Sistema de controle como componente mais importante do equipamento de teste ambiental, sua precisão de controle afeta diretamente a precisão e credibilidade do teste ambiental realizado pelo equipamento. Atualmente, a aplicação do sistema de controle de equipamentos de teste ambiental é dividida principalmente em-uso geral e tipo especializado. Um dos sistemas de controle-de uso geral refere-se à tradicional combinação de métodos de controle de interface homem-máquina (HMI) e controlador programável (PLC), ou software de configuração de PC industrial e combinação de métodos de controle PLC; controlador dedicado refere-se às características de controle de diferentes equipamentos de teste ambiental desenvolvidos para o controlador especial. O campo do controlador de equipamento ambiental especial doméstico em relação a países estrangeiros é relativamente vazio, o que também é causado pela precisão e estabilidade do equipamento de teste ambiental doméstico é geralmente inferior às principais razões para equipamentos ambientais estrangeiros, portanto, o desenvolvimento de controladores especiais para o desenvolvimento de equipamentos de teste ambiental doméstico é de considerável importância.
1 . Princípio de design
Neste artigo, o sistema de controle de equipamentos ambientais é orientado principalmente para equipamentos de teste ambiental de classe de temperatura, como câmara de teste de alta temperatura, câmara de teste de alta e baixa temperatura, câmara de teste de choque frio e térmico, caixa de temperatura e umidade constante, caixa úmida e quente. E o equipamento de teste ambiental da classe de temperatura geralmente consiste na caixa principal, sistema de aquecimento, sistema de refrigeração, sistema de circulação de vento, sistema de controle principal, conforme mostrado na Figura 1.
Os principais objetos de controle de todo o equipamento incluem: compressor de refrigeração, válvula de expansão eletrônica e controle da válvula solenóide de descarga a frio no sistema de refrigeração; ventilador centrífugo do sistema de circulação do vento; sistema de aquecimento no relé de estado sólido e contator AC.
Os principais parâmetros de medição de todo o dispositivo incluem: temperatura e pressão dos gases de exaustão do compressor no sistema de refrigeração, temperatura de saída do condensador, temperatura de entrada e saída do evaporador, corrente e tensão de operação do compressor; temperatura do ventilador do sistema de circulação de vento, corrente e tensão de operação; sistema de aquecimento na tensão e corrente de operação do aquecedor elétrico; temperatura e umidade dentro da caixa e assim por diante.
Nos parâmetros de medição acima, alguns dos parâmetros e o processo de controle do equipamento não têm uma relação direta, como a tensão e corrente de operação do compressor e do ventilador, velocidade do ventilador e velocidade do vento. No entanto, com o rápido desenvolvimento da ciência e tecnologia modernas e da tecnologia da informação industrial, na indústria aeroespacial, aviação, aplicações industriais e outras áreas de equipamentos e sistemas de confiabilidade, segurança e requisitos econômicos são cada vez mais elevados, levando a previsão de falhas e gestão de saúde (Prognósticos e Gestão de Saúde, PHM) tornou-se gradualmente uma das principais direções de desenvolvimento de equipamentos industriais. Porém, o sistema PHM precisa ser construído com base no monitoramento abrangente das condições de operação do equipamento e no uso de sistema de controle CLP de uso geral-. A aquisição excessiva de parâmetros significa o aumento de módulos CLP, o que não só melhora o custo de fabricação do equipamento, mas também faz com que o volume do sistema de controle do equipamento fique inchado. Para tanto, este artigo propõe um sistema de controle-embarcado, por meio do uso de sistemas embarcados para desenvolver um alto grau de liberdade, baixo custo, direcionado,-em tempo real, alto grau de integração do programa, a realização de monitoramento de todos os parâmetros operacionais do equipamento; e mais fácil de alcançar algoritmos complexos, para melhorar a precisão e estabilidade do controle do equipamento, como algoritmos de controle PID fuzzy do equipamento, a média da filtragem de interferência anti-impulso, a filtragem média limitante Algoritmos de filtragem digital, como filtragem média de interferência anti-impulso, método de filtragem média limitante.
