時間：2022-08-04 08:53:53
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1并行通信與串行通信工程應(yīng)用中
為實現(xiàn)分散控制和集中管理，控制系統(tǒng)的各個部分必定要相互進行數(shù)據(jù)通信。按照傳輸方式，可分為并行通信與串行通信。并行數(shù)據(jù)通信是以字節(jié)或字尾單位的數(shù)據(jù)傳輸方式，其特點是傳輸速度快，但傳輸線的根數(shù)多。適用于近距離數(shù)據(jù)傳輸。串行數(shù)據(jù)通信是以二進制的位（bit）為單位的數(shù)據(jù)傳輸方式，每次只傳送1位，適用于舉例較遠的場合。工業(yè)控制一般使用串行通信。PC機和PLC都有通用的串行通信接口，例如RS-232C和RS-485接口。
2異步通信與同步通信在實際通信中
操作時很難保證數(shù)據(jù)接收方和發(fā)送方有相同的傳輸速率，為了保證發(fā)送過程和接受過程同步，不發(fā)生累計誤差造成的錯位?？梢愿鶕?jù)實際通信要求選用同步或異步通信方式。異步通信發(fā)送字符的信息格式有1個起始位，7、8個數(shù)據(jù)位，1個奇偶校驗位（可省略），1、2個停止位組成。在通信開始之前，通信雙方需要對所采取的信息格式和數(shù)據(jù)傳輸速率作相同的約定。由于1個字符中包含的位數(shù)不多，及時發(fā)送方和接受方的收發(fā)頻率略有不同，也不會因兩臺設(shè)備之間的時鐘脈沖周幾的積累誤差而導(dǎo)致收發(fā)錯位。其特點就是傳送附加的非有效信息較多，傳輸效率稍低。同步通信方式以字節(jié)為單位（8bit），每次傳送1、2個同步字符，若干個數(shù)據(jù)字節(jié)和校驗字節(jié)。在同步通信中，發(fā)送方和接收方要保持完全同步，因此要用調(diào)制解調(diào)的方式從數(shù)據(jù)流中提取出同步信號，使接收方得到與發(fā)送方完全相同的接收時鐘信號。其傳輸速率較高，一般用于高速通信。
3單工通信方式與雙工通信方式
單工通信方式只能延單一方向發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。雙工方式的數(shù)據(jù)可以沿兩個方向傳送，每一個站既可以發(fā)送數(shù)據(jù)也可以接收數(shù)據(jù)。雙工方式又分為全雙工和半雙工兩種方式。
二PLC通訊功能介紹
PLC其它PLC，變頻器，PC機，遠程設(shè)備，工業(yè)以太網(wǎng)等按照不同的通信協(xié)議進行通信，文章主要介紹PLC與PC機之間的通信。PLC與使用自由端口模式的PC機的通信：自由端口模式為PC機與PLC之間的通信提供了一種方便和靈活的方法。在自由端口模式，PLC的串行通信有用戶程序控制，可以用接收完成中斷、字符接收中斷、發(fā)送完成中斷、發(fā)送指令和接受指令來控制通信過程。發(fā)送指令（XMT）啟動自由端口模式下數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)送。通過指定的通信端口，發(fā)送存儲在TBL中的信息（最多255個字符）。發(fā)送結(jié)束時可以產(chǎn)生中斷事件。接收指令（RCV）初始化或終止接收信息的服務(wù)（最多255個字符）。通過指定端口，接收的信息存儲在TEL中。在接收完最后一個字符時，或每接收一個字符均可產(chǎn)生一個中斷。
三VB通信功能的介紹
1Windows環(huán)境下上位機通信軟件介紹
在Windows環(huán)境下，上位機與PLC實現(xiàn)串行通信，需要有軟件提供人機交互平臺，實現(xiàn)通信控制。常用的可實現(xiàn)串行通信的軟件有WinCCflexible組態(tài)軟件和VB程序設(shè)計軟件。由于實際工程需要的多變性及復(fù)雜性，多選用VB搭建人機交互平臺。VB不僅能實現(xiàn)串行通信，還能滿足各種工程實際的不同要求，設(shè)計不同的面向?qū)ο蟮墓ぷ鞔翱诮缑?。它本身提供的各種控件，可以方便簡易的實現(xiàn)各種設(shè)計要求。
2MSComm控件的屬性
VB提供了一個串行通信控件MiscrosoftCommControl，即MSComm控件。編程人員只需要設(shè)置和監(jiān)視MSComm控件的屬性和事件，就可以輕而易舉的實現(xiàn)串行通信。MSComm控件提供了兩種處理方式，即可產(chǎn)生兩種事件進行通信，事件驅(qū)動方式和查詢方式。事件驅(qū)動方式：Rthreshold屬性非0時，收到的字符或傳輸線發(fā)生變化時就會產(chǎn)生串口事件OnCome。通過查詢CommEvernt屬性可以捕獲并處理這些通信事件。查詢方式：通過查詢接收緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)（InputBufferCount）屬性值，處理接收到的信息。
四應(yīng)用實例
城市交通路口信號控制充分應(yīng)用了這一通訊功能的應(yīng)用?，F(xiàn)代社會多變的交通狀況。傳統(tǒng)的交通控制方法已經(jīng)不能解決目前的城市交通問題，因此基于PLC可通信的控制系統(tǒng)可時效性的解決這一問題。
五結(jié)束語
1改造方案
