劉小兵

(湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院，株洲 湖南 412001)

1 引言

隨著生產(chǎn)的不斷擴(kuò)大，現(xiàn)代化工廠使用的電機(jī)也越來越多，而且電機(jī)的工作過程序列化，如遇某電機(jī)出現(xiàn)故障就會將工廠的生產(chǎn)秩序打亂，造成生產(chǎn)混亂，嚴(yán)重時還會出現(xiàn)人員傷亡事故。因此設(shè)計一種高效可靠的全局電機(jī)控制系統(tǒng)勢在必行?，F(xiàn)工廠里一般采用的電機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)有RS485、RS232及USB組網(wǎng)，它們都存在不足之處，例如RS232傳輸距離近、抗干擾能力差，RS485只有主從發(fā)送沒有錯誤糾正機(jī)能、可靠性能差，USB所帶電機(jī)數(shù)目少等。本文設(shè)計的基于CAN總線組網(wǎng)的電機(jī)實時監(jiān)控系統(tǒng)就能很好的克服這些不足，它的可靠性能高、實時性強以及組網(wǎng)靈活等優(yōu)點。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

LPC2119是系統(tǒng)的核心由部分，它取樣電機(jī)的運行相關(guān)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。將采集到的電機(jī)運行數(shù)據(jù)通過CAN總線傳送到監(jiān)控中心，使監(jiān)控中心能實時掌握電機(jī)的運行狀態(tài)，監(jiān)控中心也可以通過CAN總線傳遞控制信息，實現(xiàn)雙向交流信息。除了監(jiān)控中心與控制裝置間進(jìn)行信息傳遞外，控制裝置之間也可以進(jìn)行信息交換，這有利于生產(chǎn)過程中控制各節(jié)點電機(jī)的運行速度，達(dá)到全局諧調(diào)運轉(zhuǎn)。電流信號采集主要是對電機(jī)的運行電流大小取樣，判斷電機(jī)是否有短路情況發(fā)生。電機(jī)測速電路主要取樣電機(jī)的運轉(zhuǎn)速度，并通過逆變脈沖輸出電路來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到電路運轉(zhuǎn)速度的可調(diào)目的。

3 主要電路模塊介紹

LPC2119微處理器自身帶有CAN控制器、AD轉(zhuǎn)換和PWM脈沖調(diào)節(jié)電路，所以在電路使用上合理分配，充分利用LPC2119的自身資源達(dá)到節(jié)省電路成本目標(biāo)，下面我們將幾個主要的電路作介紹。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.1 電流采樣電路模塊

在電流信號采集電路用電流互感器對電機(jī)中流入的電路進(jìn)行取樣，取樣的信號送到圖2中的IN端進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，成為適合 LPC2119的輸入信號，再從LPC2119的AD端口輸入。

圖2 電流信息處理電路

3.2 CAN接口電路模塊

微處理LPC2119中自身帶有CAN總線控制模塊，CAN數(shù)據(jù)控制都由LPC2119內(nèi)部完成，LPC2119的P0.23和P0.24是CAN輸入輸出端。外接電路主要是6N137和82C250兩集成電路，其中6N137進(jìn)行光電路隔離，接高電路的抗干擾性能。82C250完成CAN數(shù)據(jù)的收發(fā)。

圖3 CAN接口電路

3.3 電機(jī)測速電路模塊

電機(jī)在運轉(zhuǎn)過程中通過霍爾元件對電機(jī)速度進(jìn)行取樣，在電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸部件上加一個磁性物體，當(dāng)磁性物體經(jīng)過霍爾元件時，霍爾元件就會產(chǎn)生一個電信號，再通過電路的放大與整形就可以得到一個脈沖信號，經(jīng)過軟件對脈沖的周期進(jìn)行測試就可以得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

3.4 逆變控速電路模塊

LPC2119從PWM引腳產(chǎn)生調(diào)寬脈沖經(jīng)過SN74LVC4245轉(zhuǎn)換送到電機(jī)控制電路控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，PWM輸出不同的脈沖寬度就可以控制電機(jī)的不同轉(zhuǎn)速，具體電路如圖4所示。

圖4 逆變控速電路

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件開發(fā)以uC/OS-II為平臺開發(fā)，它的源代碼公開、基于優(yōu)先級運行的實時操作系統(tǒng)，電機(jī)實時監(jiān)控系統(tǒng)的流程如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)流程圖

5 結(jié)速語

本系統(tǒng)由LPC2119為核心控制器件，自身帶有CAN控制模塊使設(shè)計電路簡單實用，而CAN總線在工廠里組網(wǎng)能提高系統(tǒng)的抗干擾能力，使系統(tǒng)工作穩(wěn)定高效，網(wǎng)絡(luò)傳輸速度快能及時快速的知道電機(jī)運行情況，預(yù)防電機(jī)事故發(fā)生。并通過CAN總線對各電機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)計，節(jié)省企業(yè)的物力財力，該系統(tǒng)的應(yīng)用前景非常廣泛。

［1］張培仁，杜洪亮.CAN現(xiàn)場總線監(jiān)控系統(tǒng)原理和應(yīng)用設(shè)計技術(shù)［M］.合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2011.06.

［2］李真花，崔健.CAN總線輕松入門勾實踐［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2011.01.

［3］來清民.手把手教你學(xué)CAN總線［M］.北京:北京航空航大大學(xué)出版社，2010.09.

［4］劉濤，王宗義，孔慶磊.基于CAN總線的多電機(jī)協(xié)調(diào)運動控制系統(tǒng)研究［J］.機(jī)床與液壓，2010，38(3):75－77.