Το σύστημα ελέγχου ως το πιο βασικό συστατικό του εξοπλισμού περιβαλλοντικών δοκιμών, η ακρίβεια ελέγχου του επηρεάζει άμεσα την ακρίβεια και την αξιοπιστία της περιβαλλοντικής δοκιμής που γίνεται από τον εξοπλισμό. Προς το παρόν, η εφαρμογή του συστήματος ελέγχου εξοπλισμού περιβαλλοντικών δοκιμών χωρίζεται κυρίως σε γενικού-τύπου και σε εξειδικευμένο τύπο. Ένα από τα-συστήματα ελέγχου γενικής χρήσης αναφέρεται στον παραδοσιακό συνδυασμό μεθόδων ελέγχου ανθρώπινης-διασύνδεσης μηχανής (HMI) και προγραμματιζόμενου ελεγκτή (PLC) ή στον συνδυασμό μεθόδων ελέγχου βιομηχανικού λογισμικού διαμόρφωσης υπολογιστή και PLC. Ο ειδικός ελεγκτής αναφέρεται στα χαρακτηριστικά ελέγχου διαφορετικού εξοπλισμού περιβαλλοντικών δοκιμών που έχει αναπτυχθεί για τον ειδικό ελεγκτή. Ο εσωτερικός τομέας ελεγκτή ειδικού περιβαλλοντικού εξοπλισμού σε σχέση με ξένες χώρες είναι σχετικά κενός, γεγονός που προκαλείται επίσης από τον εγχώριο περιβαλλοντικό εξοπλισμό δοκιμών.
1 . Αρχή σχεδίασης
Σε αυτό το έγγραφο, το σύστημα ελέγχου περιβαλλοντικού εξοπλισμού προσανατολίζεται κυρίως στον εξοπλισμό περιβαλλοντικής δοκιμής κατηγορίας θερμοκρασίας, όπως θάλαμος δοκιμής υψηλής θερμοκρασίας, θάλαμος δοκιμής υψηλής και χαμηλής θερμοκρασίας, θάλαμος δοκιμής ψυχρού και θερμικού σοκ, κουτί σταθερής θερμοκρασίας και υγρασίας, υγρό και ζεστό κουτί. Και ο εξοπλισμός περιβαλλοντικής δοκιμής κατηγορίας θερμοκρασίας αποτελείται συνήθως από το κύριο κιβώτιο, το σύστημα θέρμανσης, το σύστημα ψύξης, το σύστημα κυκλοφορίας ανέμου, το κύριο σύστημα ελέγχου, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1.
Τα κύρια αντικείμενα ελέγχου ολόκληρου του εξοπλισμού περιλαμβάνουν: συμπιεστή ψύξης, ηλεκτρονική βαλβίδα εκτόνωσης και έλεγχο ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας ψυχρής εκκένωσης στο σύστημα ψύξης. φυγοκεντρικός ανεμιστήρας του συστήματος κυκλοφορίας ανέμου. σύστημα θέρμανσης στο ρελέ στερεάς κατάστασης και επαφέα AC.
Οι κύριες παράμετροι μέτρησης ολόκληρης της συσκευής περιλαμβάνουν: τη θερμοκρασία και την πίεση των καυσαερίων του συμπιεστή στο σύστημα ψύξης, θερμοκρασία εξόδου συμπυκνωτή, θερμοκρασία εισόδου και εξόδου εξατμιστή, ρεύμα και τάση λειτουργίας συμπιεστή. θερμοκρασία ανεμιστήρα συστήματος κυκλοφορίας ανέμου, ρεύμα και τάση λειτουργίας. σύστημα θέρμανσης στον ηλεκτρικό θερμαντήρα τάση και ρεύμα λειτουργίας? θερμοκρασία και υγρασία μέσα στο κουτί και ούτω καθεξής.
