謝君紅 劉大明 靖軍紅

(海軍工程大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院1) 武漢 430033)(91445部隊2) 大連 116043)

某特供電源的控制系統(tǒng)研究*

謝君紅1)劉大明1)靖軍紅2)

(海軍工程大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院1)武漢 430033)(91445部隊2)大連 116043)

科學(xué)高效的內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代電源設(shè)備電控技術(shù)的關(guān)鍵因素之一,特供電源采用可靠性高、靈活性強(qiáng)的CAN總線進(jìn)行實(shí)時控制,現(xiàn)場較好的抗干擾性和設(shè)備分系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)共享是該控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。介紹了基于CAN總線技術(shù)的控制系統(tǒng)設(shè)計方案,并為該特供電源的工程實(shí)施提供了重要的依據(jù)。

CAN總線;特供電源;控制系統(tǒng)

Class NumberTJ81+0.376

1 引言

緊貼現(xiàn)實(shí)所用是科技發(fā)展的一個重要方向,提高特供電源設(shè)備的通信管理功能是優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵因素。作為一種總線型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò),CAN既是一個開放的通信網(wǎng)絡(luò),又是一個全分布控制系統(tǒng)。CAN總線與一般串行通信總線(RS-232、485)相比,其數(shù)據(jù)可靠性高,實(shí)時性強(qiáng),運(yùn)用靈活。為滿足特供電源設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計需要,采用CAN總線技術(shù)來實(shí)現(xiàn)[1]。

2 系統(tǒng)總體情況

根據(jù)整個特供電源設(shè)備的系統(tǒng)總體設(shè)計要求,電源控制系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)以下功能:1)電源模塊實(shí)時選擇;2)電源模塊輸出控制;3)電源模塊實(shí)時監(jiān)控;4)特殊故障狀態(tài)應(yīng)急處理。

通過觸摸屏PC機(jī)來實(shí)現(xiàn)對整個電源系統(tǒng)的控制,系統(tǒng)組成如圖1所示,整個控制系統(tǒng)由PC機(jī)、CAN適配卡和各模塊控制節(jié)點(diǎn)組成。PC機(jī)通過CAN適配卡實(shí)現(xiàn)對各個電源模塊的控制。

主要原理是:將PC機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)和控制命令傳輸?shù)紺AN總線上,對相應(yīng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制,各個節(jié)點(diǎn)是控制命令的實(shí)施者,各種控制功能均通過節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。各節(jié)點(diǎn)接受適配卡發(fā)送來的各種控制命令,據(jù)此進(jìn)行相應(yīng)的操作,并將各種控制狀態(tài)量發(fā)送回PC機(jī),PC機(jī)則通過相應(yīng)的判斷,然后進(jìn)行各種控制,這樣就形成了一個完整的控制網(wǎng)絡(luò)。

圖1 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

該系統(tǒng)完全支持CAN2.0B協(xié)議,CAN的數(shù)據(jù)幀由幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域、校驗(yàn)域、應(yīng)答域和幀結(jié)束組成[2]。CAN信息幀的標(biāo)準(zhǔn)幀格式如圖2所示。

圖2 CAN標(biāo)準(zhǔn)幀格式

在系統(tǒng)中,主節(jié)點(diǎn)給從節(jié)點(diǎn)發(fā)送運(yùn)行定值以及起停信號,并且會定時查詢各從節(jié)點(diǎn)分系統(tǒng)的運(yùn)行狀況以對其狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,具體通信過程分為兩類:

1)主節(jié)點(diǎn)向從節(jié)點(diǎn)傳送操作命令及定值,主節(jié)點(diǎn)發(fā)送的是數(shù)據(jù)幀。主節(jié)點(diǎn)發(fā)送完數(shù)據(jù)幀后,若從節(jié)點(diǎn)收到該數(shù)據(jù)幀則向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送確認(rèn)幀,該數(shù)據(jù)幀發(fā)送結(jié)束。若發(fā)送失敗,主節(jié)點(diǎn)在等待一段時間后未接收到確認(rèn)幀,則自動重發(fā)該數(shù)據(jù)幀;

