Het controlesysteem is het belangrijkste onderdeel van de milieutestapparatuur en de controleprecisie heeft rechtstreeks invloed op de nauwkeurigheid en geloofwaardigheid van de milieutest die door de apparatuur wordt uitgevoerd. Momenteel is de toepassing van het controlesysteem voor milieutestapparatuur hoofdzakelijk onderverdeeld in algemene- doeleinden en gespecialiseerde typen. Een van de besturingssystemen voor algemene- doeleinden verwijst naar de traditionele combinatie van besturingsmethoden door de mens-machine-interface (HMI) en programmeerbare controller (PLC), of industriële pc-configuratiesoftware en PLC-combinatie van besturingsmethoden; speciale controller verwijst naar de controlekarakteristieken van verschillende omgevingstestapparatuur die voor de speciale controller is ontwikkeld. Het veld van de binnenlandse speciale milieuapparatuurcontroller ten opzichte van het buitenland is relatief leeg, wat ook wordt veroorzaakt door de nauwkeurigheid en stabiliteit van de binnenlandse milieutestapparatuur die over het algemeen inferieur is aan de belangrijkste redenen voor buitenlandse milieuapparatuur, dus de ontwikkeling van speciale controllers voor de ontwikkeling van binnenlandse milieutestapparatuur is van aanzienlijk belang.
1 . Ontwerpprincipe
In dit artikel is het controlesysteem voor milieuapparatuur voornamelijk gericht op de omgevingstestapparatuur van de temperatuurklasse, zoals testkamer op hoge temperatuur, testkamer op hoge en lage temperatuur, testkamer voor koude en thermische schokken, doos met constante temperatuur en vochtigheid, vochtige en hete doos. En de omgevingstestapparatuur voor temperatuurklasse bestaat meestal uit de hoofdkast, het verwarmingssysteem, het koelsysteem, het windcirculatiesysteem en het hoofdcontrolesysteem, zoals weergegeven in figuur 1.
De belangrijkste regelobjecten van de gehele apparatuur zijn onder meer: koelcompressor, elektronische expansieklep en regeling van de magneetklep voor koude afvoer in het koelsysteem; centrifugaalventilator van het windcirculatiesysteem; verwarmingssysteem in het solid-state relais en de AC-schakelaar.
De belangrijkste meetparameters van het hele apparaat zijn onder meer: de temperatuur en druk van het uitlaatgas van de compressor in het koelsysteem, de uitlaattemperatuur van de condensor, de inlaat- en uitlaattemperatuur van de verdamper, de bedrijfsstroom en -spanning van de compressor; temperatuur van de ventilator van het windcirculatiesysteem, bedrijfsstroom en -spanning; verwarmingssysteem in de bedrijfsspanning en stroom van de elektrische verwarmer; temperatuur en vochtigheid in de doos enzovoort.
In de bovenstaande meetparameters hebben sommige parameters en het besturingsproces van de apparatuur geen directe relatie, zoals de bedrijfsspanning en stroom van de compressor en de ventilator, de ventilatorsnelheid en de windsnelheid. Echter, met de snelle ontwikkeling van moderne wetenschap en technologie en industriële informatietechnologie, in de lucht- en ruimtevaart, luchtvaart, industriële toepassingen en andere gebieden van apparatuur en systemen voor betrouwbaarheid, veiligheid en economische eisen worden de eisen steeds hoger, waardoor de voorspelling van storingen en gezondheidsbeheer (Prognostics and Health Management, PHM) geleidelijk een van de reguliere ontwikkelingsrichtingen van industriële apparatuur is geworden. Het PHM-systeem moet echter worden gebouwd op basis van uitgebreide monitoring van de bedrijfsomstandigheden van de apparatuur, en het gebruik van een algemeen PLC-besturingssysteem. Te veel parameterverwerving betekent een toename van het aantal PLC-modules, wat niet alleen de productiekosten van de apparatuur verbetert, maar er ook voor zorgt dat het volume van het besturingssysteem van de apparatuur toeneemt. Met dit doel voor ogen stelt dit artikel een ingebed-gebaseerd besturingssysteem voor, door het gebruik van ingebedde systemen, om een hoge mate van vrijheid, lage kosten, doelgerichte, realtime- hoge mate van integratie van het programma te ontwikkelen, de realisatie van de volledige bewaking van de operationele parameters van de apparatuur; en gemakkelijker om complexe algoritmen te bereiken, om de regelnauwkeurigheid en stabiliteit van de apparatuur te verbeteren, zoals fuzzy PID-regelalgoritmen van de apparatuur, het gemiddelde van de anti-impulsinterferentiefiltering, de beperkende gemiddelde filtering Digitale filteralgoritmen zoals anti-impulsinterferentie gemiddelde filtering, beperkende gemiddelde filtermethode.
