Valdymo sistema, kaip pagrindinis aplinkos bandymo įrangos komponentas, jos valdymo tikslumas tiesiogiai veikia įrangos atliekamo aplinkos bandymo tikslumą ir patikimumą. Šiuo metu aplinkos bandymo įrangos valdymo sistemos taikymas daugiausia skirstomas į bendrosios paskirties ir specializuotą. Viena iš bendrųjų -paskirties valdymo sistemų yra tradicinė žmogaus-mašinos sąsajos (HMI) ir programuojamo valdiklio (PLC) valdymo metodų derinys arba pramoninio kompiuterio konfigūravimo programinė įranga ir PLC valdymo metodų derinys; skirtas valdiklis reiškia skirtingos aplinkos bandymo įrangos, sukurtos specialiam valdikliui, valdymo charakteristikas. Buitinės specialios aplinkosaugos įrangos valdiklio laukas, palyginti su užsienio šalimis, yra gana tuščias, o tai taip pat lemia vietinės aplinkos bandymo įrangos tikslumas ir stabilumas, paprastai mažesnis už pagrindines užsienio aplinkosaugos įrangos priežastis, todėl specialių valdiklių, skirtų vidaus aplinkos bandymų įrangai kurti, kūrimas yra labai svarbus.
1 . Dizaino principas
Šiame dokumente aplinkos įrangos valdymo sistema daugiausia orientuota į temperatūros klasės aplinkos bandymo įrangą, tokią kaip aukštos temperatūros bandymo kamera, aukštos ir žemos temperatūros bandymo kamera, šalto ir šiluminio smūgio bandymo kamera, pastovios temperatūros ir drėgmės dėžė, drėgna ir karšta dėžė. Temperatūros klasės aplinkos bandymo įrangą paprastai sudaro pagrindinė dėžė, šildymo sistema, šaldymo sistema, vėjo cirkuliacijos sistema, pagrindinė valdymo sistema, kaip parodyta 1 paveiksle.
Pagrindiniai visos įrangos valdymo objektai yra: šaldymo kompresorius, elektroninis išsiplėtimo vožtuvas ir šalto išleidimo solenoidinio vožtuvo valdymas šaldymo sistemoje; išcentrinis vėjo cirkuliacijos sistemos ventiliatorius; šildymo sistema kietojo kūno relėje ir kintamosios srovės kontaktoriuje.
Pagrindiniai viso įrenginio matavimo parametrai yra: kompresoriaus išmetamųjų dujų temperatūra ir slėgis šaldymo sistemoje, kondensatoriaus išėjimo temperatūra, garintuvo įleidimo ir išleidimo temperatūra, kompresoriaus darbinė srovė ir įtampa; vėjo cirkuliacijos sistemos ventiliatoriaus temperatūra, darbinė srovė ir įtampa; šildymo sistemos elektrinio šildytuvo darbinė įtampa ir srovė; temperatūra ir drėgmė dėžutės viduje ir pan.
Aukščiau pateiktuose matavimo parametruose kai kurie parametrai ir įrangos valdymo procesas neturi tiesioginio ryšio, pvz., kompresoriaus ir ventiliatoriaus darbo įtampa ir srovė, ventiliatoriaus greitis ir vėjo greitis. Tačiau sparčiai tobulėjant šiuolaikiniam mokslui ir technologijoms bei pramoninėms informacinėms technologijoms, aviacijos, aviacijos, pramoninio pritaikymo ir kitose srityse įrangos ir sistemų patikimumo, saugos ir ekonominiai reikalavimai tampa vis aukštesni, todėl gedimų prognozavimas ir sveikatos valdymas (Prognostika ir sveikatos valdymas, PHM) pamažu tapo viena iš pagrindinių pramonės įrangos plėtros krypčių. Tačiau PHM sistema turi būti kuriama remiantis visapusišku įrangos eksploatavimo sąlygų stebėjimu ir bendrosios paskirties PLC valdymo sistemos naudojimu, per didelis parametrų gavimas reiškia PLC modulių padidėjimą, o tai ne tik padidina įrangos gamybos sąnaudas, bet ir padidina įrangos valdymo sistemos tūrį. Šiuo tikslu šiame darbe siūloma įterptoji{4}}pagrįsta valdymo sistema, naudojant įterptąsias sistemas, siekiant sukurti didelį laisvės laipsnį, mažą kainą, tikslinį, realiu laiku, aukšto lygio programos integravimą, visų įrangos veikimo parametrų stebėjimą; ir lengviau pasiekti sudėtingus algoritmus, pagerinti įrangos valdymo tikslumą ir stabilumą, pvz., neaiškios įrangos PID valdymo algoritmai, anti-impulsinio trukdžių filtravimo vidurkis, ribinis vidutinis filtravimas Skaitmeninio filtravimo algoritmai, pvz., anti-impulsinių trukdžių vidutinis filtravimas, ribinis vidurkio filtravimo metodas.
