謝君紅 劉大明 靖軍紅

(海軍工程大學電氣與信息工程學院1) 武漢 430033)(91445部隊2) 大連 116043)

某特供電源的控制系統(tǒng)研究*

謝君紅1)劉大明1)靖軍紅2)

(海軍工程大學電氣與信息工程學院1)武漢 430033)(91445部隊2)大連 116043)

科學高效的內(nèi)部通信網(wǎng)絡是現(xiàn)代電源設備電控技術的關鍵因素之一,特供電源采用可靠性高、靈活性強的CAN總線進行實時控制,現(xiàn)場較好的抗干擾性和設備分系統(tǒng)的運行參數(shù)共享是該控制系統(tǒng)的主要特點。介紹了基于CAN總線技術的控制系統(tǒng)設計方案,并為該特供電源的工程實施提供了重要的依據(jù)。

CAN總線;特供電源;控制系統(tǒng)

Class NumberTJ81+0.376

1 引言

緊貼現(xiàn)實所用是科技發(fā)展的一個重要方向,提高特供電源設備的通信管理功能是優(yōu)化系統(tǒng)設計的關鍵因素。作為一種總線型拓撲網(wǎng)絡,CAN既是一個開放的通信網(wǎng)絡,又是一個全分布控制系統(tǒng)。CAN總線與一般串行通信總線(RS-232、485)相比,其數(shù)據(jù)可靠性高,實時性強,運用靈活。為滿足特供電源設備控制系統(tǒng)設計需要,采用CAN總線技術來實現(xiàn)[1]。

2 系統(tǒng)總體情況

根據(jù)整個特供電源設備的系統(tǒng)總體設計要求,電源控制系統(tǒng)應該實現(xiàn)以下功能:1)電源模塊實時選擇;2)電源模塊輸出控制;3)電源模塊實時監(jiān)控;4)特殊故障狀態(tài)應急處理。

通過觸摸屏PC機來實現(xiàn)對整個電源系統(tǒng)的控制,系統(tǒng)組成如圖1所示,整個控制系統(tǒng)由PC機、CAN適配卡和各模塊控制節(jié)點組成。PC機通過CAN適配卡實現(xiàn)對各個電源模塊的控制。

主要原理是:將PC機發(fā)送的數(shù)據(jù)和控制命令傳輸?shù)紺AN總線上,對相應節(jié)點進行控制,各個節(jié)點是控制命令的實施者,各種控制功能均通過節(jié)點來實現(xiàn)。各節(jié)點接受適配卡發(fā)送來的各種控制命令,據(jù)此進行相應的操作,并將各種控制狀態(tài)量發(fā)送回PC機,PC機則通過相應的判斷,然后進行各種控制,這樣就形成了一個完整的控制網(wǎng)絡。

圖1 控制系統(tǒng)總體結構圖

3 系統(tǒng)的軟件設計

該系統(tǒng)完全支持CAN2.0B協(xié)議,CAN的數(shù)據(jù)幀由幀起始、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域、校驗域、應答域和幀結束組成[2]。CAN信息幀的標準幀格式如圖2所示。

圖2 CAN標準幀格式

在系統(tǒng)中,主節(jié)點給從節(jié)點發(fā)送運行定值以及起停信號,并且會定時查詢各從節(jié)點分系統(tǒng)的運行狀況以對其狀態(tài)進行相應的調(diào)整,具體通信過程分為兩類:

1)主節(jié)點向從節(jié)點傳送操作命令及定值,主節(jié)點發(fā)送的是數(shù)據(jù)幀。主節(jié)點發(fā)送完數(shù)據(jù)幀后,若從節(jié)點收到該數(shù)據(jù)幀則向主節(jié)點發(fā)送確認幀,該數(shù)據(jù)幀發(fā)送結束。若發(fā)送失敗,主節(jié)點在等待一段時間后未接收到確認幀,則自動重發(fā)該數(shù)據(jù)幀;

表1 控制系統(tǒng)節(jié)點分析

2)主節(jié)點對從節(jié)點的運行狀態(tài)及各種記錄定值進行查詢,主節(jié)點發(fā)送的是遠程幀。遠程幀中只包含有數(shù)據(jù)類型而沒有數(shù)據(jù)內(nèi)容,從節(jié)點接到遠程幀后,根據(jù)主節(jié)點要求的數(shù)據(jù)類型向主節(jié)點傳送數(shù)據(jù)。同時等待主節(jié)點的確認幀。若未接收到確認幀則定時重發(fā)[3]。

該系統(tǒng)的節(jié)點分析如表1所示。

控制系統(tǒng)運行遵循圖3所示的通用流程。其中,控制器初始化過程基本上是在復位模式下進行的,主要的配置步驟是:設置時鐘分頻寄存器、選擇工作模式、設置驗收代碼和驗收屏蔽寄存器、配置驗收過濾器、設置總線定時器、配置波特率、設置輸出控制寄存器、配置輸出驅(qū)動、設置中斷使能寄存器開啟需要的中斷[4]。發(fā)送和接收數(shù)據(jù)過程如圖4和圖5所示。

4 結語

CAN總線作為一種可靠的計算機網(wǎng)絡總線已經(jīng)在現(xiàn)實生活中得到廣泛應用,使得計算機控制單元能夠通過CAN總線共享所有的信息和資源,達到簡化布線、減少器件數(shù)量、避免控制功能重復、提高系統(tǒng)可靠性和可維護性、降低成本、更好地匹配和協(xié)調(diào)各個控制系統(tǒng)的目的。本文所研究的基于CAN總線的某特供電源設備控制系統(tǒng)方案,能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約能源,優(yōu)化系統(tǒng)設計,并且技術相對比較成熟,具有高度靈活性、簡單的擴展性、優(yōu)良的抗干擾性和處理錯誤能力,對于提高特供電源設備的操作穩(wěn)定性和安全性都有重要意義。

[1]陳育良,吳忠德,汪定國.基于CAN總線電源控制系統(tǒng)設計[J].海軍航空工程學院學報,2006,1(23):137～138

[2]張曉軍,解大,蘇建設,等.基于 CAN總線的嵌入式控制系統(tǒng)[J].電網(wǎng)技術,2002,9(26):33～36

[3]支彬安,雷彬,李治源.基于CAN總線的脈沖電源控制與測試系統(tǒng)研究[J].電子測量技術,2007,8(30):167～169

[4]林云.基于CAN通信的電源監(jiān)控系統(tǒng)的設計[J].微計算機信息,2009,1-2(25):55～56

[5]Pinho LM,Vasques F.Reliable Real-tine Communication in CAN Networks IEEE T ransactions on Computers,2003,52(12):1596～1598

Study on Control System of one Special Power Supply

Xie Junhong1)Liu Daming1)Jing Junhong2)
(College of Electric and Information Engineering,Naval University of Engineering1),Wuhan 430033)(No.91445 Troops of PLA2),Dalian 116043)

Scientitic and highly efficient in-house communication network is one of the key factors of eclectic control technique of modern power equipment,CAN bus is adopted by the power supply to real-time control the system,which is reliable and flexible.The main characteristic is that anti-inteference is good and operational parameters of subsystem of power equipment are shared.The design method of control system based on CAN bus technique is introduced in this paper,and important reference is supplied for starting project of the power supply.

CAN bus,special power,control system

TJ81+0.376

2010年8月11日,

2010年9月20日

謝君紅,女,博士研究生,研究方向:電磁環(huán)境與防護技術。劉大明,男,博士生導師,研究方向:電磁環(huán)境與防護技術。