2. Hardware-ontwerp van het besturingssysteem
Het besturingssysteem bestaat uit een controller en een meet- en regelmodule; welke meet- en regelmodule inclusief I/O-module en meetmodule, zijn modulair opgebouwd, waarbij de configuratie van de benodigde apparatuur voor het modulair vergroten of verkleinen; en de controller alleen voor verschillende configuraties van het apparaat om de juiste software-instellingen of aanpassingen te maken. Dit is niet alleen de goedkope- aanschaf van bedrijfsparameters van de apparatuur; maar ook om de integratie van het besturingssysteem te verbeteren, de grootte van de regelmodule te verkleinen. Besturingssysteem hardware raamwerk getoond in figuur 2, de controller om de meetmodule te verkrijgen zal worden verzameld door de machineparameters, volgens de besturingsinstellingen op de I / O-module voor I / O- en PID-besturingsuitgang.
Controller en I/O-module, meetmodule gebaseerd op de 485-interface Modbus-protocolcommunicatie. Omdat de Modbus-bus op grote schaal wordt gebruikt op veel gebieden, zoals instrumentatie, intelligente hoog- en laagspanningsapparatuur, zenders, programmeerbare controllers, HMI's, omvormers, veldintelligente apparaten, enz., zorgt dit ervoor dat de controller, de I/O-modules en meetmodules een grote uitbreidbaarheid hebben en de mogelijkheid hebben om zelfstandig producten te worden.
2.1 Hardware-ontwerp van de controller
De ingebouwde controller is gebaseerd op het hardwareontwikkelingsplatform ARM Cortex-A9 quad-core microprocessor en is hoofdzakelijk verantwoordelijk voor het besturingssysteem bij de werking van de mens-machine-interface, logische bewerkingen, I/O en PID-besturing. De Exynos4412-processor die in het hardwareplatform wordt gebruikt, heeft krachtige gegevensverwerkingsmogelijkheden- en een completere hardware-interface, die een goede hardwarebasis biedt voor het bouwen van ingebedde Linux-systemen. Het functionele blokdiagram van het hardwareontwikkelingsplatform voor de controller wordt weergegeven in Figuur 3, met ingebouwde WIFI, 3G-module, 10M/100M adaptieve netwerkkaart, 10,1-inch touchscreen-LCD, 4-kanaals USB HOST enzovoort.
Het hardwareplatform ondersteunt opstarten vanaf eMMC of SD-kaart. eMMC wordt gebruikt om een systeemimage te branden, dus de controller start standaard vanuit eMMC na het inschakelen; terwijl de opstartfunctie van de SD-kaart kan worden gebruikt met USB OTG om een snelle upgrade van firmware en systeemsoftware te realiseren. wifi, wcdma 3g, lan en andere netwerkinterfaces worden gebruikt om de controller in verschillende gevallen met internet te verbinden, die kunnen worden gebruikt voor afstandsbediening, foutwaarschuwing of alarm op afstand, afstandsbediening, foutwaarschuwing of alarm op afstand, afstandsbediening, foutwaarschuwing of alarm op afstand, foutwaarschuwing of alarm op afstand, foutwaarschuwing of alarm op afstand, en afstandsbediening. WIFI, WCDMA 3G, LAN en andere netwerkinterfaces worden gebruikt om de controller onder verschillende omstandigheden met internet te verbinden, waardoor hardwareondersteuning wordt geboden voor de realisatie van afstandsbediening van apparatuur, foutwaarschuwingen of alarmen op afstand, deskundige probleemoplossing op afstand en andere nieuwe toepassingen.
