El sistema de control com el component més bàsic de l'equip de prova ambiental, la seva precisió de control afecta directament la precisió i la credibilitat de la prova ambiental realitzada per l'equip. En l'actualitat, l'aplicació del sistema de control d'equips de prova ambiental es divideix principalment en tipus-de propòsit general i tipus especialitzat. Un dels sistemes de control de propòsit general-es refereix a la combinació tradicional de mètodes de control d'interfície humana-màquina (HMI) i controlador programable (PLC), o a la combinació de mètodes de control de programari de configuració de PC industrial i PLC; El controlador dedicat es refereix a les característiques de control de diferents equips de prova ambiental desenvolupats per al controlador especial. El camp del controlador d'equips ambientals especials nacionals en relació amb països estrangers està relativament en blanc, cosa que també és causada per la precisió i l'estabilitat de l'equip de prova ambiental nacional és generalment inferior a les principals raons per a l'equip ambiental estranger, de manera que el desenvolupament de controladors especials per al desenvolupament d'equips de prova ambiental nacional té una importància considerable.
1 . Principi de disseny
En aquest article, el sistema de control d'equips ambientals s'orienta principalment a l'equip de prova ambiental de classe de temperatura, com ara cambra de prova d'alta temperatura, cambra de prova d'alta i baixa temperatura, cambra de prova de xoc fred i tèrmic, caixa de temperatura i humitat constant, caixa humida i calenta. I els equips de prova ambiental de classe de temperatura solen consistir en la caixa principal, el sistema de calefacció, el sistema de refrigeració, el sistema de circulació del vent, el sistema de control principal, tal com es mostra a la figura 1.
Els principals objectes de control de tot l'equip inclouen: compressor de refrigeració, vàlvula d'expansió electrònica i control de la vàlvula de solenoide de descàrrega en fred al sistema de refrigeració; ventilador centrífug del sistema de circulació del vent; sistema de calefacció en el relé d'estat sòlid i el contactor de CA.
Els principals paràmetres de mesura de tot el dispositiu inclouen: la temperatura i la pressió del gas d'escapament del compressor al sistema de refrigeració, temperatura de sortida del condensador, temperatura d'entrada i sortida de l'evaporador, corrent i tensió de funcionament del compressor; temperatura del ventilador del sistema de circulació del vent, corrent i tensió de funcionament; sistema de calefacció a la tensió i corrent de funcionament de l'escalfador elèctric; temperatura i humitat dins de la caixa, etc.
En els paràmetres de mesura anteriors, alguns dels paràmetres i el procés de control de l'equip no tenen una relació directa, com ara la tensió i corrent de funcionament del compressor i del ventilador, la velocitat del ventilador i la velocitat del vent. Tanmateix, amb el ràpid desenvolupament de la ciència i la tecnologia modernes i la tecnologia de la informació industrial, en aeroespacial, aviació, aplicacions industrials i altres àrees d'equips i sistemes de fiabilitat, seguretat i requisits econòmics són cada cop més alts, de manera que la predicció de fallades i la gestió de la salut (Prognostics and Health Management, PHM) s'ha convertit gradualment en una de les principals direccions de desenvolupament d'equips industrials. Tanmateix, el sistema PHM s'ha de construir sobre la base d'un seguiment exhaustiu de les condicions de funcionament de l'equip i de l'ús d'un sistema de control PLC d'ús general-, una adquisició excessiva de paràmetres significa l'augment dels mòduls PLC, que no només millora el cost de fabricació de l'equip, sinó que també fa que el volum del sistema de control de l'equip s'infla. Amb aquesta finalitat, aquest treball proposa un sistema de control-basat encastat, mitjançant l'ús de sistemes encastats per desenvolupar un alt grau de llibertat, baix cost, dirigit, en temps real-, alt grau d'integració del programa, la realització de la monitorització de tots els paràmetres de funcionament de l'equip; i més fàcil d'aconseguir algorismes complexos, per millorar la precisió i l'estabilitat del control de l'equip, com ara algorismes de control PID difusos de l'equip, la mitjana del filtratge d'interferències anti-impulsos, el filtrat mitjà limitant Algoritmes de filtratge digital com el mètode de filtratge mitjà d'interferències anti-impulsos, limitació.
2. Disseny de maquinari del sistema de control
El sistema de control consta d'un controlador i un mòdul de mesura i control; quin mòdul de mesura i control, inclòs el mòdul d'E / S i el mòdul de mesura, són de disseny modular, la configuració de l'equip necessari per a l'augment o disminució modular; i el controlador només per a diferents configuracions del dispositiu per fer els paràmetres o ajustos de programari adequats. Això no només-adquisició de paràmetres de funcionament de l'equip a baix cost; però també per millorar la integració del sistema de control, reduir la mida del mòdul de control. El marc de maquinari del sistema de control que es mostra a la figura 2, el controlador per obtenir el mòdul de mesura es recopilarà pels paràmetres de la màquina, segons la configuració de control del mòdul d'E/S per a la sortida de control d'E/S i PID.
