热门关键词:

基于CAN总线的液压同步滑移控制系统设计与实现

  • 该文件为pdf格式
  • 文件大小:253.82KB
  • 浏览次数
  • 发布时间:2014-11-02
文件介绍:

本资料包含pdf文件1个,下载需要1积分

De "gn and mplementation on CAN.bus.based hydraulicsi i 1 lC - -synchronous slippage control systemB/AN Yong-ming,YAN Yue-hua,HUANG Liang,ZHU Ren-jie(School of Mechanical Engineering,Tongji University,Shanghai 201804,China)AbstractThe hydraulic synchronous slippage technique,which is increasingly applied,is developed forthe wide-span and large-scale construction structural assembly.To meet such control requirements as highcontrol precision,fast response speed and simple wiring,the CAN-bus-based hydraulic synchronous controltechnology is employed.In details,the elemental and nodal hardware and software design for CAN-bus-based hydraulic synchronous slippage control system is implemented。

Key words:CAN -bus;LPC2119 processor;node;synchronous control液压同步滑移技术是-种集机械、电子、液压、传感器、通信和计算机于-体的技术,主要应用于现代工程中大型构件的平移安装[1].近年来,随着液压同步滑移技术的广泛应用和发展,对其控制系统也提出了更高的要求:要求简化现场布线、提高系统的控制精度和响应速度等.CAN 总线在实时性和可靠性方面的优势能很好地满足这些要求,保证系统高效可靠运行。

1 液压同步滑移系统及 CAN总线概述液压同步滑移系统主要由液压推进器(包括液压油缸和夹轨器)、液压动力系统、传感器件和计算机控制系统等组成.系统的基本工作原理为:液压推进器的夹轨器夹持于地面轨道,在计算机控制系统的指令下,液压油缸相互交替伸缩,使大型构件沿轨道向前连续同步推进.该技术具有设备体积孝自重轻、承载能力大、安全可靠性好、自动化程度高、操作方便灵活等优点[2]。

CAN 总线是 目前应用比较广泛的-种先进的现场总线,可以有效支持串行通信网络的分布式控制和实时控制.它具有数据传输率高、通信距离远、总线利用率高、硬件错误处理机制和高抗电磁干扰性等特点[3]。

2 系统组成基于 CAN总线的控制系统将功能旧能地分散到各个控制拈 中,各个拈以微处理器为核心,完成数据的采集和控制功能.为了使信息能在作者简介:卞永明(1965~),男,教授,工学博士.E-mail:ymbianmail163.com第 2期 卞永明,等:基于 CAN总线的液压同步滑移控制系统设计与实现CAN协议标准下进行通信,各个拈都设有 CAN 总线接口电路L4]。

典型的基于CAN 总线的液压同步滑移控制系统组成示意图如图1所示.系统采用总线型网络拓扑结构,主控制柜控制器、2个液压泵站控制器和4个油缸传感器采用 CAN 总线连接,组成-个通信网络.其中,主控制柜控制器采集控制面板上的l号作用点 2号作用点 负载操作信号,通过 CAN总线接收油缸传感器发送的油缸状态数据,执行同步控制算法得到控制数据并通过 CAN总线发送给泵站控制器;泵站控制器通过 CAN总线接收主控制柜发出的控制指令,执行开关量和模拟量的输出;油缸传感器采集油缸状态数据(包括行程数据和油压数据),通过 CAN 总线将油缸状态数据发送给主控制柜。

3号作用点 4号作用点油缸传感器1夹轨器1、轨道1O缸拉绳 拉绳 -传感器1 传感器2油压传感器l油压传感器2泵站1油缸传感器2, 夹轨器2轨道2油缸传感器3夹轨器3、轨道3、 拉绳 拉绳,传感器3 传感器4油压传感器3油压传感器4泵站2主控制柜CAN总线图 1 控制系统组成示意图Fig.1 Composition diagram ofcontrol system。

基于 总线的同步控制系统的性能主要包括:①数据处理的实时性,系统能实时地监视各个点的位移数据;②较强的纠错能力,系统拥有智能纠错能力,能屏蔽和提示误操作;③通信 自动修复能力,现场人为造成的通信中断待硬件重新连接后能自动连接L5J。

3 节点硬件设计3.1 主控制柜采用 LPC2119处理器为核心,LPC2119是荷兰恩智浦半导体(NXP)公司的-款支持实时仿真和跟踪的 删 7TDMI-S微处理器,片内多达 64 lB的静态随机存取存储器(SI己AM),具有较大的缓冲区规模和强大的处理能力,内部集成了 2个 CAN控制器、2个32位定时计数器和4个ADC(Analog-to.Digital Converter)单元电路,完全能够满足控制要求.系统硬件结构框图如图 2所示。

电源拈:输入电源为18~36 V,-组采用 自制的 24 V转 5 V电源拈转换成 5 V的隔离电源 ,供LPC2119处理器使用 ;另-组通过。

缸油缸传感器4, 夹轨轨道4图 2 主控制柜硬件结构框图Fig.2 Hardware structure of main controllerLM2575-5转换成 5 vB的非隔离电源,供模拟量输入拈及 LCD显示拈使用.电源输入端加二极管,防止电源反接,损坏元器件。

模拟量输入拈:4~20 mA电流输入同时也可为 5 V电压输入,模拟量通过 LM324跟随后经过元件TLC2543转换为数字量.由于 LPC2119由3.3 V供电,所以这些数字量需要再经过元件ADIM1200及 ADUM1201磁电隔离后才能送入 LPC2119。