Om ervoor te zorgen dat de controller hoge-snelheid, real-time betrouwbare communicatie met de meet- en besturingskaart kan realiseren, zijn de twee RS485-communicatiecircuits van de controller gebaseerd op de ADM2483. ADM2483 is een RS485-transceiver met geïntegreerde communicatie-isolatie, met de hoogste communicatiesnelheid van maximaal 500 kbps, om ervoor te zorgen dat de communicatiesnelheid en het vermogen om interferentie te weerstaan onder het uitgangspunt van het vermijden van het gebruik van opto-coupler-isolatieontwerp een groter PCB-lay-outgebied in beslag moeten nemen. Indelingsgebied. En ADM2483, die wordt gebruikt om het ontwerp van de swingrate te beperken, kan de drukdalingscontrole op een geschikt niveau beperken, waardoor de onjuiste terminalmatching en connectoren die door de BER worden gegenereerd, worden verminderd. Het interfacecircuit van de communicatiemodule heeft het ontwerp van stroom- en spanningsbegrenzing, zoals weergegeven in afbeelding 5. De spanningsregelaar D1, D2 en zelfherstellende zekeringen PTC1 en PTC2 met het interfacecircuit vormen een effectieve bescherming om de elektrische betrouwbaarheid van de 485-communicatiemodule te verbeteren.
2.2 Hardwareontwerp van meet- en regelmodule
Het hardwareblokschema van de meet- en regelmodule wordt getoond in figuur 6, met LPC1758 als de kern, verantwoordelijk voor de verwerving van apparaatbedieningsgegevens, I/O-adresdecodering en I/O-besturing; de relevante temperatuur, stroom, spanning, vochtigheid, druk en andere parameters van het apparaat via het acquisitiecircuit en vervolgens door de LPC1758 digitale filtering, opgeslagen in de FLASH; de controller kan via RS485 met de LPC1758 communiceren, de vereiste parameters voor logische bewerkingen lezen en vervolgens de I/O-besturingsopdrachten naar de LPC1758 uitvoeren na bediening; I/O-circuits omvatten transistoruitgangen, relaisuitgangen en vervolgens het I/O-besturingscommando voor de uitvoering van de LPC1758. De controller kan communiceren met de LPC1758 via RS485, de vereiste parameters voor logische werking lezen en vervolgens de I/O-besturingsopdrachten naar de LPC1758 sturen voor uitvoering na de bediening. Het I/O-circuit omvat een transistoruitgang, relaisuitgang en uitgang voor speciale toepassingen, zoals elektronische I/O-besturing van expansiekleppen, I/O-besturing van frequentieomvormers enzovoort.
Het filterbemonsteringscircuit maakt gebruik van Maxim's enkel-kanaals 24-bits ADC MAX11210, die analoge en referentie-ingangsbufferversterkers integreert en vier GPIO-poorten biedt die kunnen worden gebruikt om een externe 16-kanaals analoge schakelaar te besturen, waardoor de MAX11210 efficiënt 16-kanaals analoge signalen verzamelt en de belasting van de I/O-bronnen van de LPC1758 vermindert. Het blokschema van het bemonsteringscircuit wordt getoond in Figuur 7. Het blokschema van het bemonsteringscircuit wordt getoond in Figuur 7.