Controlador i mòdul d'E/S, mòdul de mesura basat en la interfície 485 de comunicació del protocol Modbus. Com que el bus Modbus s'utilitza àmpliament en molts camps com ara instrumentació, aparells intel·ligents d'alta i baixa tensió, transmissors, controladors programables, HMI, inversors, dispositius intel·ligents de camp, etc., fa que el controlador i els mòduls d'E/S, els mòduls de mesura tinguin una gran expansió i la possibilitat de convertir-se en productes de manera independent.
2.1 Disseny de maquinari del controlador
El controlador incrustat es basa en la plataforma de desenvolupament de maquinari de microprocessador ARM Cortex-A9 de quatre nuclis-, és principalment responsable del sistema de control en el funcionament de la interfície humana-màquina, operacions lògiques, control d'E/S i PID. El processador Exynos4412 que s'utilitza a la plataforma de maquinari té capacitats de processament de dades d'alt-rendiment i una interfície de maquinari més completa, que proporciona una bona base de maquinari per crear sistemes integrats Linux. El diagrama de blocs funcionals de la plataforma de desenvolupament de maquinari del controlador es mostra a la figura 3, amb -WIFI incorporat, mòdul 3G, targeta de xarxa adaptativa 10M/100M, LCD tàctil de 10,1 polzades, HOST USB de 4 canals, etc.
La plataforma de maquinari admet l'inici des de la targeta eMMC o SD. eMMC s'utilitza per gravar la imatge del sistema, de manera que el controlador s'inicia des de l'eMMC per defecte després de l'encesa; mentre que la funció d'inici de la targeta SD es pot utilitzar amb USB OTG per actualitzar ràpidament el firmware i el programari del sistema. wifi, wcdma 3g, lan i altres interfícies de xarxa s'utilitzen per connectar el controlador a Internet en diferents casos, que es poden utilitzar per a control remot, advertència o alarma remota d'error, comandament remot, advertència o alarma remota d'error, control remot, advertència o alarma remota d'error, advertència o alarma remota d'error, advertència o alarma remota i control remot. WIFI, WCDMA 3G, LAN i altres interfícies de xarxa s'utilitzen per connectar el controlador a Internet en diferents circumstàncies, proporcionant suport de maquinari per a la realització del control remot d'equips, advertència o alarma remota d'errors, resolució de problemes remota experta i altres aplicacions noves.
Per tal de garantir que el controlador pugui realitzar una comunicació fiable en temps real{0}}d'alta{0}}velocitat- amb la placa de mesura i control, el disseny del circuit de comunicació RS485 del controlador es basa en l'ADM2483. ADM2483 és un dispositiu transceptor RS485 d'aïllament de comunicacions integrat, la velocitat de comunicació més alta de fins a 500 kbps, per tal de garantir que la velocitat de comunicació i la capacitat de resistir interferències sota la premissa d'evitar l'ús d'aïllament d'acoblament opto-ocupin una àrea de disseny de PCB més gran. Zona de maquetació. I l'ADM2483 s'utilitza per limitar el disseny de la velocitat d'oscil·lació, el control de la caiguda de la velocitat d'oscil·lació de pressió a un nivell adequat, pot reduir la concordança de terminals i els connectors inadequats generats pel BER. El circuit d'interfície del mòdul de comunicació adopta el disseny de limitació de corrent i tensió, tal com es mostra a la figura 5, el regulador de tensió D1, D2 i els fusibles d'auto{15}}recuperació PTC1 i PTC2 al circuit d'interfície per formar una protecció eficaç per millorar la fiabilitat elèctrica del mòdul de comunicació 485.