①把控制系統(tǒng)移入DCS系統(tǒng)，神華某電廠#1機組主機DCS系統(tǒng)是艾默生公司的OVATION控制系統(tǒng)，從備品備件到技術(shù)支持始終提供很好的服務(wù)，把旁路系統(tǒng)兼容到DCS中會節(jié)省很大一筆開支。由于旁路系統(tǒng)實際不存在自動控制和保護功能，可以再保留基本功能的前提下簡化控制回路，OVATION控制系統(tǒng)的編輯功能強大，以后如需要恢復(fù)其他功能仍然可以很方便的增加。
②將旁路上的人機操作界面完全做到DCS中，操作人員已經(jīng)很熟悉這套系統(tǒng)，不再進行培訓(xùn)學習，節(jié)省了大部分時間。同時也不會再出現(xiàn)類似改造前系統(tǒng)的通訊故障的缺陷，便于機組的穩(wěn)定運行。
③就地旁路控制系統(tǒng)取消PLC卡件，可以補充到其他系統(tǒng)應(yīng)用中，以后的檢修和維護方便。同時旁路控制系統(tǒng)和其他系統(tǒng)的聯(lián)系取消，只作為單純的閥門控制，不容易誤發(fā)誤動旁路控制，便于機組的安全穩(wěn)定。
2旁路系統(tǒng)控制
回路改造方案的實施利用1號機組停機檢修的機會，專業(yè)技術(shù)人員對上述方案進行了相應(yīng)的實施，首先為了降低改造成本和改造工作量，將原有的閥門定位器保留，原閥門到旁路控制柜電纜保留。拆除設(shè)備與DCS之間的信號線接口在旁路控制柜內(nèi)。同時為了降低造價，節(jié)省時間，在就地核實元件安裝位置后用DCS中測點代替旁路系統(tǒng)的監(jiān)視點。旁路改造后，主控制立盤旁路觸摸屏不再使用，旁路系統(tǒng)所有閥門在DCS中做畫面及操作端，高旁、低旁蒸汽閥，高低旁噴水閥由運行人員根據(jù)需要手動控制開度。壓力、溫度在畫面上顯示供運行人員參考。油站油壓低報警信號送至畫面顯示，并在DCS中組態(tài)邏輯。
二改造效果分析
1技術(shù)效果分析
通過此次#1機組旁路控制系統(tǒng)技術(shù)改造，解決了如下問題：
①用戶自主設(shè)計并優(yōu)化的旁路控制系統(tǒng)邏輯，較之原有邏輯，結(jié)構(gòu)簡單，功能強大，歷史數(shù)據(jù)分析方便，為國內(nèi)引進的同類型旁路改造提供成功的方案，具有重要的推廣價值。
②旁路控制系統(tǒng)的操作畫面設(shè)計界面友好，顯示信息量較原有系統(tǒng)大大提高，方便運行操作，降低了運行員誤操作的可能性。
③將旁路控制系統(tǒng)的功能全部由新增的冗余OVATION控制實現(xiàn)，與DCS系統(tǒng)在同一網(wǎng)絡(luò)框架下，具備了歷史數(shù)據(jù)收集、SOE功能、操作員時間記錄功能等分析功能，解決了原控制系統(tǒng)集成度不高，技術(shù)相對落后、設(shè)計復(fù)雜、控制器無法實現(xiàn)冗余控制、無歷史數(shù)據(jù)收集及SOE功能、安全系數(shù)不高、控制邏輯不透明等問題，增強了控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性、增加了系統(tǒng)的透明度和易用性、降低了維護成本。OVATION控制系統(tǒng)采用標準化的模塊和軌道方式搭建系統(tǒng)，系統(tǒng)集成程度高，解決了原旁路控制柜內(nèi)接線過于密集、柜內(nèi)大量使用繼電器、隔離開關(guān)等設(shè)備、繼電器控制回路大量使用導(dǎo)致系統(tǒng)故障點曾都等問題。
2安全效果分析
OVATION系統(tǒng)與旁路優(yōu)化整合后，系統(tǒng)故障率明顯降低，機組安全性大大提高，改造前，控制系統(tǒng)每年發(fā)生故障次數(shù)十幾次，從改造完后運行至今，尚未發(fā)生旁路系統(tǒng)問題導(dǎo)致的機組安全事故。
3經(jīng)濟效果分析
①改造后原控制系統(tǒng)各部件給其它組提供了大量的備件。原控制系統(tǒng)使用的部分卡件、元件采購價格昂貴，且采購周期長，改造至DCS系統(tǒng)后，可以使用DCS系統(tǒng)的備品備件，這樣就大大降低了機組備件的庫存量，節(jié)省資金，系統(tǒng)改造后更換下來的控制卡件為其他機組控制系統(tǒng)提供了備品備件。
該控制系統(tǒng)主要由刀臺控制器、刀臺電機、內(nèi)置編碼器、電磁閥和接近開關(guān)等組成。刀臺控制器采用的是意大利DUPLOMATIC公司生產(chǎn)的DDC4控制器，該控制器能驅(qū)動刀臺電機旋轉(zhuǎn)和定位，在車絲機上使用具有安裝簡易、功能強大的特點，還能通過RS232與電腦連接實現(xiàn)遠程控制和診斷，其特性主要有：