2. Valdymo sistemos techninės įrangos projektavimas
Valdymo sistema susideda iš valdiklio ir matavimo bei valdymo modulio; kuris matavimo ir valdymo modulis, įskaitant įvesties / išvesties modulį ir matavimo modulį, yra modulinės konstrukcijos, įrangos, reikalingos moduliniam padidinimui ar mažinimui, konfigūracija; ir valdiklį tik skirtingoms įrenginio konfigūracijoms, kad būtų atlikti atitinkami programinės įrangos nustatymai arba koregavimai. Tai ne tik maža{1}}įrangos veikimo parametrų įsigijimo kaina; bet ir siekiant pagerinti valdymo sistemos integraciją, sumažinti valdymo modulio dydį. Valdymo sistemos aparatūros sistema, parodyta 2 paveiksle, valdiklis matavimo moduliui gauti bus renkamas pagal mašinos parametrus, atsižvelgiant į įvesties / išvesties modulio įvesties / išvesties ir PID valdymo išvesties valdymo nustatymus.
Valdiklis ir įvesties / išvesties modulis, matavimo modulis, pagrįstas 485 sąsajos Modbus protokolo ryšiu. Kadangi „Modbus“ magistralė yra plačiai naudojama daugelyje sričių, pavyzdžiui, prietaisai, pažangūs aukštos ir žemos įtampos prietaisai, siųstuvai, programuojami valdikliai, HMI, keitikliai, lauko intelektualūs įrenginiai ir kt., todėl valdiklis ir įvesties / išvesties moduliai, matavimo moduliai turi didelį išplečiamumą ir galimybę tapti gaminiais atskirai.
2.1 Valdiklio techninės įrangos projektavimas
Įdėtasis valdiklis yra pagrįstas ARM Cortex-A9 keturių- branduolių mikroprocesorių aparatinės įrangos kūrimo platforma, daugiausia atsakingas už valdymo sistemą, susijusią su žmogaus-mašinos sąsajos veikimu, loginėmis operacijomis, įvesties / išvesties ir PID valdymu. Aparatinės įrangos platformoje naudojamas „Exynos4412“ procesorius turi didelio{6}}našumo duomenų apdorojimo galimybes ir išsamesnę aparatinės įrangos sąsają, kuri suteikia gerą aparatinės įrangos pagrindą kuriant „Linux“ įterptąsias sistemas. Valdiklio aparatinės įrangos kūrimo platformos funkcinė blokinė schema parodyta 3 paveiksle su integruotu WIFI, 3G moduliu, 10M/100M adaptyviąja tinklo plokšte, 10,1 colio jutikliniu LCD ekranu, 4 kanalų USB HOST ir pan.
