Řídicí systém jako nejzákladnější součást zařízení pro testování prostředí, jeho přesnost ovládání přímo ovlivňuje přesnost a důvěryhodnost testu prostředí prováděného zařízením. V současné době se aplikace řídicího systému environmentálních testovacích zařízení dělí především na obecné-účelové a specializované typy. Jeden z obecných-systémů řízení se týká tradiční kombinace řídicích metod rozhraní člověk{4}}stroje (HMI) a programovatelného regulátoru (PLC) nebo kombinace řídicích metod průmyslového PC a PLC; vyhrazený regulátor odkazuje na regulační charakteristiky různých zařízení pro testování prostředí vyvinutých pro speciální regulátor. Pole domácích ovladačů speciálních ekologických zařízení ve vztahu k zahraničí je relativně prázdné, což je také způsobeno přesností a stabilitou domácího zařízení pro environmentální testování, které je obecně horší než hlavní důvody pro zahraniční zařízení pro ochranu životního prostředí, takže vývoj speciálních ovladačů pro vývoj domácího zařízení pro testování životního prostředí má značný význam.
1 . Princip návrhu
V tomto dokumentu je systém řízení zařízení pro životní prostředí orientován hlavně na zařízení pro testování prostředí s teplotní třídou, jako je vysokoteplotní zkušební komora, zkušební komora s vysokou a nízkou teplotou, zkušební komora za studena a tepelný šok, skříň s konstantní teplotou a vlhkostí, vlhká a horká skříň. A zařízení pro testování prostředí teplotní třídy se obvykle skládá z hlavní skříně, topného systému, chladicího systému, systému cirkulace větru, hlavního řídicího systému, jak je znázorněno na obrázku 1.
Mezi hlavní řídicí objekty celého zařízení patří: chladicí kompresor, elektronický expanzní ventil a ovládání elektromagnetického ventilu výtlaku chladu v chladicím systému; odstředivý ventilátor systému cirkulace větru; topný systém v polovodičovém relé a AC stykač.
Mezi hlavní parametry měření celého zařízení patří: teplota a tlak výfukových plynů kompresoru v chladicím systému, výstupní teplota kondenzátoru, vstupní a výstupní teplota výparníku, provozní proud a napětí kompresoru; teplota ventilátoru systému cirkulace větru, provozní proud a napětí; topný systém v elektrickém ohřívači provozní napětí a proud; teplota a vlhkost uvnitř krabice a tak dále.
Ve výše uvedených parametrech měření nemají některé parametry a řídicí proces zařízení přímý vztah, jako je provozní napětí a proud kompresoru a ventilátoru, rychlost ventilátoru a rychlost větru. S rychlým rozvojem moderní vědy a techniky a průmyslových informačních technologií jsou však v letectví, letectví, průmyslových aplikacích a dalších oblastech zařízení a systémů na spolehlivost, bezpečnost a ekonomické požadavky stále vyšší, což vede k tomu, že se predikce poruch a management zdraví (Prognostika a management zdraví, PHM) postupně staly jedním z hlavních směrů vývoje průmyslových zařízení. Systém PHM je však potřeba budovat na základě komplexního sledování provozních podmínek zařízení a použití obecného-řídícího systému PLC, přílišné získávání parametrů znamená nárůst počtu PLC modulů, což nejen zvyšuje výrobní náklady zařízení, ale také zvětšuje objem řídicího systému zařízení. Za tímto účelem tento dokument navrhuje vestavěný-řídící systém založený na použití vestavěných systémů k vývoji vysokého stupně volnosti, nízkých nákladů, cíleného,{5}}reálného času, vysokého stupně integrace programu, realizace sledování všech provozních parametrů zařízení; a snadněji dosáhnout složitých algoritmů, zlepšit přesnost a stabilitu řízení zařízení, jako jsou fuzzy PID řídicí algoritmy zařízení, průměr filtrování proti-impulznímu rušení, filtrování s limitujícím průměrem Algoritmy digitálního filtrování, jako je filtrování průměru proti-impulsnímu rušení, metoda limitního průměru filtrování.
2. Návrh hardwaru řídicího systému
Řídicí systém se skládá z regulátoru a modulu měření a regulace; které měřicí a řídicí modul včetně I/O modulu a měřicího modulu jsou modulární konstrukce, konfigurace zařízení potřebná pro modulární zvýšení nebo snížení; a ovladač pouze pro různé konfigurace zařízení k provedení příslušných softwarových nastavení nebo úprav. Toto nejen nízké-náklady na pořízení provozních parametrů zařízení; ale také zlepšit integraci řídicího systému, zmenšit velikost řídicího modulu. Hardwarový rámec řídicího systému znázorněný na obrázku 2, regulátor pro získání měřicího modulu bude shromažďován parametry stroje podle nastavení řízení na I/O modulu pro I/O a výstup řízení PID.