Στις παραπάνω παραμέτρους μέτρησης, ορισμένες από τις παραμέτρους και τη διαδικασία ελέγχου του εξοπλισμού δεν έχουν άμεση σχέση, όπως η τάση και ρεύμα λειτουργίας του συμπιεστή και του ανεμιστήρα, η ταχύτητα του ανεμιστήρα και η ταχύτητα ανέμου. Ωστόσο, με την ταχεία ανάπτυξη της σύγχρονης επιστήμης και τεχνολογίας και της βιομηχανικής πληροφορικής, στην αεροδιαστημική, την αεροπορία, τις βιομηχανικές εφαρμογές και άλλους τομείς εξοπλισμού και συστημάτων για αξιοπιστία, ασφάλεια και οικονομικές απαιτήσεις είναι όλο και πιο υψηλές, με αποτέλεσμα η πρόβλεψη αποτυχίας και η διαχείριση υγείας (Prognostics and Health Management, PHM) έχει γίνει σταδιακά μία από τις κύριες κατευθύνσεις ανάπτυξης του βιομηχανικού εξοπλισμού. Ωστόσο, το σύστημα PHM πρέπει να χτιστεί με βάση την ολοκληρωμένη παρακολούθηση των συνθηκών λειτουργίας του εξοπλισμού και η χρήση του συστήματος ελέγχου PLC γενικής χρήσης, η υπερβολική λήψη παραμέτρων σημαίνει την αύξηση των μονάδων PLC, η οποία όχι μόνο βελτιώνει το κόστος κατασκευής του εξοπλισμού, αλλά επίσης κάνει τον όγκο του συστήματος ελέγχου εξοπλισμού να φουσκώνει. Για το σκοπό αυτό, η παρούσα εργασία προτείνει ένα ενσωματωμένο-σύστημα ελέγχου με βάση τη χρήση ενσωματωμένων συστημάτων για την ανάπτυξη υψηλού βαθμού ελευθερίας, χαμηλού κόστους, στοχευμένου, πραγματικού-χρόνου, υψηλού βαθμού ολοκλήρωσης του προγράμματος, υλοποίησης του συνόλου της παρακολούθησης των παραμέτρων λειτουργίας του εξοπλισμού. και πιο εύκολο να επιτευχθούν πολύπλοκοι αλγόριθμοι, για να βελτιωθεί η ακρίβεια ελέγχου και η σταθερότητα του εξοπλισμού, όπως αλγόριθμοι ελέγχου ασαφούς PID του εξοπλισμού, ο μέσος όρος του φιλτραρίσματος παρεμβολών κατά των παλμών, ο περιοριστικός μέσος όρος φιλτραρίσματος Αλγόριθμοι ψηφιακού φιλτραρίσματος, όπως το φιλτράρισμα μέσου όρου παρεμβολής παλμών, η μέθοδος περιοριστικού μέσου φιλτραρίσματος.
2. Σχεδιασμός υλικού συστήματος ελέγχου
Το σύστημα ελέγχου αποτελείται από έναν ελεγκτή και μονάδα μέτρησης και ελέγχου. ποια μονάδα μέτρησης και ελέγχου, συμπεριλαμβανομένης της μονάδας I/O και της μονάδας μέτρησης, είναι αρθρωτός σχεδιασμός, η διαμόρφωση του εξοπλισμού που απαιτείται για την αρθρωτή αύξηση ή μείωση. και το χειριστήριο μόνο για διαφορετικές διαμορφώσεις της συσκευής για να κάνετε τις κατάλληλες ρυθμίσεις λογισμικού ή προσαρμογές. Αυτό δεν είναι μόνο χαμηλό-κόστος απόκτησης παραμέτρων λειτουργίας εξοπλισμού. αλλά και για να βελτιώσετε την ενσωμάτωση του συστήματος ελέγχου, μειώστε το μέγεθος της μονάδας ελέγχου. Πλαίσιο υλικού συστήματος ελέγχου που φαίνεται στο σχήμα 2, ο ελεγκτής για την απόκτηση της μονάδας μέτρησης θα συλλέγεται από τις παραμέτρους του μηχανήματος, σύμφωνα με τις ρυθμίσεις ελέγχου στη μονάδα I/O για έξοδο ελέγχου I/O και PID.
Ελεγκτής και μονάδα I/O, μονάδα μέτρησης που βασίζεται στη διασύνδεση 485 επικοινωνίας πρωτοκόλλου Modbus. Καθώς ο δίαυλος Modbus χρησιμοποιείται ευρέως σε πολλούς τομείς, όπως όργανα, έξυπνες συσκευές υψηλής και χαμηλής τάσης, πομπούς, προγραμματιζόμενους ελεγκτές, HMI, μετατροπείς, έξυπνες συσκευές πεδίου κ.λπ., κάνει τον ελεγκτή και τις μονάδες I/O, τις μονάδες μέτρησης να έχουν μεγάλη δυνατότητα επέκτασης και δυνατότητα να γίνουν ανεξάρτητα προϊόντα.