2. Projeto de hardware do sistema de controle
O sistema de controle consiste em um controlador e módulo de medição e controle; qual módulo de medição e controle, incluindo módulo de E/S e módulo de medição, tem design modular, a configuração do equipamento necessário para o aumento ou diminuição modular; e o controlador apenas para diferentes configurações do dispositivo para fazer as configurações ou ajustes de software apropriados. Isso não é apenas aquisição-de baixo custo dos parâmetros operacionais do equipamento; mas também para melhorar a integração do sistema de controle, reduzir o tamanho do módulo de controle. Estrutura de hardware do sistema de controle mostrada na Figura 2, o controlador para obter o módulo de medição será coletado pelos parâmetros da máquina, de acordo com as configurações de controle no módulo de E/S para saída de controle de E/S e PID.
Controlador e módulo de E/S, módulo de medição baseado na comunicação do protocolo Modbus de interface 485. Como o barramento Modbus é amplamente utilizado em muitos campos, como instrumentação, aparelhos inteligentes de alta e baixa tensão, transmissores, controladores programáveis, IHMs, inversores, dispositivos inteligentes de campo, etc., faz com que o controlador e os módulos de E/S, módulos de medição tenham grande capacidade de expansão e a possibilidade de se tornarem produtos de forma independente.
2.1 Projeto de hardware do controlador
O controlador incorporado é baseado na plataforma de desenvolvimento de hardware de microprocessador ARM Cortex-A9 quad-core, é o principal responsável pelo sistema de controle na operação da interface homem-máquina, operações lógicas, E/S e controle PID. O processador Exynos4412 usado na plataforma de hardware tem recursos de processamento de dados de alto-desempenho e uma interface de hardware mais completa, que fornece uma boa base de hardware para a construção de sistemas embarcados Linux. O diagrama de blocos funcionais da plataforma de desenvolvimento de hardware do controlador é mostrado na Figura 3, com WIFI integrado, módulo 3G, placa de rede adaptativa 10M/100M, LCD sensível ao toque de 10,1 polegadas, USB HOST de 4 canais e assim por diante.
A plataforma de hardware suporta inicialização a partir de eMMC ou cartão SD. eMMC é usado para gravar a imagem do sistema, portanto, o controlador inicia a partir do eMMC por padrão após ser ligado; enquanto a função de inicialização do cartão SD pode ser usada com USB OTG para realizar uma atualização rápida de firmware e software do sistema. wifi, wcdma 3g, lan e outras interfaces de rede são usadas para conectar o controlador à internet em diferentes casos, que podem ser usadas para controle remoto, aviso ou alarme de falha remota, controle remoto, aviso ou alarme de falha remota, controle remoto, aviso ou alarme de falha remota, aviso ou alarme de falha remota, aviso ou alarme de falha remota e controle remoto. WIFI, WCDMA 3G, LAN e outras interfaces de rede são usadas para conectar o controlador à Internet em diferentes circunstâncias, fornecendo suporte de hardware para a realização de controle remoto de equipamentos, aviso remoto de falha ou alarme, solução de problemas remotos especializados e outras novas aplicações.
Para garantir que o controlador possa realizar comunicação confiável em alta-velocidade em tempo real-com a placa de medição e controle, o design do circuito de comunicação RS485 do controlador é baseado no ADM2483. ADM2483 é um dispositivo transceptor RS485 de isolamento de comunicação integrado, a mais alta taxa de comunicação de até 500kbps, a fim de garantir que a taxa de comunicação e a capacidade de resistir a interferências sob a premissa de evitar o uso de opto-o projeto de isolamento do acoplador precisa ocupar uma área maior de layout de PCB. Área de layout. E o ADM2483 usado para limitar o projeto da taxa de oscilação, o controle de queda da taxa de oscilação de pressão em um nível apropriado, pode reduzir a correspondência inadequada de terminais e conectores gerados pelo BER. O circuito de interface do módulo de comunicação adota o projeto de limitação de corrente e tensão, conforme mostrado na Figura 5, regulador de tensão D1, D2 e fusíveis de auto{15}}recuperação PTC1 e PTC2 ao circuito de interface para formar uma proteção eficaz para melhorar a confiabilidade elétrica do módulo de comunicação 485.
2.2 Projeto de hardware do módulo de medição e controle
O diagrama de blocos de hardware do módulo de medição e controle é mostrado na Figura 6, tendo LPC1758 como núcleo, responsável pela aquisição de dados de operação do dispositivo, decodificação de endereços de E/S e controle de E/S; a temperatura, corrente, tensão, umidade, pressão e outros parâmetros relevantes do dispositivo através do circuito de aquisição, e depois pela filtragem digital LPC1758, armazenada no FLASH; o controlador pode se comunicar com o LPC1758 através de RS485, ler os parâmetros necessários para operações lógicas e, em seguida, os comandos de controle de E/S para a execução do LPC1758 após a operação; Os circuitos de E/S incluem saídas de transistor, saídas de relé e, em seguida, o comando de controle de E/S para a execução do LPC1758. O controlador pode se comunicar com LPC1758 através de RS485, ler os parâmetros necessários para operação lógica e, em seguida, enviar os comandos de controle de E/S para LPC1758 para execução após a operação. O circuito de E/S inclui saída de transistor, saída de relé e saída para aplicações especiais, como E/S de controle de válvula de expansão eletrônica, E/S de controle de conversor de frequência e assim por diante.
