUS-DP總線接口的產(chǎn)品已是一種趨勢。采用PROFIBUS-DP技術的數(shù)字控制比例放大器可以實現(xiàn)在線參數(shù)設定、故障診斷、自動報警和故障在線排除等功能,同時,借助于PROFIBUS現(xiàn)場總線技術,實現(xiàn)車間級和廠級的網(wǎng)絡控制。
DP接口使用西門子的PROFIBUS-DP專用集成芯片SPC3。使用該協(xié)議芯片開發(fā)產(chǎn)品拋開了復雜的通信協(xié)議,只需要較少的軟件工作。PROFIBUS-DP接口電路包括兩部分:①DSP與SPC3的連接;②SPC3與D型9針接口的連接。DP接口采用RS485串行通信方式。RTS為SPC3的請求發(fā)送信號,連接到收發(fā)器的輸出使能端。RXD和TXD分別為串行接收和發(fā)送端。為提高抗干擾性接口部分在電氣上采取了隔離??偩€驅動芯片選用了TI公司的SN75ALSl76。RTS的光電隔離采用6Nl37。TXD和RXD通道電氣隔離采用HCPL7101。
(5)人機交互接口。人機接口液晶選用的是金鵬公司的OCMJ中文160×80的模塊。按鍵采用的是開關式按鍵。
2.系統(tǒng)軟件
系統(tǒng)使用模塊化編程,軟件可靠,通用性強且便于擴展與修改??刂栖浖傮w結構圖如圖88所示。
3.實驗
(1)控制性能試驗。將控制器用于如圖89所示的單通道位置控制液壓系統(tǒng)中進行試驗,測得控制器單軸伺服周期接近100μs,位置穩(wěn)態(tài)控制精度可達±0.05mm。系統(tǒng)在恒定負載條件下的響應曲線如圖90所示。穩(wěn)定時間約為200ms,幾乎沒有超調量。
(2) DP總線通信試驗。將控制器與西門子S7-300系列的CPU315-2DP組網(wǎng),設定CPU315-2DP的站地址為1,控制放大器的站地址為3。