Řídicí a I/O modul, měřicí modul založený na komunikaci protokolu Modbus rozhraní 485. Protože je sběrnice Modbus široce používána v mnoha oblastech, jako je přístrojové vybavení, inteligentní vysokonapěťové a nízkonapěťové spotřebiče, vysílače, programovatelné regulátory, HMI, invertory, polní inteligentní zařízení atd., díky tomu mají regulátor a I/O moduly, měřicí moduly velkou rozšiřitelnost a možnost stát se nezávislými produkty.
2.1 Návrh hardwaru ovladače
Vestavěný řadič je založen na hardwarové vývojové platformě mikroprocesoru ARM Cortex-A9 quad{2}}, je zodpovědný hlavně za řídicí systém provozu rozhraní člověk-stroj, logické operace, I/O a řízení PID. Procesor Exynos4412 používaný v hardwarové platformě má vysoce výkonné{6}}možnosti zpracování dat a kompletnější hardwarové rozhraní, které poskytuje dobrý hardwarový základ pro vytváření vestavěných systémů Linux. Funkční blokové schéma platformy pro vývoj hardwaru řadiče je znázorněno na obrázku 3 s-zabudovanou WIFI, 3G modulem, 10M/100M adaptivní síťovou kartou, 10,1palcovým dotykovým LCD, 4kanálovým USB HOST a tak dále.
Hardwarová platforma podporuje spouštění z eMMC nebo SD karty. eMMC se používá k vypalování obrazu systému, takže řadič se po zapnutí standardně spouští z eMMC; zatímco funkci spouštění SD karty lze použít s USB OTG k realizaci rychlé aktualizace firmwaru a systémového softwaru. wifi, wcdma 3g, lan a další síťová rozhraní se používají k připojení ovladače k internetu v různých případech, které lze použít pro dálkové ovládání, dálkové varování nebo alarm, dálkové ovládání, vzdálené varování nebo alarm, dálkové ovládání, vzdálené varování nebo alarm, vzdálené varování nebo alarm, dálkové varování nebo alarm a dálkové ovládání. WIFI, WCDMA 3G, LAN a další síťová rozhraní se používají k připojení regulátoru k internetu za různých okolností, poskytují hardwarovou podporu pro realizaci vzdáleného ovládání zařízení, vzdáleného varování nebo alarmu poruch, expertního vzdáleného řešení problémů a dalších nových aplikací.
Aby bylo zajištěno, že řídicí jednotka může realizovat vysokorychlostní a spolehlivou komunikaci v reálném čase- s měřicí a řídicí deskou, jsou dva komunikační obvody řídicí jednotky RS485 založeny na ADM2483. ADM2483 je integrované komunikační izolační zařízení RS485 transceiveru, nejvyšší komunikační rychlost až 500 kb/s, aby bylo zajištěno, že rychlost komunikace a schopnost odolávat rušení za předpokladu, že se zabrání použití konstrukce izolace opto-členu, musí zabírat větší plochu plošného spoje. Rozvržení plochy. A ADM2483 použitý k omezení návrhu rychlosti kolísání, řízení poklesu rychlosti kolísání tlaku na vhodné úrovni, může snížit nesprávné přizpůsobení svorek a konektorů generovaných BER. Obvod rozhraní komunikačního modulu využívá návrh omezení proudu a napětí, jak je znázorněno na obrázku 5, regulátoru napětí D1, D2 a samoobnovovacích pojistek PTC1 a PTC2 k obvodu rozhraní, aby vytvořily účinnou ochranu pro zlepšení elektrické spolehlivosti komunikačního modulu 485.
2.2 Hardwarový návrh modulu měření a regulace
Hardwarové blokové schéma měřicího a řídicího modulu je znázorněno na obrázku 6, s jádrem LPC1758, zodpovědným za získávání provozních dat zařízení, dekódování I/O adresy a řízení I/O; příslušnou teplotu, proud, napětí, vlhkost, tlak a další parametry zařízení přes snímací obvod a následně digitální filtrací LPC1758, uloženou ve FLASH; kontrolér může komunikovat s LPC1758 přes RS485, číst požadované parametry pro logické operace a poté I/O řídicí příkazy pro provedení LPC1758 po operaci; Obvody I/O zahrnují tranzistorové výstupy, reléové výstupy a poté řídicí příkaz I/O pro provedení LPC1758. Ovladač může komunikovat s LPC1758 přes RS485, číst požadované parametry pro logickou činnost a poté odeslat I/O řídicí příkazy do LPC1758 pro provedení po operaci. I/O obvod zahrnuje tranzistorový výstup, reléový výstup a výstup pro speciální aplikace, jako je elektronické řízení expanzního ventilu I/O, řízení I/O měniče kmitočtu a tak dále.