（1）自動尋找最佳路徑；（2）外部選擇運轉(zhuǎn)方向；（3）自動尋找參考點；（4）對位置代碼進行奇偶檢驗；（5）高級診斷功能；（6）可選2種位置范圍；（7）可選不同轉(zhuǎn)動慣量；（8）維修時可降速運行；（9）可通過CNC或PC進行“安全”設(shè)定。DDC4控制器有多組不同的輸入/輸出信號，對應(yīng)著不同的功能，主要包括有：a.輸出到CNC的信號：LOCKED:刀臺鎖緊INDEXD:刀臺到位（用于啟動軸運行）ALBIT1，ALBIT2，ALBIT4：報警代碼ALPOS1，ALPOS2，ALPOS4，ALPOS8，ALPOS16：次報警代碼b.輸出到電磁閥的信號：EVLOCK:鎖緊閥EVULCK:解鎖閥c.從CNC來的輸入信號：PBIT01，PBIT02，PBIT04，PBIT08，(PBIT16):位置代碼PARITY:對位置代碼進行奇偶檢驗PSTART:啟動刀臺循環(huán)MODE01，MODE02，MODE03：選擇運行模式SPDSEL:選擇標準/維修速度d.從刀臺來的輸入信號：LOCKSW:刀臺鎖緊接近開關(guān)ULCKSW:刀臺解鎖接近開關(guān)（刀臺允許運轉(zhuǎn)）ZEROSW:刀臺參考點接近開關(guān)（HOME點）MOTOVL:電機溫度檢測開關(guān)（常閉點）INPUT1：備用INPUT2：備用e.設(shè)定組態(tài)的輸入信號：PTAB01，PTAB02：設(shè)定8/12個位置PTAB03：設(shè)定低/高轉(zhuǎn)動慣量
2控制系統(tǒng)的運行模式
該系統(tǒng)通過CNC輸出給控制器上MODE01，MODE02和MODE03的信號不同來選擇不同的運行模式，這三個信號由CNC的輸出點Y3.5，Y3.6和Y3.7相對應(yīng)來控制，該系統(tǒng)可選的模式有多種，具體如下所示。
2.1運行模式：急停/復(fù)位模式MODE01，MODE02和MODE03的信號為000時選擇該模式，這種運行模式有兩個作用，一是停止刀臺的所有動作（急停），另一個是消除掉現(xiàn)有的所有報警（復(fù)位）。選定時間超過30ms后，該模式才能被控制器讀取。選定或退出運行模式時不需要進行復(fù)位，但是，從一個運行模式轉(zhuǎn)到另一個運行模式時可能會檢測到一個短暫的急停信號。當從0#運行模式轉(zhuǎn)換到其它運行模式時，報警將會清除，而且必須等待800ms后才能啟動PSTART信號。
2.2運行模式：自動模式MODE01，MODE02和MODE03的信號為100、010、110時分別對應(yīng)選擇1、2、3#運行模式，這三種運行模式一般用于驅(qū)動刀臺旋轉(zhuǎn)，只有在選定好所需的位置代碼并且給出啟動信號后，刀臺才會自動旋轉(zhuǎn)到位，具體過程如下：（1）清除所有的報警；（2）通過MODE01，MODE02和MODE03選定自動模式；（3）選定位置代碼，可通過手冊選定查找；（4）在5s內(nèi)啟動PSTART信號（該信號保持ON狀態(tài)不少于30ms），使刀臺旋轉(zhuǎn)。
2.3運行模式：點動模式MODE01，MODE02和MODE03的信號為001時選擇該模式，在該模式下，刀臺將按照選定的方向旋轉(zhuǎn)一個位置，具體過程如下：
（1）清除所有的報警；（2）通過MODE01，MODE02和MODE03選定點動模式；（3）選定旋轉(zhuǎn)方向（當PBIT01，PBIT02信號為10時，選擇順時針方向旋轉(zhuǎn)；當PBIT01，PBIT02信號為01時，選擇逆時針方向旋轉(zhuǎn)）；（4）在5s內(nèi)啟動PSTART信號（該信號保持ON狀態(tài)不少于30ms），使刀臺旋轉(zhuǎn)。
2.4運行模式：服務(wù)模式MODE01，MODE02和MODE03的信號為101時選擇該模式，在該模式下，刀臺可以執(zhí)行單個的指令，比如解鎖指令、旋轉(zhuǎn)指令、鎖緊指令等，具體過程如下：（1）清除所有的報警；（2）通過MODE01，MODE02和MODE03選定服務(wù)模式；（3）選定需要執(zhí)行的指令（當PBIT01，PBIT02，PBIT04，PBIT08，PARITY信號為00100時，執(zhí)行刀臺鎖緊命令；當該組信號為00010時，執(zhí)行刀臺解鎖命令；當該組信號為10001時，執(zhí)行刀臺順時針旋轉(zhuǎn)一位命令；當該組信號為01001時，執(zhí)行刀臺逆時針旋轉(zhuǎn)一位命令；當該組信號為10000時，執(zhí)行刀臺順時針持續(xù)旋轉(zhuǎn)命令；當該組信號為01000時，執(zhí)行刀臺逆時針持續(xù)旋轉(zhuǎn)命令）；（4）在5s內(nèi)啟動PSTART信號（該信號保持ON狀態(tài)不少于30ms），使刀臺執(zhí)行相應(yīng)的指令。
2.5運行模式：安全模式MODE01，MODE02和MODE03的信號為111時選擇該模式，在該模式下，刀臺的標準動作將會改變，即使刀臺存在某些故障，刀臺也能運轉(zhuǎn)，具體過程如下：（1）清除所有的報警；（2）通過MODE01，MODE02和MODE03選定安全模式；（3）選定需要執(zhí)行的指令（當PBIT01，PBIT02，PBIT04，PBIT08，PARITY信號為10001時，回參考點；當該組信號為01001時，解鎖接近開關(guān)無效；當該組信號為11000時，鎖緊接近開關(guān)無效；當該組信號為00101時，設(shè)定當前位置為1號刀位，并且使參考點接近開關(guān)無效；當該組信號為10100時，刀臺速度降低30%；當該組信號為01100時，電機內(nèi)溫度檢測開關(guān)無效；當該組信號為11101時，強制最近一次報警的次報警代碼輸出為ON或OFF；當該組信號為00011時，強制為串行輸出模式；當該組信號為10010時，強制狀態(tài)輸出點為ON或OFF；當該組信號為01010時，進行自動測試功能；當該組信號為11110時，復(fù)位到標準功能）；（4）啟動PSTART兩次（間隔大約50ms）來激活所需的指令。
3系統(tǒng)的故障診斷