表1 控制系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)分析

2)主節(jié)點(diǎn)對從節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)及各種記錄定值進(jìn)行查詢,主節(jié)點(diǎn)發(fā)送的是遠(yuǎn)程幀。遠(yuǎn)程幀中只包含有數(shù)據(jù)類型而沒有數(shù)據(jù)內(nèi)容,從節(jié)點(diǎn)接到遠(yuǎn)程幀后,根據(jù)主節(jié)點(diǎn)要求的數(shù)據(jù)類型向主節(jié)點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)。同時等待主節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)幀。若未接收到確認(rèn)幀則定時重發(fā)[3]。

該系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)分析如表1所示。

控制系統(tǒng)運(yùn)行遵循圖3所示的通用流程。其中,控制器初始化過程基本上是在復(fù)位模式下進(jìn)行的,主要的配置步驟是:設(shè)置時鐘分頻寄存器、選擇工作模式、設(shè)置驗(yàn)收代碼和驗(yàn)收屏蔽寄存器、配置驗(yàn)收過濾器、設(shè)置總線定時器、配置波特率、設(shè)置輸出控制寄存器、配置輸出驅(qū)動、設(shè)置中斷使能寄存器開啟需要的中斷[4]。發(fā)送和接收數(shù)據(jù)過程如圖4和圖5所示。

4 結(jié)語

CAN總線作為一種可靠的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)總線已經(jīng)在現(xiàn)實(shí)生活中得到廣泛應(yīng)用,使得計算機(jī)控制單元能夠通過CAN總線共享所有的信息和資源,達(dá)到簡化布線、減少器件數(shù)量、避免控制功能重復(fù)、提高系統(tǒng)可靠性和可維護(hù)性、降低成本、更好地匹配和協(xié)調(diào)各個控制系統(tǒng)的目的。本文所研究的基于CAN總線的某特供電源設(shè)備控制系統(tǒng)方案,能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約能源,優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計,并且技術(shù)相對比較成熟,具有高度靈活性、簡單的擴(kuò)展性、優(yōu)良的抗干擾性和處理錯誤能力,對于提高特供電源設(shè)備的操作穩(wěn)定性和安全性都有重要意義。

[1]陳育良,吳忠德,汪定國.基于CAN總線電源控制系統(tǒng)設(shè)計[J].海軍航空工程學(xué)院學(xué)報,2006,1(23):137～138

[2]張曉軍,解大,蘇建設(shè),等.基于 CAN總線的嵌入式控制系統(tǒng)[J].電網(wǎng)技術(shù),2002,9(26):33～36

[3]支彬安,雷彬,李治源.基于CAN總線的脈沖電源控制與測試系統(tǒng)研究[J].電子測量技術(shù),2007,8(30):167～169

[4]林云.基于CAN通信的電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J].微計算機(jī)信息,2009,1-2(25):55～56

[5]Pinho LM,Vasques F.Reliable Real-tine Communication in CAN Networks IEEE T ransactions on Computers,2003,52(12):1596～1598

Study on Control System of one Special Power Supply

Xie Junhong1)Liu Daming1)Jing Junhong2)
(College of Electric and Information Engineering,Naval University of Engineering1),Wuhan 430033)(No.91445 Troops of PLA2),Dalian 116043)

Scientitic and highly efficient in-house communication network is one of the key factors of eclectic control technique of modern power equipment,CAN bus is adopted by the power supply to real-time control the system,which is reliable and flexible.The main characteristic is that anti-inteference is good and operational parameters of subsystem of power equipment are shared.The design method of control system based on CAN bus technique is introduced in this paper,and important reference is supplied for starting project of the power supply.

CAN bus,special power,control system

TJ81+0.376

2010年8月11日,

2010年9月20日

謝君紅,女,博士研究生,研究方向:電磁環(huán)境與防護(hù)技術(shù)。劉大明,男,博士生導(dǎo)師,研究方向:電磁環(huán)境與防護(hù)技術(shù)。