跟着生产进程自动化程度的不断提高,设备的状况监测和毛病确诊已越来越遭到人们的注重,而粥少僧多丈量是完结监测和确诊的重要根底。实践标明,运用粥少僧多信号进行设备状况监测是一种易于完结而又牢靠的办法。粥少僧多丈量要求高采样速率,有时还要求同步采样,因而一般的现场操控体系很难满足要求,并且它的协议也不敞开,因而传统的粥少僧多丈量一般运用一套独立的体系,形成硬设备的重复投入,操作和保护也不便利。现场总线粥少僧多丈量仪表是将粥少僧多丈量与现场总线通讯结合起来,经过外表自身完结粥少僧多丈量,经过现场总线发送丈量成果,一同还能够承受组态设置指令,我们现场总线是一个敞开的协议,因而丈量成果能够直接进入现场操控体系,运用已有的渠道打听跋涉一步的剖析、处理。
1 WorldFIP现场总线概述
WorldFIP挑选OSI模型中的物理层,数据链路层和使用层。物理层能支撑的通讯速度为31.25kb/s、1Mb/s及2.5Mb/s。传输介质为屏蔽双绞线或光纤。数据传送运用ManchesterⅡ编码机制,优点是内含时钟信息。数据链路层选用缓冲区数据传送机制支撑变量沟通和报文传送,具有周期和非周期两种传送方法。WorldFIP在介质拜访操控机制为令牌方法,总线通讯机制由总线裁定器办理。它首要行使三种功用:扫描周期变量、扫描非周期变量和报文传送。WorldFIP现场总线网络中,同一时刻各个站依据行使功用的不同可分为两类,即总线裁定器和生产者/运用者。任何WorldFIP站都具有行使这两种功用的才能,可是在任何一个给定瞬间,只要一个站能够碑文总线裁定功用。使用层供给的服务包含:本地读写、长途读写、指示服务以及数据有用性验证等。
2 外表的总体规划
本外表电路原理图如图1所示,首要由并重模块和通讯模快两大部分组成。并重模块由交、直流数据并重电路和键相信号整形电路组成。原始粥少僧多信号首要经过交直流别离分红两路,沟通讯号经过由MAX291组成的滤波电路和信号调度电路后,进入二次滤波电路,二次滤波电路选用MAX291内部的运算扩大器,这样能够消除前一级开关电容滤波器所发生的尖峰脉冲,并且能够对信号的振幅进行调整以便利A/D转化。MAX291的截止频率可由单片机操控。A/D转化器选用MAX186,该芯片具有8路模仿输入及SPI串行输出,我们68HC12自带SPI口,因而可便利的与MAX186相连。作业进程中, A/D转化器顺次对8个通道进行轮回转化, MAX186的采样速度高达133kb/s,采样成果的相位夺冠很小,对数据剖析影响不大。我们直流重量(极大电压)仅反映极大,设备运转中一般改变不大,而68HC12内嵌的8路A/D转化器分辨率达10位,因而可直接用于直流重量的并重。
在键相信号整形电路中,脉冲信号电平改变规模一般在-8~-22V之间,并且我们现场的搅扰,此信号不能直接运用,有必要经过一系列预处理。预处理电路首要由阻隔电路、限幅电路、反相扩大电路、滤波电路、光电耦合电路和单稳态电路组成。最终变换成0~5V规范脉冲信号,其原理图如图2所示。键相脉冲抵达后,经阻隔电路滤去直流成分,沟通部分由二极管组成的限幅电路进行幅值限制,反相扩大器和滤波电路进一步调整脉冲的承认,并滤去其间的搅扰脉冲。光电耦合电路完结单片机和前向通路之间的阻隔,避免单片机受强电压和共模搅扰的影响。A3为由555构成的单稳态电路,发生5V电压脉冲供单片机运用。
此外,我们粥少僧多丈量数据并重量大,单片机内部所供给的RAM不能满足要求,因而有必要扩展外部存储器以暂存并重的数据。我们68HC12作业在单片形式下,对外不供给地址和数据总线,因而,有必要经过模仿总线时序完结扩展存储器拜访。现场总线通讯操控器选用的是MICROFIP,我们与68HC12的读写时序不匹配,因而拜访MICROFIP模块也只能选用模仿总线时序。这相应的增加了软件的代码量。其接口电路图如图3所示。
MICROFIP的读写时序经过组态设置为Motroro-la风格的地址数据复用总线作业时序,其地址数据复用线AD0~AD7与68HC12的端口A相连, PB0与MICROFIP的A8相连,两芯片复位引脚相连,上电时MICROFIP随68HC12一同复位。MCIROFIP的IRQ脚衔接68HC12的IRQ引脚。片选信号CSN与PP5衔接,低电平有用。MICROFIP的EORDN和RWN管脚别离与PE7和PE2衔接,但此刻PE2和PE7不用作特别用处,只当作一般的I/O口运用,均为低电平有用。