該控制系統(tǒng)能持續(xù)不斷地進行自我診斷并且顯示報警狀態(tài)，報警信息由兩位代碼組成。主代碼通過ALBIT1，ALBIT2，ALBIT4輸出確定，可通過CNC的輸入點X9.0，X9.1，X9.2查看，次代碼通過AL－POSXX輸出確定，可通過CNC的輸入點X9.3～X9.7查看，通過這兩位代碼組成的報警號查找手冊就可確定具體的故障點。
4結(jié)束語
拖拉機動力輸出軸連接藥液泵，開始噴霧前打開與藥箱連接的吸水閥門，關(guān)閉快速管接頭閥門;控制系統(tǒng)經(jīng)過上電初始化設(shè)定好電動調(diào)節(jié)閥的初始開度，通過觸摸屏設(shè)定工作模式和畝噴量，并打開與噴頭連接的電動閥;拖拉機動力輸出軸運轉(zhuǎn)后，藥液從藥箱通過吸水閥門、過濾器進入藥液泵，控制系統(tǒng)通過速度傳感器實時采集作業(yè)速度，結(jié)合設(shè)定的畝噴量和采集的噴藥壓力，計算出理論的流量值，與采集到的實際流量值進行比較;經(jīng)過PID算法調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥的開度，使得實際流量值盡可能與理論流量值一致，從而實現(xiàn)變量噴霧。藥箱上安裝的超聲波液位傳感器檢測藥箱液位高度，通過觸摸屏顯示實際液位，當液位低于設(shè)定的安全值時，觸摸屏顯示“液位過低”，進行報警。當行駛到地頭轉(zhuǎn)彎作業(yè)時，控制器根據(jù)轉(zhuǎn)向控制傳感器的信號，關(guān)閉轉(zhuǎn)彎半徑內(nèi)側(cè)的閥門，防止重復(fù)噴藥。作業(yè)過程中，可以點擊觸摸屏的攝像頭按鈕切換到攝像頭界面來觀察噴霧效果。
2硬件電路設(shè)計
控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，包括DSP核心算法單元、電源電路、RS485、RS232、A/D轉(zhuǎn)換電路、開關(guān)量輸入電路、繼電器輸出電路，以及傳感器、電動閥、電動調(diào)節(jié)閥電路、觸摸屏顯示電路。
2．1核心芯片系統(tǒng)設(shè)計采用TI公司的TMS320F28335DSP作為核心控制芯片。該芯片內(nèi)置了浮點運算內(nèi)核，能夠執(zhí)行復(fù)雜的浮點運算，可以節(jié)省代碼執(zhí)行時間和存儲空間，具有精度高、成本低、功耗小、外設(shè)集成度高和數(shù)據(jù)及程序存儲量大等優(yōu)點。
2．2電源電路TMS320F28335工作時所要求的電壓分為兩部分:3．3V的Flash電壓和1．8V的內(nèi)核電壓。TMS320F28335對電源很敏感，所以選擇TI公司的雙路低壓差電源調(diào)整器TPS767D301。TPS767D301帶有可單獨供電的雙路輸出:一路固定為3．3V，另一路輸出可調(diào)。設(shè)計中選取R49為20k，R50為12k，而且TPS767D301芯片自身能夠產(chǎn)生復(fù)位信號，不需要為DSP設(shè)置專門的復(fù)位芯片。要保證系統(tǒng)可靠的工作還需要有電源管理芯片，選用TI公司的TPS3305－33D來監(jiān)控系統(tǒng)的3．3V和5V電壓。當系統(tǒng)電壓降到允許范圍以下時，產(chǎn)生復(fù)位信號使系統(tǒng)復(fù)位，保護系統(tǒng)免受低電壓影響。TPS3305－33D同時還具有看門狗功能，看門狗輸入信號WDI接DSP的XCLKOUT引腳。
2．3A/D轉(zhuǎn)換電路控制系統(tǒng)需要采集作業(yè)過程中的藥液溫度、壓力、流量、液位高度等模擬量，其中的流量、壓力轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后要進行PID運算。為了保證采集到的模擬量的準確性，選用AD公司的AD7606－4芯片完成A/D轉(zhuǎn)換。它是16位、4通道同步采樣模數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，內(nèi)置模擬輸入箝位保護，采用單電源工作方式，具有片內(nèi)濾波和高輸入阻抗，無需驅(qū)動運算放大器和外部雙極性電源，電路設(shè)計比較簡單、方便。
2．4開關(guān)量輸入電路開關(guān)量輸入電路。速度傳感器輸出的脈沖信號經(jīng)過一階RC濾波后，進入光電耦合器，經(jīng)過74HC14取反后輸出幅值為5V的脈沖信號。由于TMS320F28335的I/O電壓為3．3V，所以輸出的脈沖信號經(jīng)過74LVC4245進行電平轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為3．3V脈沖信號送入DSP的CAP引腳。轉(zhuǎn)向控制傳感器輸出高低電平信號，經(jīng)過開關(guān)量輸入電路轉(zhuǎn)換為3．3V信號后送入DSP的普通I/O口，通過判斷I/O口的高低狀態(tài)來判斷轉(zhuǎn)向。
2．5繼電器輸出電路本文選用8路NPN達林頓管ULN2803來驅(qū)動繼電器。ULN2803內(nèi)部具有集電極開路輸出和用于瞬變抑制的續(xù)流箝位二極管，輸入電壓值為TTL或5V的CMOS值，每路輸出電流可達500mA，輸出擊穿電壓高達50V，繼電器輸出電路。DSP輸出的控制信號經(jīng)過74LVC4245轉(zhuǎn)換后進入ULN2803，驅(qū)動3路繼電器來控制3路電動閥。繼電器選用OM-RON公司的G6B－1114P，控制電壓為5V，輸出電流為5A。