2.1 Σχεδιασμός υλικού ελεγκτή
Ο ενσωματωμένος ελεγκτής βασίζεται στην πλατφόρμα ανάπτυξης υλικού μικροεπεξεργαστή ARM Cortex-A9 τετραπλού-, είναι κυρίως υπεύθυνος για το σύστημα ελέγχου στη λειτουργία της διεπαφής του ανθρώπου-μηχανής, τις λογικές λειτουργίες, τον έλεγχο I/O και PID. Ο επεξεργαστής Exynos4412 που χρησιμοποιείται στην πλατφόρμα υλικού έχει υψηλές-δυνατότητες επεξεργασίας δεδομένων και μια πιο ολοκληρωμένη διεπαφή υλικού, η οποία παρέχει μια καλή βάση υλικού για τη δημιουργία ενσωματωμένων συστημάτων Linux. Το λειτουργικό μπλοκ διάγραμμα της πλατφόρμας ανάπτυξης υλικού ελεγκτή φαίνεται στο Σχήμα 3, με ενσωματωμένο WIFI, μονάδα 3G, προσαρμοστική κάρτα δικτύου 10M/100M, LCD αφής 10,1 ιντσών, HOST USB 4 καναλιών και ούτω καθεξής.
Η πλατφόρμα υλικού υποστηρίζει την εκκίνηση από κάρτα eMMC ή SD. Το eMMC χρησιμοποιείται για την εγγραφή εικόνας συστήματος, επομένως ο ελεγκτής ξεκινά από το eMMC από προεπιλογή μετά την ενεργοποίηση. ενώ η λειτουργία εκκίνησης κάρτας SD μπορεί να χρησιμοποιηθεί με USB OTG για να πραγματοποιήσει γρήγορη αναβάθμιση του υλικολογισμικού και του λογισμικού συστήματος. wifi, wcdma 3g, lan και άλλες διεπαφές δικτύου χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση του ελεγκτή στο διαδίκτυο σε διαφορετικές περιπτώσεις, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τηλεχειριστήριο, τηλεχειριστήριο προειδοποίησης ή συναγερμού σφάλματος, τηλεχειριστήριο, προειδοποίηση απομακρυσμένου σφάλματος ή συναγερμός, τηλεχειριστήριο, προειδοποίηση απομακρυσμένου σφάλματος ή συναγερμός, προειδοποίηση απομακρυσμένου σφάλματος ή συναγερμός, τηλεχειριστήριο. Το WIFI, το WCDMA 3G, το LAN και άλλες διεπαφές δικτύου χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση του ελεγκτή στο Διαδίκτυο υπό διαφορετικές συνθήκες, παρέχοντας υποστήριξη υλικού για την πραγματοποίηση τηλεχειρισμού του εξοπλισμού, απομακρυσμένη προειδοποίηση ή συναγερμό σφάλματος, εξειδικευμένη απομακρυσμένη αντιμετώπιση προβλημάτων και άλλες νέες εφαρμογές.
Προκειμένου να διασφαλιστεί ότι ο ελεγκτής μπορεί να πραγματοποιήσει αξιόπιστη επικοινωνία υψηλής ταχύτητας σε πραγματικό χρόνο- με την πλακέτα μέτρησης και ελέγχου, η σχεδίαση κυκλωμάτων επικοινωνίας του ελεγκτή δύο RS485 βασίζεται στο ADM2483. Το ADM2483 είναι ένας ενσωματωμένος πομποδέκτης απομόνωσης επικοινωνίας RS485, ο υψηλότερος ρυθμός επικοινωνίας έως και 500 kbps, προκειμένου να διασφαλιστεί ότι ο ρυθμός επικοινωνίας και η ικανότητα αντίστασης στις παρεμβολές υπό την προϋπόθεση της αποφυγής της χρήσης οπτικο-σχεδιασμού απομόνωσης ζεύξης πρέπει να καταλαμβάνουν μεγαλύτερη περιοχή διάταξης PCB. Περιοχή διάταξης. Και το ADM2483 που χρησιμοποιείται για τον περιορισμό της σχεδίασης του ρυθμού ταλάντευσης, ο έλεγχος πτώσης του ρυθμού ταλάντευσης πίεσης σε κατάλληλο επίπεδο, μπορεί να μειώσει την ακατάλληλη αντιστοίχιση ακροδεκτών και τους συνδέσμους που δημιουργούνται από το BER. Το κύκλωμα διασύνδεσης της μονάδας επικοινωνίας υιοθετεί τη σχεδίαση περιορισμού ρεύματος και τάσης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5, ο ρυθμιστής τάσης D1, D2 και οι ασφάλειες αυτόματης ανάκτησης PTC1 και PTC2 στο κύκλωμα διασύνδεσης σχηματίζουν αποτελεσματική προστασία για τη βελτίωση της ηλεκτρικής αξιοπιστίας της μονάδας επικοινωνίας 485.