2.2 Disseny maquinari del mòdul de mesura i control
El diagrama de blocs de maquinari del mòdul de mesura i control es mostra a la figura 6, amb LPC1758 com a nucli, responsable de l'adquisició de dades de funcionament del dispositiu, descodificació d'adreces d'E/S i control d'E/S; la temperatura, el corrent, la tensió, la humitat, la pressió i altres paràmetres rellevants del dispositiu a través del circuit d'adquisició, i després pel filtratge digital LPC1758, emmagatzemats al FLASH; el controlador pot comunicar-se amb el LPC1758 a través de RS485, llegir els paràmetres necessaris per a les operacions lògiques i, a continuació, les ordres de control d'E/S a l'execució de LPC1758 després de l'operació; Els circuits d'E/S inclouen sortides de transistors, sortides de relé i després l'ordre de control d'E/S a l'execució de LPC1758. El controlador pot comunicar-se amb LPC1758 a través de RS485, llegir els paràmetres necessaris per al funcionament lògic i, a continuació, enviar les ordres de control d'E/S a LPC1758 per executar-les després de l'operació. El circuit d'E/S inclou sortida de transistor, sortida de relé i sortida per a aplicacions especials, com ara E/S de control de vàlvula d'expansió electrònica, E/S de control de convertidor de freqüència, etc.
El circuit de mostreig del filtre utilitza l'ADC MAX11210 de 24 bits de -canal únic de Maxim, que integra amplificadors de memòria intermèdia d'entrada analògica i de referència i proporciona quatre ports GPIO que es poden utilitzar per controlar un commutador analògic extern de 16 canals, cosa que fa que el MAX11210 reculli de manera eficient els senyals analògics de 16 canals i redueixi els recursos de L'OPC. El diagrama de blocs del circuit de mostreig es mostra a la figura 7. El diagrama de blocs del circuit de mostreig es mostra a la figura 7.
Finalment, per garantir la precisió i la fiabilitat del circuit d'E/S, s'afegeix el disseny de detecció d'estat d'E/S al circuit de maquinari. Per al punt de sortida, el circuit de detecció d'estat d'E/S genera el senyal de seqüència de sortida corresponent des de l'estat de sortida, i quan l'ordre del controlador per canviar l'estat de sortida s'envia al LPC1758 i s'executa, l'estat del punt de sortida es canvia i el LPC1758 compara el senyal de seqüència de sortida canviat amb l'ordre de sortida emès pel controlador per garantir la precisió de la sortida; mentre que, per al punt d'entrada, produeix el Quan es canvia l'estat d'entrada, LPC1758 compara l'estat d'entrada real amb el senyal de seqüència d'entrada per determinar si el circuit d'entrada està en error.
3. Disseny de programari del sistema de control
Per tal de complir la interfície de maquinari multi-controlador, el desenvolupament d'aplicacions de programa de programari multi{-, l'operació de fitxers multi-, la personalització del sistema i altres requisits, el sistema operatiu incrustat Linux, el programa d'aplicació principal té un programa d'interfície humà-, programa de processament de dades, programa PLC suau, com es mostra a la figura 7. Entre ells, l'HMI El programa és generat pel programari gràfic que s'executa sota l'entorn Windows mitjançant la combinació d'elements gràfics, controls i ordres macro, que es poden importar al controlador mitjançant USB per realitzar l'actualització de l'HMI. El programa de processament de dades és principalment responsable del registre de control industrial de l'equip, el funcionament del PID, el control de l'estat de l'equip i altres funcions. El programa PLC suau està desenvolupat pel programari Infoteam OpenPCS d'Alemanya, que admet sis idiomes IEC, és a dir, ST, IL, SFC, FBD, LD i CFC, i és responsable de l'operació lògica d'E/S.
Com que el mòdul de mesura i control no necessita massa aplicacions i interfícies gràfiques, es tria uC/OS-II, que és molt més petit en relació amb l'organització del sistema operatiu incrustat Linux. el sistema és ric en -funcions i cobreix funcions com ara la programació de tasques, la gestió de tasques, la gestió del temps, la gestió de la memòria i la comunicació i sincronització entre tasques [6]. Les principals aplicacions són el programa d'adquisició de dades, el programa de detecció d'E/S i el programa de control d'E/S. Tot el flux de control d'E/S es mostra a la figura 9. Si hi ha una alarma d'error del circuit d'E/S, l'usuari pot optar per apagar i reiniciar el dispositiu o sol·licitar suport tècnic.
4 Conclusió
El sistema de control d'equips de prova ambiental incrustat dissenyat en aquest document, el seu controlador i mòdul de mesura i control tenen els avantatges de baix cost, alta integració, alta precisió, expansió, etc., que poden millorar fins a cert punt les característiques dels equips de prova ambiental, com ara la mida del lot petit i moltes varietats d'efectes adversos en el disseny i la producció. I utilitzant plenament els avantatges de la producció d'equips de prova ambiental de la nostra empresa, podem millorar contínuament la fiabilitat del disseny del sistema de control mitjançant proves ambientals. El sistema de control s'utilitza ara a la nostra sèrie estandarditzada d'equips ambientals, la precisió i l'estabilitat del control han assolit el nivell avançat domèstic i la configuració del maquinari és rica, amb una bona capacitat d'expansió.