2．6RS485電路電動調(diào)節(jié)閥是實現(xiàn)變量噴霧的主要執(zhí)行機構(gòu)，本系統(tǒng)選用IEV2B智能電動閥門。該閥門采用伺服控制、絕對值定位、增量式調(diào)節(jié)等技術(shù)，能有效消除電動及機械部分由于慣性、機械間隙、材料應(yīng)力彈性等原因造成的誤差;采用RS485總線控制，設(shè)計中選用美國MAXIM公司生產(chǎn)的MAX1480B作為RS485數(shù)據(jù)通訊接口芯片。該芯片將光電耦合器、變壓器、DC－DC轉(zhuǎn)換器和二極管等器件組裝于單一28引腳封裝內(nèi)，構(gòu)成一個完整的RS485收發(fā)器，可通過擺率限制來降低電磁干擾和反射，允許數(shù)據(jù)傳輸速率最大可達250kbps
2．7RS232電路本系統(tǒng)選用MAX3232CSE作為RS232數(shù)據(jù)通訊接口芯片。該芯片配備專有的低漏失電壓發(fā)射器輸出狀態(tài)，通過雙電荷泵，在3．0～5．5V供壓下，表現(xiàn)出真正的RS232協(xié)議器件性能。
3觸摸屏設(shè)計
本文設(shè)計的變量噴霧控制系統(tǒng)所有的工作參數(shù)都通過觸摸屏進行設(shè)置和顯示。觸摸屏(主界面如圖8所示)顯示作業(yè)過程中的流量、行駛速度、藥液液位、噴藥壓力、藥液溫度、作業(yè)面積等參數(shù)。點擊齒輪狀的設(shè)置按鈕進入設(shè)置頁面來選定工作模式和設(shè)置作業(yè)參數(shù)，點擊閥右側(cè)對應(yīng)的開關(guān)可打開各個電動閥，點擊1號和2號攝像頭可以切換到攝像頭界面來觀察實際的噴霧效果。觸摸屏與控制器之間通過RS232串口進行通訊?？刂破鹘?jīng)過串口初始化后，首先判斷接收是否超時，未超時則讀取接收緩沖區(qū)中第1個數(shù)據(jù)，并判斷該數(shù)據(jù)的低8位是否是通訊協(xié)議首字節(jié)0x5A，是則繼續(xù)讀取剩下的有效數(shù)據(jù);當所有數(shù)據(jù)讀取完后，計算有效數(shù)據(jù)的CRC校驗和，判斷校驗和是否相符，相符則說明接收到的數(shù)據(jù)準確無誤;然后解析出數(shù)據(jù)幀中的心跳位并進行處理，通過心跳位來判斷系統(tǒng)是否存在通訊故障，心跳位處理完后，數(shù)據(jù)寫入各自對應(yīng)的寄存器。
4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，采集的流量作為反饋，與根據(jù)畝噴量和作業(yè)速度計算出的理論流量進行比較，經(jīng)過PID運算后調(diào)整電動調(diào)節(jié)閥的開度，保證實際流量與理論流量盡可能一致。
5試驗結(jié)果
本文設(shè)計的控制系統(tǒng)在山東衛(wèi)士植保機械有限公司研制的3WP－650噴桿噴霧機上進行了應(yīng)用，并在山東省德州市齊河縣延剛家庭農(nóng)場做了大量田間試驗，控制系統(tǒng)全程工作正常。3WP－650噴桿噴霧機的作業(yè)幅寬為12m，以實際流量與理論流量的誤差率為例，噴霧機行駛在不同作業(yè)速度下，取作業(yè)幅寬L=12m，噴量設(shè)定N=20L/畝，記錄觸摸屏顯示的作業(yè)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，所測數(shù)值和理論值之間的對照及計算出來的相對誤差本文設(shè)計的變量噴霧控制系統(tǒng)實際流量與理論流量的誤差在3%以內(nèi)，并且在不同的作業(yè)速度下流量值能隨著速度的變化而變化，實現(xiàn)了變量噴霧的目的。
6結(jié)語
每條生產(chǎn)線由立式上料機、高速除磷機、多道被動軋機、主動軋機、輥縫調(diào)整、在線質(zhì)量檢測、中頻退火、廢鋼剪切裝置、夾送裝置、吐絲機、輸送輥道、集卷站組成。三條生產(chǎn)線配合地輥運輸機、上料機液壓站、軋機稀油站、集卷站液壓站、卸卷站液壓站以及打包機組成系統(tǒng)。熱軋光圓盤條通過立式上料機進入高速除磷機去除表面氧化皮，然后進入被動軋機，由主動軋機帶動將鋼筋壓扁，主動軋機將鋼筋軋出花紋，通過輥縫調(diào)整調(diào)節(jié)壓軋量。軋出花紋的鋼筋進中頻退火裝置對鋼筋加熱退火，通過廢鋼剪切裝置將不合格的廢鋼碎斷處理，成品鋼筋經(jīng)夾送裝置送入吐絲機。吐出的盤圓鋼筋經(jīng)輸送輥道冷卻后送入集卷站收集，成卷后的鋼筋經(jīng)地輥運輸機送至打包機打包，最后經(jīng)卸卷站送出系統(tǒng)運至倉庫。
二控制系統(tǒng)
1系統(tǒng)組網(wǎng)考慮到生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性