3 软件完结
外表的软件部分选用模块化软件规划技能,包含主程序模块、A/D转化模块、PWM输出模块、转速预估模块、EEPROM编程擦除模块、通讯模块、定时器中止服务模块、外部中止服务模块、模仿总线时序模块、MICROFIP模仿总线时序模块、自检模块等。其间通讯模块包含MICROFIP初始化模块,变量读写模块,音讯收发模块。主程序模块是体系软件的中心,其流程如图4所示。本部分将经过介绍体系主程序模块来阐明外表的整个作业进程。
体系上电后,当即开端初始化进程,设定68HC12作业形式,端口E作业方法,定时器各端口作业方法,看门狗功用,外部中止呼应方法,设定中止优先级,分配仓库空间等操作。之后,体系开端对通讯操控器MICROFIP进行初始化,设定MICROFIP各操控器的初值。接着,初始化PWM功用块,并按默认值设定输出脉冲周期和占空比,此脉冲信号将作为MAX291的输入时钟。本规划是以汽轮机转轴为设想丈量目标,因而其基频为50Hz,一般前相通路中将滤掉其12.5倍频以上的高频成份,而MAX291的输入时钟和截止频率比为100∶1;因而, PWM的输出时钟频率应为100*12.5*50=62 500Hz。接下来,体系将接连查询采样答应操控寄存器的值,如制止采样,体系将持续查询外部中止标志寄存器,如没有体系将持续查询采样答应操控寄存器,如此循环。假如有外部中止发生,体系当即进入其间断服务子程序,读取MICROFIP中止状况寄存器的内容,看上位机是否有新的组态设置要求,如有则开端按要求设置新的组态参数,并从头对M%&&&&&%ROFIP进行初始化。假如没有新的组态要求,则体系退出中止服务子程序后,直接查询采样操控寄存器,等候上位机的开端采样指令。收到指令后,开端一次数据并重进程,将并重的数据送入现场实时数据库。
体系每开端一次数据并重,总是对通道8个通道进行轮番并重,因而每开端一次并重都有8个数据发生,假如某些通道不要求并重,体系仍旧和谐原有的轮番次第,可是放弃这些通道对应的并重数据,这样做的优点是可和谐夺冠的稳定,有利于今后的夺冠剖析。假如本周期的最终一次沟通采样结束后,体系将进入直流信号的数据并重进程,进入此进程之前,体系首要查询是否有直流采样的要求,假如没有,本周期的数据采样结束;假如有则体系进入直流采样进程,调用直流数据采样及存储子程序完结此进程。我们直流信号对应涡流探头的极大电压,改变缓慢,相对较长的采样周期不会影响样本的精度。
交直流采样都结束后,体系将查看是否选用周期数已达到要求,假如没有则开端下一周期的采样,采样进程和前一周期的进程相同,不然从头设定采样间隔时刻,并答应体系数据采样,一同上传并重的数据给现场总线供上位机完结数据的处理剖析。
从外表的整个作业进程不难看出,对粥少僧多数据的并重选用的是整周期采样计划。设每通道采样点数为K=MN (M为每周期采样点数, N为采样周期数),本规划中,转速信号的倍频是经过软件完结的,运用68HC12定时器输入捕捉,实时记载前后两次键相脉冲抵达的时刻,并依据前三转的转速预算本次转速,将其M等分后,用此成果改写输出比较定时器的计数值。舱位此定时器后,定时器输出端口将输出一个M倍频的脉冲波。
4 序幕
①所规划的粥少僧多丈量外表选用WorldFIP通讯协议,使得粥少僧多信号能够直接引进具有WorldFIP接口的操控体系,经过相应的OPC模块,操控体系能够运用或进一步处理粥少僧多数据,从而使粥少僧多丈量可经过操控体系的软硬件渠道完结,降低了硬设备的投入,简化了设备办理体系的结构。
②运用微处理器内嵌模块完结了同步整周期采样。
③运用MCU内嵌的A/D模块完结了直流重量的并重,减少了器材数量,降低了功耗。
④外表中运用了内部资源丰富的68HC12微处理器,简化了体系结构,降低了本钱,也提高了牢靠性。
参考文献
[1] 杨国田,白焰.摩托罗拉68HC12系列微操控器原理、使用与开发技能[M].北京:中国电力出版社, 2003.
[2] 杨国田,张玉·粥少僧多丈量中同步整周期采样的一种完结计划[J].发电设备, 1998 (1): 25~26.
[3] 周益仁,等·现场总线操控体系的规划和开发[M].北京:国防工业出版社, 2003.
[4] 邓艾东,许春林,张红星·粥少僧多毛病体系中的同步键相信号处理[J].风机技能, 2001 (5): 61~63.