O circuito de amostragem de filtro usa o ADC MAX11210 de 24 bits de canal único da Maxim, que integra amplificadores de buffer de entrada analógicos e de referência e fornece quatro portas GPIO que podem ser usadas para controlar um switch analógico externo de 16 canais, o que faz com que o MAX11210 colete com eficiência sinais analógicos de 16 canais e reduz a carga sobre os recursos de E/S do LPC1758. O diagrama de blocos do circuito de amostragem é mostrado na Figura 7. O diagrama de blocos do circuito de amostragem é mostrado na Figura 7.
Finalmente, para garantir a precisão e confiabilidade do circuito de E/S, o projeto de detecção de estado de E/S é adicionado ao circuito de hardware. Para o ponto de saída, o circuito de detecção de estado de E/S gera o sinal de sequência de saída correspondente do estado de saída, e quando o comando do controlador para alterar o estado de saída é enviado ao LPC1758 e executado, o estado do ponto de saída é alterado, e o LPC1758 compara o sinal de sequência de saída alterado com o comando de saída emitido pelo controlador para garantir a precisão da saída; enquanto que, para o ponto de entrada, produz Quando o estado de entrada é alterado, o LPC1758 compara o estado de entrada real com o sinal de sequência de entrada para determinar se o circuito de entrada está com erro.
3. Projeto de software de sistema de controle
Para atender à interface de vários-hardwares do controlador, ao desenvolvimento de aplicativos de programas de vários-softwares, à operação de vários-arquivos, à personalização do sistema e outros requisitos, o sistema operacional Linux incorporado, o programa de aplicação principal tem um programa de interface homem-máquina, um programa de processamento de dados, um programa de soft PLC, conforme mostrado na Figura 7. Entre eles, o programa HMI é gerado pelo software gráfico rodando em ambiente Windows através da combinação de elementos gráficos, controles e comandos macro, que podem ser importados para o controlador via USB para realizar a atualização da IHM. O programa de processamento de dados é responsável principalmente pelo registro de controle industrial do equipamento, operação PID, monitoramento do status do equipamento e outras funções. O programa soft PLC é desenvolvido pelo software Infoteam OpenPCS da Alemanha, que suporta seis linguagens IEC, nomeadamente ST, IL, SFC, FBD, LD e CFC, e é responsável pela operação lógica de E/S.
Como o módulo de medição e controle não precisa de muitos aplicativos e interfaces gráficas, o uC/OS-II, que é muito menor em relação à organização do sistema operacional embarcado Linux, é escolhido. o sistema é rico em-recursos, abrangendo funções como agendamento de tarefas, gerenciamento de tarefas, gerenciamento de tempo, gerenciamento de memória e comunicação e sincronização entre-tarefas [6]. As principais aplicações são programa de aquisição de dados, programa de detecção de E/S e programa de controle de E/S. Todo o fluxo de controle de E/S é mostrado na Figura 9. Caso haja um alarme de erro no circuito de E/S, o usuário pode optar por desligar e reiniciar o dispositivo ou solicitar suporte técnico.
4 Conclusão
O sistema de controle de equipamento de teste ambiental incorporado projetado neste artigo, seu controlador e módulo de medição e controle têm as vantagens de baixo custo, alta integração, alta precisão, capacidade de expansão e assim por diante, o que pode melhorar até certo ponto as características do equipamento de teste ambiental, como tamanho de lote pequeno e muitas variedades de efeitos adversos no projeto e produção. E ao utilizar plenamente as vantagens da produção de equipamentos de teste ambiental da nossa empresa, podemos melhorar continuamente a confiabilidade do projeto do sistema de controle por meio de testes ambientais. O sistema de controle é agora usado em nossa série padronizada de equipamentos ambientais, a precisão e a estabilidade do controle atingiram o nível avançado doméstico e a configuração de hardware é rica, com boa capacidade de expansão.