以及中頻退火干擾等因素，我們選擇了市場上技術(shù)比較成熟應(yīng)用較廣的西門子系統(tǒng)。生產(chǎn)線CPU采用S7-317-2PN，地輥運輸機和各個液壓站采用S7-315-2PN，稀油站采用S7-312C+以太網(wǎng)模塊，這樣所有的設(shè)備均能通過以太網(wǎng)連接至中控室交換機，通過中控室工程師站調(diào)試設(shè)備更改程序，通過操作員站遠程操作設(shè)備，查詢各個設(shè)備的工作狀態(tài)、故障內(nèi)容等信息。在線測徑儀采用天津兆瑞公司的最新產(chǎn)品，通過以太網(wǎng)通信，能夠?qū)崟r顯示鋼筋的基圓尺寸、縱肋高度等信息，為在線質(zhì)量檢測提供了可靠保證，也為在線質(zhì)量自動調(diào)整提供了前提。所有設(shè)備通過工業(yè)以太網(wǎng)連接至主操作室交換機，實現(xiàn)實時監(jiān)控與數(shù)據(jù)交換。
2生產(chǎn)線主站與遠程
IO組態(tài)生產(chǎn)線CPU采用S7-317-2PN，按照距離遠近將設(shè)備分成7個從站，采用ET200S和ET200M的遠程IO，所有站通過工業(yè)以太網(wǎng)與主站CPU連接，7個從站分別是上料機站、軋機站、飛剪吐絲輥道站、集卷站、中頻1站、中頻2站和中頻3站。在需要操作和監(jiān)控的地方設(shè)置了觸摸屏，采用西門子的MP277觸摸屏，通過以太網(wǎng)與主站PLC通信。
3主站PLC與變頻器
DP通信現(xiàn)場變頻器均采用偉肯NXP系列，通過調(diào)取偉肯提供的GSD文件，對各個變頻器組態(tài)。根據(jù)工藝及機械要求，包括上料機的送料小車、旋轉(zhuǎn)小車和升降臺共3臺變頻器；軋機部分1臺變頻器；廢鋼剪切裝置1臺變頻器；夾送裝置1臺變頻器；吐絲機1臺變頻器；輸送輥道8臺變頻器；集卷站的升降臺、托盤、小車3臺變頻器。共計18臺變頻器，通過DP總線實時傳遞啟停信號和速度指令。
4控制要點
4.1生產(chǎn)線自動化控制
生產(chǎn)線的自動化主要體現(xiàn)在全自動上料機、全自動集卷站、全自動地輥運輸線上。全自動上料機從上料到送料再到換料，基本實現(xiàn)一鍵式操作，每次只需在原料接頭后按按鈕確認即可，整機包括二十余個接近開關(guān)和五個光電開關(guān)，為自動化提供條件。全自動集卷站與全自動地輥運輸線互相配合，實現(xiàn)自動落料，自動剪切，自動換料架，整機也有十余個接近開關(guān)和數(shù)個光電開關(guān)。全自動地輥運輸線由百余節(jié)軌道組成，料架在運輸線上自動運行，完成卸料。
4.2生產(chǎn)線速度匹配
由于整條生產(chǎn)線從上料到集卷為一整條長絲，因此對生產(chǎn)線的速度匹配提出了較高要求，特別是軋機與夾送電機之間，夾送電機太快容易將鋼筋拉細，太慢又容易堆鋼，在電機的控制模式上選擇了速度控制與轉(zhuǎn)矩控制相結(jié)合的方式，滿足了控制要求。吐絲機的速度決定了產(chǎn)品的圈形大小，而且速度的快慢與圈形的大小并不是線性的關(guān)系。最終，通過生產(chǎn)實踐，吐絲機的速度采用自動調(diào)整加手動微調(diào)的方式進行控制，滿足了產(chǎn)品質(zhì)量要求。
4.3軋機閉環(huán)控制與中頻退火
無論是生產(chǎn)線速度匹配還是中頻退火都要求軋機速度穩(wěn)定，對軋機變頻器采取帶編碼器的閉環(huán)矢量控制方式，基本滿足要求。中頻退火作為整條生產(chǎn)線的工藝核心，基本滿足了輸出穩(wěn)定、響應(yīng)迅速、高效節(jié)能的要求，為生產(chǎn)高性能產(chǎn)品提供了依據(jù)。而軋機與中頻的工藝配方也為全線的自動化與高速生產(chǎn)提供了保證。該工藝配方是合力公司幾年來生產(chǎn)實踐的結(jié)晶，具有很高的實用性和適應(yīng)性，能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量。
4.4飛剪碎斷生產(chǎn)線啟動時
中頻退火的啟動過程中產(chǎn)生質(zhì)量不能達標的廢鋼，為滿足生產(chǎn)質(zhì)量要求，需要將之從成品中去除，于是便有了飛剪碎斷裝置。該裝置是在原來的定尺剪切的基礎(chǔ)上改裝得來，用變頻器替換了伺服控制器，這就對變頻器的啟動加速和制動減速性能提出了很高要求。如果加速時間過長，在切到半圈內(nèi)不能達到生產(chǎn)線速度，就會產(chǎn)生堆鋼。如果中頻退火達到規(guī)定溫度，在停切時不能及時停車，就會造成飛車，影響生產(chǎn)線連續(xù)運行。最終采用凸輪控制模式，滿足了生產(chǎn)工藝要求，既不會使變頻器加速報警，又保證了及時制動。
三結(jié)語
繼電器控制，PLC控制，單片機控制，其中PLC檢測控制系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛。其具有以下特點：
1.1可靠性PLC不需要大量的活動元件和連線電子元件。它將控制邏輯由傳統(tǒng)的繼電器硬件運算變?yōu)檐浖\算，使得它的連線大大減少。PLC經(jīng)過多年的不斷發(fā)展，具有工業(yè)針對性，有很高的抗干擾能力。在各大PLC廠家的不斷更新發(fā)展下，PLC各模塊可靠性已經(jīng)有很大提高。與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短。PLC進行了一系列可靠性設(shè)計，例如：冗余的設(shè)計（包括硬件冗余技術(shù)和軟件冗余技術(shù)），斷電保護功能（電容電源和UPS的應(yīng)用使得斷電時有充分的處理時間），故障診斷和信息保護及恢復(fù)。PLC具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不容易發(fā)生操作的錯誤。PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計的控制裝置，它具有比PC控制更可靠的硬件和更簡單的編程語言。采用了精簡的編程語言加上強大的編譯診斷功能，編程出錯率大大降低。