2.2 Σχεδιασμός υλικού μονάδας μέτρησης και ελέγχου
Το μπλοκ διάγραμμα υλικού της μονάδας μέτρησης και ελέγχου φαίνεται στο Σχήμα 6, με το LPC1758 ως τον πυρήνα, υπεύθυνο για την απόκτηση δεδομένων λειτουργίας της συσκευής, την αποκωδικοποίηση διεύθυνσης I/O και τον έλεγχο I/O. τη σχετική θερμοκρασία, ρεύμα, τάση, υγρασία, πίεση και άλλες παραμέτρους της συσκευής μέσω του κυκλώματος λήψης και, στη συνέχεια, μέσω του ψηφιακού φιλτραρίσματος LPC1758, που αποθηκεύεται στο FLASH. ο ελεγκτής μπορεί να επικοινωνήσει με το LPC1758 μέσω του RS485, να διαβάσει τις απαιτούμενες παραμέτρους για λογικές λειτουργίες και, στη συνέχεια, τις εντολές ελέγχου I/O στην εκτέλεση του LPC1758 μετά τη λειτουργία. Τα κυκλώματα I/O περιλαμβάνουν εξόδους τρανζίστορ, εξόδους ρελέ και, στη συνέχεια, την εντολή ελέγχου I/O στην εκτέλεση LPC1758. Ο ελεγκτής μπορεί να επικοινωνήσει με το LPC1758 μέσω του RS485, να διαβάσει τις απαιτούμενες παραμέτρους για τη λογική λειτουργία και, στη συνέχεια, να στείλει τις εντολές ελέγχου I/O στο LPC1758 για εκτέλεση μετά τη λειτουργία. Το κύκλωμα I/O περιλαμβάνει έξοδο τρανζίστορ, έξοδο ρελέ και έξοδο για ειδικές εφαρμογές, όπως ηλεκτρονικός έλεγχος βαλβίδας επέκτασης και μετατροπή συχνότητας σε I/O, έλεγχος I/O.
Το κύκλωμα δειγματοληψίας φίλτρου χρησιμοποιεί το ADC MAX11210 24-bit μονού καναλιού-της Maxim, το οποίο ενσωματώνει αναλογικούς και αναλογικούς ενισχυτές buffer εισόδου αναφοράς και παρέχει τέσσερις θύρες GPIO που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο ενός εξωτερικού αναλογικού διακόπτη 16 καναλιών, ο οποίος κάνει το MAX11210 να συλλέγει αποτελεσματικά τα σήματα 16 καναλιών και να μειώνει αποτελεσματικά τα σήματα 16 καναλιών. Πόροι εισόδου/εξόδου. Το μπλοκ διάγραμμα κυκλώματος δειγματοληψίας φαίνεται στο Σχήμα 7. Το μπλοκ διάγραμμα κυκλώματος δειγματοληψίας φαίνεται στο Σχήμα 7.
Τέλος, προκειμένου να διασφαλιστεί η ακρίβεια και η αξιοπιστία του κυκλώματος I/O, προστίθεται ο σχεδιασμός ανίχνευσης κατάστασης I/O στο κύκλωμα υλικού. Για το σημείο εξόδου, το κύκλωμα ανίχνευσης κατάστασης I/O παράγει το αντίστοιχο σήμα ακολουθίας εξόδου από την κατάσταση εξόδου και όταν η εντολή του ελεγκτή για αλλαγή της κατάστασης εξόδου αποστέλλεται στο LPC1758 και εκτελείται, η κατάσταση του σημείου εξόδου αλλάζει και το LPC1758 συγκρίνει το αλλαγμένο σήμα ακολουθίας εξόδου που εκδόθηκε από την εντολή ελέγχου εξόδου. ενώ, για το σημείο εισόδου, παράγει το Όταν αλλάζει η κατάσταση εισόδου, το LPC1758 συγκρίνει την πραγματική κατάσταση εισόδου με το σήμα ακολουθίας εισόδου για να προσδιορίσει εάν το κύκλωμα εισόδου είναι σε σφάλμα.
