基于PROFIBUS-DP總線的數(shù)字電液比例控制器

基于PROFIBUS-DP工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的智能數(shù)字電液比例控制器的特點(diǎn)是：數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。

1．系統(tǒng)硬件組成

數(shù)字電液比例控制器基本結(jié)構(gòu)框圖如圖86所示。

(1)核心單元。控制器核心單元采用微芯科技的DSP-dsPIC6012A控制整個(gè)程序和實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。處理器工作速度高達(dá)30MIPS，可以有效縮短閉環(huán)控制周期。內(nèi)部集成4K的EEPROM可以存放放大器的特殊數(shù)據(jù)（配置、參數(shù)、給定值選擇），處理器還集成了144KB的閃存程序存儲(chǔ)器以及8KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

(2)輸入量接口模塊。控制器的輸入量主要有：執(zhí)行元件的位置（或速度、轉(zhuǎn)速）信號(hào)、執(zhí)行元件的壓力信號(hào)、比例電磁鐵的電流采樣反饋信號(hào)等。數(shù)字式傳感器所輸出的數(shù)字量經(jīng)光電隔離處理后通過(guò)I/O輸入DSP。模擬量輸人信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)匹配電路轉(zhuǎn)化為0～5V的與dsPIC6012A的12位A/D口匹配的電壓后進(jìn)行采樣。

(3)輸出量接口模塊。數(shù)字控制放大器帶有兩路驅(qū)動(dòng)比例電磁鐵的輸出接口，用于控制比例閥電磁鐵。輸出控制信號(hào)采用PWM方式，使用dsHC6012A的輸出比較模塊實(shí)現(xiàn)。功率輸出電路原理圖如圖87所示。

(4)網(wǎng)絡(luò)接口模塊。控制器帶有PROFIBUS-DP總線的網(wǎng)絡(luò)接口以及RS485接口。隨著PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的廣泛應(yīng)用，開(kāi)發(fā)具有PROFIBUS-DP總線接口的產(chǎn)品已是一種趨勢(shì)。采用PROFIBUS-DP技術(shù)的數(shù)字控制比例放大器可以實(shí)現(xiàn)在線參數(shù)設(shè)定、故障診斷、自動(dòng)報(bào)警和故障在線排除等功能，同時(shí)，借助于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車間級(jí)和廠級(jí)的網(wǎng)絡(luò)控制。

DP接口使用西門子的PROFIBUS-DP專用集成芯片SPC3。使用該協(xié)議芯片開(kāi)發(fā)產(chǎn)品拋開(kāi)了復(fù)雜的通信協(xié)議，只需要較少的軟件工作。PROFIBUS-DP接口電路包括兩部分：①DSP與SPC3的連接；②SPC3與D型9針接口的連接。DP接口采用RS485串行通信方式。RTS為SPC3的請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)，連接到收發(fā)器的輸出使能端。RXD和TXD分別為串行接收和發(fā)送端。為提高抗干擾性接口部分在電氣上采取了隔離。總線驅(qū)動(dòng)芯片選用了TI公司的SN75ALSl76。RTS的光電隔離采用6Nl37。TXD和RXD通道電氣隔離采用HCPL7101。

(5)人機(jī)交互接口。人機(jī)接口液晶選用的是金鵬公司的OCMJ中文160×80的模塊。按鍵采用的是開(kāi)關(guān)式按鍵。

2．系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)使用模塊化編程，軟件可靠，通用性強(qiáng)且便于擴(kuò)展與修改。控制軟件總體結(jié)構(gòu)圖如圖88所示。

3．實(shí)驗(yàn)

(1)控制性能試驗(yàn)。將控制器用于如圖89所示的單通道位置控制液壓系統(tǒng)中進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)得控制器單軸伺服周期接近100μs，位置穩(wěn)態(tài)控制精度可達(dá)±0.05mm。系統(tǒng)在恒定負(fù)載條件下的響應(yīng)曲線如圖90所示。穩(wěn)定時(shí)間約為200ms，幾乎沒(méi)有超調(diào)量。

(2) DP總線通信試驗(yàn)。將控制器與西門子S7-300系列的CPU315-2DP組網(wǎng)，設(shè)定CPU315-2DP的站地址為1，控制放大器的站地址為3。