基于PROFIBUS-DP总线的数字电液比例控制器的设计

　　0 引言

　　随着现代技术的发展,目前电液比例控制器发展的2个显著特点是:(1)数字化、智能化;(2)网络化。针对上述特点,开发了一款基于PROFIBUS-DP工业现场总线的智能数字电液比例控制放大器。

　　1 系统配置

　　1.1 系统硬件组成

　　数字电液比例控制器结构如图1所示。

　　(1)核心单元

　　放大器的核心单元采用了微芯科技的DSP-dsPIC6012A来控制整个程序和实现闭环控制。该处理器高达30MIPS的工作速度,可以有效缩短闭环控 制周期;内部集成4K的EEPROM可以存放放大器的特殊数据(配置、参数、给定值选择);该处理器还集成了144K的闪存程序存储器以及8K的数据存储 器。

　　(2)输入量接口模块

　　本数字控制放大器的输入量主要有:执行元件的位置(或速度、转速)信号、执行元件的压力信号、比例电磁铁的电流采样反馈信号等。数字式传感器所输出的数字 量经光电隔离处理后通过IPO输入DSP。模拟量输入信号经过信号匹配电路转化为0~5 V的与dsPIC6012A的12位APD口匹配的电压后进行采样。

　　(3)输出量接口模块

　　数字控制放大器带有2路驱动比例电磁铁的输出接口,用于控制比例阀的电磁铁。本输出控制信号采用PWM方式,使用dsPIC6012A的输出比较模块实现。功率输出电路如图2所示。

　　(4)网络接口模块

　　本控制器带有PROFIBUS-DP总线的网络接口以及RS485接口。随着PROFIBUS现场总线的广泛应用,开发具有PROFIBUS-DP总线接 口的产品已是一种趋势。采用PROFIBUS-DP技术的数字控制比例放大器可以实现在线参数设定、故障诊断、自动报警和故障在线排除等功能,同时,借助 于PROFI-BUS现场总线技术,实现车间级和厂级的网络控制。此次开发DP接口使用了西门子的PROFIBUS-DP专用集成芯片SPC3。使用该协 议芯片开发产品抛开了复杂的通信协议,只需要较少的软件工作。PROFIBUS-DP接口电路包括2部分,一个是DSP与SPC3的连接,另一个是 SPC3与D型9针接口的连接。DP接口采用RS485串行通信方式。RTS为SPC3的请求发送信号,连接到收发器的输出使能端。RXD和TXD分别为 串行接收和发送端。为提高抗干扰性接口部分在电气上采取了隔离。总线驱动芯片选用了TI公司的SN75ALS176。RTS的光电隔离采用6N137。 TXD和RXD通道电气隔离采用HCPL7101。

　　(5)人机交互接口

　　人机接口液晶选用的是金鹏公司的OCMJ中文160@80的模块。按键采用的是开关式按键。

　　1.2 系统软件结构

　　本系统使用模块化编程,使软件可靠,通用性强且便于扩展与修改。该数字控制放大器的控制软件总体结构如图3所示。