3. Σχεδιασμός λογισμικού συστήματος ελέγχου
Προκειμένου να ανταποκριθεί στη διεπαφή πολλαπλών-υλισμικού ελεγκτή, ανάπτυξη εφαρμογών πολλαπλών-λογισμικού, λειτουργία πολλών-αρχείων, προσαρμογή συστήματος και άλλες απαιτήσεις, το ενσωματωμένο λειτουργικό σύστημα Linux, το κύριο πρόγραμμα εφαρμογής έχει ανθρώπινο-πρόγραμμα διεπαφής μηχανής, πρόγραμμα επεξεργασίας δεδομένων, πρόγραμμα soft PLC, όπως φαίνεται στην Εικόνα 7, το πρόγραμμα HMI. που δημιουργείται από το λογισμικό γραφικών που εκτελείται στο περιβάλλον των Windows μέσω του συνδυασμού γραφικών στοιχείων, στοιχείων ελέγχου και εντολών μακροεντολών, τα οποία μπορούν να εισαχθούν στον ελεγκτή μέσω USB για να πραγματοποιηθεί η ενημέρωση του HMI. Το πρόγραμμα επεξεργασίας δεδομένων είναι κυρίως υπεύθυνο για την εγγραφή βιομηχανικού ελέγχου εξοπλισμού, τη λειτουργία PID, την παρακολούθηση της κατάστασης του εξοπλισμού και άλλες λειτουργίες. Το πρόγραμμα soft PLC αναπτύχθηκε από το λογισμικό Infoteam OpenPCS από τη Γερμανία, το οποίο υποστηρίζει έξι γλώσσες IEC, συγκεκριμένα ST, IL, SFC, FBD, LD και CFC, και είναι υπεύθυνο για τη λειτουργία λογικής I/O.
Εφόσον η μονάδα μέτρησης και ελέγχου δεν χρειάζεται πάρα πολλές εφαρμογές και γραφικές διεπαφές, επιλέγεται το uC/OS-II, το οποίο είναι πολύ μικρότερο σε σχέση με την οργάνωση του ενσωματωμένου λειτουργικού συστήματος Linux. το σύστημα είναι-πλούσιο και καλύπτει λειτουργίες όπως ο προγραμματισμός εργασιών, η διαχείριση εργασιών, η διαχείριση χρόνου, η διαχείριση μνήμης και η δια-επικοινωνία και ο συγχρονισμός εργασιών [6]. Οι κύριες εφαρμογές είναι το πρόγραμμα απόκτησης δεδομένων, το πρόγραμμα ανίχνευσης I/O και το πρόγραμμα ελέγχου I/O. Ολόκληρη η ροή ελέγχου I/O φαίνεται στο Σχήμα 9. Εάν υπάρχει συναγερμός σφάλματος κυκλώματος I/O, ο χρήστης μπορεί να επιλέξει να απενεργοποιήσει και να επανεκκινήσει τη συσκευή ή να ζητήσει τεχνική υποστήριξη.
4 Συμπέρασμα
Το ενσωματωμένο σύστημα ελέγχου εξοπλισμού περιβαλλοντικών δοκιμών που σχεδιάστηκε σε αυτό το έγγραφο, ο ελεγκτής και η μονάδα μέτρησης και ελέγχου έχουν τα πλεονεκτήματα του χαμηλού κόστους, της υψηλής ενσωμάτωσης, της υψηλής ακρίβειας, της δυνατότητας επέκτασης κ.λπ. Και αξιοποιώντας πλήρως τα πλεονεκτήματα της παραγωγής εξοπλισμού περιβαλλοντικών δοκιμών της εταιρείας μας, μπορούμε να βελτιώνουμε συνεχώς την αξιοπιστία του σχεδιασμού του συστήματος ελέγχου μέσω περιβαλλοντικών δοκιμών. Το σύστημα ελέγχου χρησιμοποιείται τώρα στην τυποποιημένη σειρά περιβαλλοντικού εξοπλισμού μας, η ακρίβεια και η σταθερότητα ελέγχου έχουν φτάσει στο προηγμένο επίπεδο εσωτερικού και η διαμόρφωση υλικού είναι πλούσια, με καλή δυνατότητα επέκτασης.