开关量输入拈:开关量输入信号经过光耦PS2802-1进行光电隔离后进人处理器 LPC2119。

开关量输出拈:开关量输出信号经过光耦PS2802-1进行光电隔离后输出供外界负载使用。

中 国 工 程 机 械 学 报 第 l1卷CAN通信拈:采用 自制的 CAN总线收发电路,完全电气隔离。

LCD显示拈:采用周立功单 片机公 司的Z1M800480S70-1WT串控屏,通过 I 232与处理器 LP(、2119连接。

3.2 泵站控制器以LP( 119处理器为核心,控制器硬件结构框图如图3所示.电源拈:与主控制柜电源拈相同.开关量输出拈:与主控制柜开关量输出拈相同.BTS621驱动输出拈:BTS621用于驱动感性负载,如换向阀及比例阀,最大可驱动 16路,其中4路可用于 P删 (Pulse Width Modulation)驱动.BTS621驱动芯片的第 3,6脚为输入控制端,第1,7脚为驱动输出端,当第3脚或第 6脚输入为高电平时对应输出第 1脚或第7脚也为高电平,输人为低电平时对应输出也为低电平.CAN通信拈:与主控制柜CAN通信拈相同。

图3 泵站控制器硬件结构框图Fig.3 Hardware structure of pump station controller3.3 油缸传感器以LPC2119处理器为核心,控制器硬件结构框图如图 4所示.电源拈:与主控制柜电源拈相同.模拟量输入拈:油压传感器采用德国哈威液压有限公司 (HAWE HYDRAIⅡ.IC)的 PT2-4-MSD-T7型传感器,输出电流为 4~2O mA.AD采样拈通过 A0515S生成 ±15 V电压,15 V与模拟量输入端连接传感器的1,3脚.为了提高模拟量采样精度,LPC2119模拟电源的基准电压由TL431提供,同时模拟量的地线和数字量地线采用单点接地方式.模拟量输入端输入4~20 mA的电流信号先通过高精密电阻转换成电压信号,模拟电压输入到LPC2119,进行电压采样,采样精度为1 024位。

RS-422通信拈:测量油缸伸缩行程的编码器为SSI(Synchronous Serial Interface)模式,具有连线少的优势.电路中为避免干扰,单独采用-个电源隔离拈 B0505T-lW,通信上采用 87芯片将收、发信号转为-个信号输入到LPC2119.CAN通信拈:与主控制柜CAN通信拈相同。

图 4 油缸传感器硬件结构框图Fig.4 Hardware stru cture ofcylinder sensor4 节点软件设计系统采用基于 C语言的程序设计.在 ADS V1。

4.1 主控制柜软件设计主控制柜上电后,首先进行各个拈初始化,包括 I/O口、定时器、串口、CAN控制器和中断初始化.初始化完毕后,系统进入定时器中断服务程序及 CAN接收中断服务程序,同时系统等待串控屏初始化完成并与串控屏建立通信,接着进入 while主体循环结构.定时器中断服务程序实现 数据(泵站控制命令数据)的发送,CAN接收中断服务程序实现油缸状态数据的接收.while主体循环结构实现基准油缸行程与跟随油缸行程之间最大偏差的计算、就地操作指令的读韧串控屏的动态信息显示.主控制柜程序具体流程如图5所示。

4.2 泵站控制器软件设计泵站控制器上电后,首先进行各个拈初始化,包括 I/O口、PWM拈、 控制器和中断初始化.初始化完毕后,系统进入 CAN接收中断服务程序,同时系统进入 while主体循环结构.CAN接收中断服务程序实现主控制柜发送的控制命令的接收,while主体循环结构实现根据所接收的控制命令执行泵站的输出驱动控制.泵站控制器程序具体流程如图6所示。

4.3 油缸传感器软件设计油缸传感器上电后,首先进行各个拈初始化,包括I/O口、ADC拈、CAN 控制器和中断初始化.初始化完毕后,系统进入定时器中断服务程序,同时系统进入 while主体循环结构.定时器中断服务程序实现 CAN 数据(油缸状态数据)的发送,while主体循环结构实现油缸油压数据和行程数据的读取.油缸传感器程序具体流程如图 7所示 。

第 2期 卞永明,等 ;基于CAN总线的液压同步滑移控制系统设计与实现 145< 主函数>lJ各个拈初始化f1 人 上 .--讳控屏上电初始化等待时回:- f计算基准油缸行程与跟随l 逗 标志F1AG-Timeo三 Q/-- l 油缸行程之间最大偏差 l -/ Jr I定时器。中断服务程序lIa 接收中断服务程 与串控屏握手通信 读韧地操作指令lJr、 , 串控屏动态信息显示- 串控屏静态界面显示l图 5 主控制柜程序流程图F.ig.5 Flow chart ofmain controller图 6 泵站控制器程序流程图Fig.6 Fl ow chart of pump station controller图 7 油缸传感器程序流程图Fig.7 Flow chart of cylinder sensor5 结语目前,基于CAN总线的液压同步滑移控制系统已成功应用于港珠澳大桥钢筋笼顶推和南京禄口国际机场T2航站楼钢桁架滑移试验等众多项目中.实践表明,该控制系统设计合理、运行稳定、系统配置灵活、操作方便.CAN 总线的使用大大简化了现场的布线,并且提高了数据传输的准确性和实时性。

正在加载...请等待或刷新页面...
发表评论
验证码 验证码加载失败