1.2易操作性對PLC的操作包括程序輸入和程序更改的操作。通過專業(yè)的編程軟件進行編程并進行下載，更改程序的操作也可以直接根據(jù)所需要的接點號或地址編號進行搜索或程序?qū)ふ?，然后進行更改。PLC有多種程序設(shè)計語言可供使用。由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解。PLC具有強大的自診斷功能降低了維修人員維修技能的要求。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過軟件和硬件的自診斷，維修人員可以很快找到故障部位進行故障維修和故障排除。
1.3靈活性PLC采用的編程語言有梯形圖、功能表圖、功能模塊和語句描述等編程語言。編程方法的多樣性使編程簡單、可以使得不同專業(yè)的人員都有自己習慣的編程語言。操作靈活方便，監(jiān)視和控制變量變得十分容易。以上特點使用PLC控制系統(tǒng)具有可靠性高，程序設(shè)計方便靈活，運行穩(wěn)定，擴展性能好，抗干擾能力強等諸多優(yōu)點今后PLC控制系統(tǒng)還會得到更廣泛的使用。
二、PLC控制系統(tǒng)組成
該系統(tǒng)包含完整的PLC系統(tǒng)模塊。其中包含電源模塊，CPU-315，PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的，I/O包含開關(guān)量輸出（SM321DO），開關(guān)量輸入（SM321DI），模擬量輸入（SM331AI），模擬量輸出（SM331AO）等模塊。通訊模塊PS305。I/O組成：數(shù)字量輸入模塊（DI）：包含油箱液位高，油箱液位低，循環(huán)泵、主泵運行狀態(tài)，管路閥門狀態(tài)等。開關(guān)量輸出（DO）：包含循環(huán)泵、主泵啟停控制，加熱器啟停控制，冷卻器啟?？刂?。模擬量輸入（AI）：包含液位，流量，油溫，壓力等。
三、PLC邏輯控制
啟動邏輯：液位正常，油溫正常，管路閥門狀態(tài)正常等。停止邏輯：液位超低，壓力超低，流量超低，急停信號等。報警邏輯：液位低，壓力低，流量低，油溫低，油溫高等。
四、HMI設(shè)計
上位機與PLC通訊模塊通過Profibus總線連接，將各個參數(shù)傳給上位機通過人機界面Wincc顯示，并可以通過上位機人機界面控制液壓站的啟停。
五、液壓站群的控制
當多個液壓站需要配合工作時，可以將每一個液壓站設(shè)置一個ET-200遠程I/O站，將采集的參數(shù)通過通訊模塊傳入一個總的PLC站進行集中控制。且可以通過一個HMI就可以監(jiān)視各個參數(shù)和人工參與控制。這樣就可以更加集中地控制多個液壓站組成的液壓站群，是的多個液壓站有序有計劃的協(xié)作運行。
六、液壓站穩(wěn)定性的提高
1．1樣機單體結(jié)構(gòu)
單體樣機主要由開溝器、種箱、排種器、步進電機、覆土器、仿形機構(gòu)和地輪、模擬輪(用來模擬拖拉機前輪，測量機具前進速度)，以及機架和手柄(用來代替拖拉機頭，提供前進的動力)等組成。試驗時，將磁鋼均勻地貼在模擬輪上，開關(guān)型霍爾傳感器安裝在正對磁鋼的位置，用以測量播種機的前進速度。另外，為了獲得相對準確的機組前進速度，應(yīng)將盡可能多的磁鋼貼在拖拉機前輪上。
1．2控制原理及系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)的作業(yè)原理
利用霍爾傳感器采集拖拉機的行進速度，獲得的速度信號經(jīng)傳感器內(nèi)部電路處理后輸送給單片機;單片機根據(jù)輸入的株距計算處理后得到應(yīng)輸送給步進電機驅(qū)動器的脈沖數(shù)，從而使步進電機轉(zhuǎn)速與拖拉機前進速度保持一致，以達到均勻排種的目的。該控制系統(tǒng)主要由單片機模塊、無線傳輸模塊、人機交流模塊及驅(qū)動模塊等組成。由于單片機具有體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、功耗低、控制功能強及安裝方便等優(yōu)點，故本方案采用了深圳宏晶推出的新一代超強抗干擾、高速、低功耗的STC89C52RC單片機，其片內(nèi)帶8kB的ROM和512Byte的RAM，與傳統(tǒng)的8051單片機完全兼容?？紤]到拖拉機駕駛室和排種裝置之間存在一定距離，采用有線傳輸會使控制線路變得較為復(fù)雜。為簡化線路和增強系統(tǒng)的抗干擾性，本設(shè)計決定采用兩個單片機控制單元，一個裝在拖拉機駕駛室里邊，另一個安裝在排種器附近，兩個控制模塊之間采用NRF24L01+芯片進行信息的傳輸。主機模塊主要完成機組前進速度的采集及人機交流等功能，從機模塊主要實現(xiàn)對排種器轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)?？紤]到播種機作業(yè)過程可能需要因維修保養(yǎng)、故障排除等原因而臨時停車、地頭提升轉(zhuǎn)彎及運輸狀態(tài)等實際情況(在這些條件下顯然排種器不能繼續(xù)轉(zhuǎn)動，否則會導(dǎo)致種子的無效排種，浪費種子)，在單片機控制步進電機時，必須考慮鎮(zhèn)壓輪是否著地。為了解決此問題，該控制系統(tǒng)在鎮(zhèn)壓輪的底部安裝了一個行程開關(guān)接在控制系統(tǒng)電路中，只有當排種裝置落下時，開關(guān)閉合，控制系統(tǒng)才開始工作。