Techninės įrangos platforma palaiko paleidimą iš eMMC arba SD kortelės. eMMC naudojamas sistemos atvaizdui įrašyti, todėl valdiklis įjungus maitinimą pagal numatytuosius nustatymus paleidžiamas nuo eMMC; SD kortelės paleidimo funkcija gali būti naudojama kartu su USB OTG, kad būtų galima greitai atnaujinti programinę-aparatinę įrangą ir sistemos programinę įrangą. Valdiklio prijungimui prie interneto įvairiais atvejais naudojamos wifi, wcdma 3g, lan ir kitos tinklo sąsajos, kurios gali būti naudojamos nuotoliniam valdymui, nuotoliniam įspėjimui apie gedimus ar signalizacijai, nuotolinio valdymo pultui, nuotoliniam įspėjimui apie gedimus ar signalizacijai, nuotolinio valdymo pultui, nuotoliniam įspėjimui apie gedimus ar aliarmui, nuotoliniam įspėjimui apie gedimus ar aliarmui, nuotoliniam įspėjimui apie gedimus arba aliarmui ir nuotolinio valdymo pultui. Valdiklio prijungimui prie interneto įvairiomis aplinkybėmis naudojamos WIFI, WCDMA 3G, LAN ir kitos tinklo sąsajos, teikiančios techninės įrangos palaikymą nuotoliniam įrangos valdymui, nuotoliniam įspėjimui apie gedimus ar aliarmui, ekspertiniam nuotoliniam trikčių šalinimui ir kitoms naujoms programoms.
Siekiant užtikrinti, kad valdiklis galėtų užtikrinti didelės -greitos-laiko patikimą ryšį su matavimo ir valdymo plokšte, valdiklio dviejų RS485 ryšio grandinių konstrukcija yra pagrįsta ADM2483. ADM2483 yra integruotas ryšio izoliavimo RS485 siųstuvas-imtuvas, turintis didžiausią ryšio spartą iki 500 kbps, siekiant užtikrinti, kad ryšio sparta ir gebėjimas atsispirti trukdžiams, jei nereikėtų naudoti opto-movos izoliacijos dizaino, turi užimti didesnį PCB išdėstymo plotą. Išdėstymo sritis. O ADM2483, naudojamas apriboti svyravimo greičio dizainą, slėgio svyravimo greičio kritimo valdymą atitinkamu lygiu, gali sumažinti netinkamą gnybtų suderinimą ir jungtis, kurias sukuria BER. Ryšio modulio sąsajos grandinė atitinka srovės ir įtampos ribojimo konstrukciją, kaip parodyta 5 paveiksle, įtampos reguliatorius D1, D2 ir savaiminio atkūrimo saugikliai PTC1 ir PTC2 prie sąsajos grandinės, kad būtų sukurta veiksminga apsauga ir pagerintas 485 ryšio modulio elektrinis patikimumas.
2.2 Matavimo ir valdymo modulio techninė konstrukcija
Matavimo ir valdymo modulio aparatinės įrangos blokinė schema parodyta 6 paveiksle, kur LPC1758 yra branduolys, atsakingas už įrenginio veikimo duomenų gavimą, I/O adresų dekodavimą ir I/O valdymą; atitinkamą temperatūrą, srovę, įtampą, drėgmę, slėgį ir kitus įrenginio parametrus per gavimo grandinę, o po to naudojant LPC1758 skaitmeninį filtravimą, saugomus FLASH; valdiklis gali susisiekti su LPC1758 per RS485, nuskaityti reikalingus parametrus loginėms operacijoms, o tada įvesties/išvesties valdymo komandas į LPC1758 vykdymą po operacijos; Įvesties / išvesties grandinės apima tranzistorių išėjimus, relės išėjimus ir įvesties / išvesties valdymo komandą LPC1758 vykdymui. Valdiklis gali susisiekti su LPC1758 per RS485, nuskaityti reikalingus parametrus loginiam veikimui, o po operacijos nusiųsti įvesties/išvesties valdymo komandas į LPC1758, kad jos būtų įvykdytos. Įvesties/išvesties grandinė apima tranzistoriaus išvestį, relės išvestį ir išvestį, skirtą specialioms reikmėms, pvz., elektroninio išsiplėtimo vožtuvo valdymo I/O, dažnio keitiklio valdymo I/O ir pan.
Filtro atrankos grandinėje naudojamas Maxim vieno{0}}kanalo 24 bitų ADC MAX11210, kuris integruoja analoginius ir etaloninius įvesties buferio stiprintuvus ir turi keturis GPIO prievadus, kurie gali būti naudojami valdyti išorinį 16 kanalų analoginį jungiklį, todėl MAX11210 efektyviai renka 16 kanalų LPC17O signalus ir sumažina naštą. išteklių. Atrankos grandinės blokinė schema parodyta 7 pav. Atrankos grandinės blokinė schema parodyta 7 pav.