Ten slotte is, om de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van het I/O-circuit te garanderen, het I/O-statusdetectieontwerp aan het hardwarecircuit toegevoegd. Voor het uitgangspunt genereert het I/O-statusdetectiecircuit het overeenkomstige uitgangssequentiesignaal van de uitgangsstatus, en wanneer het commando van de controller om de uitgangsstatus te wijzigen naar de LPC1758 wordt verzonden en uitgevoerd, wordt de status van het uitgangspunt gewijzigd, en de LPC1758 vergelijkt het gewijzigde uitgangssequentiesignaal met het uitgangscommando van de controller om de nauwkeurigheid van de uitvoer te garanderen; terwijl het voor het ingangspunt het signaal produceert. Wanneer de ingangsstatus wordt gewijzigd, vergelijkt LPC1758 de feitelijke ingangsstatus met het ingangssequentiesignaal om te bepalen of het ingangscircuit een fout bevat.
3. Ontwerp van software voor besturingssystemen
Om te voldoen aan de multi{0}}hardware-interface van de controller, de ontwikkeling van multi-softwareprogramma-applicaties, de werking van meerdere-bestanden, systeemaanpassing en andere vereisten, heeft het ingebedde Linux-besturingssysteem, het belangrijkste applicatieprogramma, een mens-machine-interfaceprogramma, een gegevensverwerkingsprogramma, een zacht PLC-programma, zoals weergegeven in afbeelding 7. Onder hen is het HMI-programma gegenereerd door de grafische software die onder de Windows-omgeving draait door de combinatie van grafische elementen, bedieningselementen en macro-opdrachten, die via USB in de controller kunnen worden geïmporteerd om de update van de HMI te realiseren. Het gegevensverwerkingsprogramma is voornamelijk verantwoordelijk voor de industriële controlerecords van apparatuur, PID-werking, monitoring van de apparatuurstatus en andere functies. Het zachte PLC-programma is ontwikkeld door Infoteam OpenPCS-software uit Duitsland, dat zes IEC-talen ondersteunt, namelijk ST, IL, SFC, FBD, LD en CFC, en is verantwoordelijk voor de I/O-logische werking.
Omdat de meet- en regelmodule niet al te veel applicaties en grafische interfaces nodig heeft, wordt gekozen voor uC/OS-II, dat veel kleiner is in vergelijking met de ingebedde Linux-besturingssysteemorganisatie. het systeem is -rijk aan functies en omvat functies zoals taakplanning, taakbeheer, tijdbeheer, geheugenbeheer en inter-taakcommunicatie en synchronisatie [6]. De belangrijkste toepassingen zijn data-acquisitieprogramma's, I/O-detectieprogramma's en I/O-besturingsprogramma's. De volledige I/O-besturingsstroom wordt weergegeven in Afbeelding 9. Als er een I/O-circuitfoutalarm optreedt, kan de gebruiker ervoor kiezen het apparaat uit te schakelen en opnieuw op te starten, of om technische ondersteuning te vragen.
4 Conclusie
Het in dit artikel ontworpen ingebedde controlesysteem voor milieutestapparatuur, de controller en de meet- en controlemodule ervan hebben de voordelen van lage kosten, hoge integratie, hoge precisie, uitbreidbaarheid enzovoort, wat tot op zekere hoogte de kenmerken van milieutestapparatuur kan verbeteren, zoals kleine batchgroottes en vele varianten van de nadelige effecten op het ontwerp en de productie. En door volledig gebruik te maken van de voordelen van de productie van milieutestapparatuur door ons bedrijf, kunnen we de betrouwbaarheid van het ontwerp van het besturingssysteem voortdurend verbeteren door middel van milieutests. Het besturingssysteem wordt nu gebruikt in onze gestandaardiseerde reeks milieuapparatuur, de nauwkeurigheid en stabiliteit van de controle hebben het binnenlandse geavanceerde niveau bereikt en de hardwareconfiguratie is rijk, met een goed uitbreidingsvermogen.