Vzorkovací obvod filtru využívá jednokanálový 24bitový ADC MAX11210 Maxim's, který integruje analogové a referenční vstupní vyrovnávací zesilovače a poskytuje čtyři porty GPIO, které lze použít k ovládání externího 16kanálového analogového přepínače, díky čemuž MAX11210 efektivně shromažďuje 16kanálové analogové signály a snižuje zatížení zdrojů I/O LPC17. Blokové schéma vzorkovacího obvodu je na obrázku 7. Blokové schéma vzorkovacího obvodu je na obrázku 7.
Konečně, aby byla zajištěna přesnost a spolehlivost I/O obvodu, je do hardwarového obvodu přidán návrh detekce I/O stavu. Pro výstupní bod obvod detekce stavu I/O generuje odpovídající signál výstupní sekvence ze stavu výstupu, a když je příkaz ovladače ke změně stavu výstupu odeslán do LPC1758 a proveden, stav výstupního bodu se změní a LPC1758 porovná změněný signál výstupní sekvence s výstupním příkazem vydaným ovladačem, aby byla zajištěna přesnost výstupu; zatímco pro vstupní bod vytváří stav Když se změní stav vstupu, LPC1758 porovnává skutečný stav vstupu se signálem vstupní sekvence, aby určil, zda je vstupní obvod chybný.
3. Návrh softwaru řídicího systému
Aby bylo možné splnit více{0}}hardwarové rozhraní řadiče, vývoj více{1}}softwarových aplikací, více{2}}souborový provoz, přizpůsobení systému a další požadavky, vestavěný operační systém Linux, hlavní aplikační program má program rozhraní člověk-stroj, program pro zpracování dat, program soft PLC, jak je znázorněno na obrázku 7. Mezi nimi je program HMI generované grafickým softwarem běžícím v prostředí Windows prostřednictvím kombinace grafických prvků, ovládacích prvků a makro příkazů, které lze importovat do regulátoru přes USB pro realizaci aktualizace HMI. Program zpracování dat je zodpovědný především za záznam průmyslového řízení zařízení, provoz PID, monitorování stavu zařízení a další funkce. Soft PLC program je vyvinut společností Infoteam OpenPCS software z Německa, který podporuje šest jazyků IEC, jmenovitě ST, IL, SFC, FBD, LD a CFC, a je zodpovědný za provoz I/O logiky.
Vzhledem k tomu, že modul měření a řízení nepotřebuje příliš mnoho aplikací a grafických rozhraní, je vybrán uC/OS-II, který je v porovnání s organizací vestavěného operačního systému Linux mnohem menší. systém je-bohatý a zahrnuje funkce, jako je plánování úloh, správa úloh, správa času, správa paměti a mezi-komunikace a synchronizace úloh [6]. Hlavní aplikace jsou program pro sběr dat, program pro detekci I/O a program pro řízení I/O. Celý průběh řízení I/O je znázorněn na obrázku 9. Pokud dojde k alarmu chyby I/O obvodu, uživatel se může rozhodnout vypnout a restartovat zařízení nebo požádat o technickou podporu.
4 Závěr
Zabudovaný řídicí systém environmentálního testovacího zařízení navržený v tomto dokumentu, jeho regulátor a modul měření a řízení mají výhody nízké ceny, vysoké integrace, vysoké přesnosti, rozšiřitelnosti atd., což může do určité míry zlepšit vlastnosti zařízení pro testování prostředí, jako je malá velikost šarže a mnoho různých nepříznivých účinků na konstrukci a výrobu. A plným využitím výhod naší výroby zařízení pro testování životního prostředí můžeme neustále zlepšovat spolehlivost návrhu řídicího systému prostřednictvím testování životního prostředí. Řídicí systém se nyní používá v naší standardizované řadě ekologických zařízení, přesnost a stabilita řízení dosáhly domácí pokročilé úrovně a hardwarová konfigurace je bohatá, s dobrou schopností expandovat.