Galiausiai, siekiant užtikrinti įvesties/išvesties grandinės tikslumą ir patikimumą, į aparatinės įrangos grandinę įtraukiama įvesties/išvesties būsenos aptikimo konstrukcija. Išvesties taškui įvesties/išvesties būsenos aptikimo grandinė generuoja atitinkamą Išėjimo sekos signalą iš išėjimo būsenos, o kai valdiklio komanda pakeisti išėjimo būseną siunčiama į LPC1758 ir įvykdoma, pakeičiama išvesties taško būsena, o LPC1758 lygina pakeistą Išvesties sekos signalą su valdiklio duodama išvesties komanda, kad užtikrintų išvesties tikslumą; tuo tarpu įvesties taškas sukuria pranešimą, kai pakeičiama įvesties būsena, LPC1758 lygina tikrąją įvesties būseną su įvesties sekos signalu, kad nustatytų, ar įvesties grandinėje nėra klaidų.
3. Valdymo sistemos programinės įrangos projektavimas
Kad atitiktų valdiklio kelių -aparatinės įrangos sąsają, kelių-programinės įrangos programų kūrimo, kelių-failų veikimo, sistemos tinkinimo ir kitus reikalavimus, „Linux“ įterptosios operacinės sistemos, pagrindinėje taikomosios programos programoje yra žmogaus-mašinos sąsajos programa, duomenų apdorojimo programa, minkštoji PLC programa, kaip parodyta 7 paveiksle. Tarp jų yra ir HMI programa. sugeneruota grafinės programinės įrangos, veikiančios Windows aplinkoje, derinant grafinius elementus, valdiklius ir makrokomandas, kurias galima importuoti į valdiklį per USB, kad būtų galima atnaujinti HMI. Duomenų apdorojimo programa daugiausia atsakinga už įrangos pramoninės kontrolės įrašą, PID veikimą, įrangos būsenos stebėjimą ir kitas funkcijas. Minkštąją PLC programą sukūrė Infoteam OpenPCS programinė įranga iš Vokietijos, kuri palaiko šešias IEC kalbas, būtent ST, IL, SFC, FBD, LD ir CFC, ir yra atsakinga už I/O loginį veikimą.
Kadangi matavimo ir valdymo moduliui nereikia per daug programų ir grafinių sąsajų, pasirenkama uC/OS-II, kuri yra daug mažesnė, palyginti su Linux įterptosios operacinės sistemos organizacija. sistemoje yra daug funkcijų, apimančių tokias funkcijas kaip užduočių planavimas, užduočių valdymas, laiko valdymas, atminties valdymas ir inter-užduočių bendravimas bei sinchronizavimas [6]. Pagrindinės programos yra duomenų gavimo programa, įvesties / išvesties aptikimo programa ir įvesties / išvesties valdymo programa. Visas įvesties / išvesties valdymo srautas parodytas 9 paveiksle. Jei yra įvesties / išvesties grandinės klaidos aliarmas, vartotojas gali pasirinkti išjungti maitinimą ir iš naujo paleisti įrenginį arba paprašyti techninės pagalbos.
4 Išvada
Šiame dokumente suprojektuota įterptoji aplinkos bandymo įrangos valdymo sistema, jos valdiklis ir matavimo bei valdymo modulis turi mažų sąnaudų, didelės integracijos, didelio tikslumo, išplečiamumo ir pan. pranašumus, kurie gali tam tikru mastu pagerinti aplinkos bandymo įrangos savybes, pvz., mažą partijos dydį ir daugybę neigiamo poveikio projektavimui ir gamybai. Visapusiškai išnaudodami mūsų įmonės aplinkosaugos bandymų įrangos gamybos pranašumus, galime nuolat gerinti valdymo sistemos konstrukcijos patikimumą atlikdami aplinkosaugos bandymus. Valdymo sistema dabar naudojama mūsų standartizuotoje aplinkosaugos įrangos serijoje, valdymo tikslumas ir stabilumas pasiekė pažangų vidaus lygį, o aparatinės įrangos konfigūracija yra turtinga ir gali gerai plėstis.