2系統(tǒng)控制硬件設(shè)計
該控制系統(tǒng)主要由機組作業(yè)速度檢測模塊、人機對話模塊、電機驅(qū)動電路模塊及無線傳輸模塊等組成。
2．1機組作業(yè)速度檢測模塊
目前對機組作業(yè)速度的測量常用到的方法有3種:增量式光碼盤脈沖個數(shù)測速、電磁式轉(zhuǎn)速傳感器測速和開關(guān)型霍爾傳感器測速。
1)增量式光碼盤脈沖測速，雖測量精確度高，但成本也高;同時，由于播種機的工作路況復(fù)雜，對傳感器的磨損較大，導(dǎo)致使用壽命較低，性價比不高。
2)電磁式傳感器相比較增量式光碼盤傳感器，優(yōu)點是其結(jié)構(gòu)簡單、成本較低;缺點是響應(yīng)頻率不高、抗電磁波干擾能力差、可靠性不高。
3)開關(guān)型霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測速較以上兩種傳感器具有以下優(yōu)點:一是抗電磁波干擾能力強;二是轉(zhuǎn)速的快慢不會影響到輸出信號的電壓幅值，即使轉(zhuǎn)速過慢的情況下也能正常工作;三是可以適應(yīng)復(fù)雜多變的田間作業(yè)環(huán)境，且結(jié)構(gòu)簡單，方便安裝與維修。因此，經(jīng)過綜合比較和分析，選用開關(guān)型霍爾轉(zhuǎn)速傳感器實現(xiàn)測速功能。其由穩(wěn)壓電源及霍爾元件。放大器、施密特觸發(fā)器、輸出晶體管組成。信號經(jīng)芯片內(nèi)部處理電路后，得到一個單片機可以識別的穩(wěn)定數(shù)字電壓信號。
2．2人機對話模塊設(shè)計
為方便駕駛員與精量播種機控制系統(tǒng)之間的雙向信息交換，該控制軟件設(shè)計了人機交互對話系統(tǒng)。人機交互對話系統(tǒng)主要是指人與計算機系統(tǒng)之間實現(xiàn)信息的交流。本文所設(shè)計的人機交互對話系統(tǒng)是通過DMT80600T080－09W型號的觸摸顯示屏實現(xiàn)的，機手不僅可以直接通過觸摸屏輸入要求的株距，而且也可查看播種狀況。其采用基于K600+內(nèi)核的DGUS軟件，具有功能強大和連接線路簡單等優(yōu)點，僅需連接4條數(shù)據(jù)線即可實現(xiàn)與單片機的信息交流．3電機驅(qū)動排種電路設(shè)計系統(tǒng)利用步進電機作為播種驅(qū)動機構(gòu)，單片機控制步進電機的電路連接如圖5所示。該控制系統(tǒng)選用的是具有步進頻率高、無低頻共振現(xiàn)象、反應(yīng)速度快等優(yōu)點的57BYGH250C混合式兩相步進電機。其扭矩為1．7N•m，步矩角為1．8°。由于單片機不能直接驅(qū)動步進電機工作，需與步進電機驅(qū)動器配合使用才能控制步進電機的轉(zhuǎn)動。因此，本文采用2M542細分型高性能步進電機驅(qū)動器，其細分數(shù)可根據(jù)需要進行設(shè)定。
2．4無線傳輸模塊設(shè)計
該控制系統(tǒng)采用型號為NRF24L01+的芯片來完成信息的無線傳輸，具有低功耗、傳輸速率快及抗干擾能力強等優(yōu)點。NRF24L01+是一款工作在2．4～2．5GHz的全球開放ISM頻段免許可證使用的單片無線收發(fā)器芯片，其輸出功率頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過SPI接口完成。另外，由于NRF24L01+的工作電壓為3．3V，因此在與單片機連接時需在電路中串聯(lián)一個1kΩ的電阻。
3系統(tǒng)控制軟件設(shè)計
整個系統(tǒng)采用模塊化編程，主要由初始化模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊及顯示模塊等組成。
4試驗與結(jié)論
4．1試驗
為了驗證該控制系統(tǒng)的可行性和可靠性，對單體樣機進行了前期的室內(nèi)試驗和數(shù)據(jù)采集，并把實際粒距與理想粒距做對比，根據(jù)JB/T10293－2001中國家對精密播種機技術(shù)條件的相關(guān)規(guī)定，玉米株距誤差在50%以內(nèi)都是符合要求的。本文設(shè)定的株距為20cm，則只要實測株距分布在［10cm，30cm］之間即可?？闯龇N子的分布情況較為理想，由此可證明本控制系統(tǒng)是可行的。
4．2結(jié)論
1)該智能控制系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)播種機的排種控制方式，實現(xiàn)了電機驅(qū)動下排種速度與拖拉機作業(yè)速度的自我匹配，避免了因為地輪滑移帶來的播種株距不穩(wěn)定問題，實現(xiàn)了排種器轉(zhuǎn)速的計算機自動控制。且由于該系統(tǒng)由電機直接驅(qū)動排種器，減少了中間環(huán)節(jié)，簡化了傳動系統(tǒng)，提高了傳動精度，有效地保證了播種株距的一致性。
