ARM嵌入式控制器在印染设备监控中的应用.docx

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1、ARM嵌入式控制器在印染设备监控中的应用huanglj导语：针对拉幅热定型机，设计一种基于485总线的分布式监控系统。用ARM嵌入式控制器实现主、从电机的同步运行和烘房温度的控制；在PC机上用VB60设计转速和温度的监控画面；实现ARM、变频器和PC机之间的数据通讯摘要：针对拉幅热定型机，设计一种基于485总线的分布式监控系统。用ARM嵌入式控制器实现主、从电机的同步运行和烘房温度的控制；在PC机上用VB60设计转速和温度的监控画面；实现ARM、变频器和PC机之间的数据通讯。结果说明，该系统实现简单，通讯可靠，移植性强，在印染设备监控中具有很强的推广性。关键词：嵌入式；RS一485；印染设备；

2、uClinux；监控ARMEmbeddedControlleronComputerMonitoringAppliedinPrintingEquipmentFANYuzhang，LIWen-mengZhongyuanInstituteofTechnology，DepAutomation，Zhengzhou450007，ChinaAbstract：Fortenteringandthermofixingmachine，adistributedmonitoringsystembasedonthe485busisdesignedWeachievethecontrolofthemasterandslave

3、rACmotorsynchronizationandtemperatureofthedryingovenbytheARMembeddedcontrollerWealsodesignthemonitoringpictureofthespeedandtemperatureonthehostPCwithVB60andachievethedatacommunicationofARMcontrollerandinverterwithPCTheresultsshoWthatthesystemissimpleandcommunicationisreliable，anditcaneasilytransplan

4、tandstronglyexpandtomonitoringsystemsofprintingequipmentKeywords：embedded；RS一485；printingequipment；uClinux；monitoring1引言随着工业自动化进程的推进和企业信息化程度的进步，利用远端智能模块和RS一485网络构建监控工作分散、监控结果集中的分布式监控系统，由于投资费用低、构造简单、实现轻易、通讯间隔长、抗噪声等优点，在工业控制中得到了广泛的应用。而微电子技术和自动控制技术的开展。以及计算机技术迅速向非计算机领域的浸透，十分是32位微处理器ARM在国内外的广泛应用，使数字化、网络化和

5、智能化控制，成为新一代印染控制设备的主要开展方向。我们针对拉幅热定型机主、从的同步运行和烘房温度控制系统进展监控，实现了微机PC机与MICROMASTER440变频器的设站通讯，配合汉化下拉式菜单和画面显示，以及必要的操纵提示，可完成对参数的设定、运行参数的监测、运行数据和故障数据的收集。嵌入式控制器ARM除控制拉幅热定型机主、从电机的同步和烘房的温度外，还通过RS一485网络，将主、从电机的转速和烘房温度数据，传送给上位机画面实时显示。2系统的总体设计图1为系统的总体框图。ARM控制器通过两路光电脉冲发生器PG1和PG2，同时收集拉幅热定型机的主、从电机M1和M2的转速，经计算后求出两电机的

6、转速偏向，再经过智能算法，输出控制量，调整从动机的转速，使之跟随主动机。由于是变频器驱动，控制量要转换为频率的变化量。ARM控制器按确定的数据构造，把控制量送给PC机，PC机通过485接口与变频器通讯，调节变频器2输出频率，进而控制从动机M2的转速，使之与主电机同步运行。ARM控制器还通过温度检测控制电路，收集烘房温度，经过合适的算法，对烘房温度进展控制。这里重点介绍PC机与变频器和嵌入式控制器的RS一485接口设计。整个系统采用RS一485总线标准进展数据传输。PC机采用研华的MOXACP一132UL卡，它是专为工业通讯环境设计的RS一422485二串口卡，它支持2个独立的RS一422或者R

7、S一485串口，在一对多点应用环境中，每个串口最多可控制32个设备。每块卡采用自动数据流向控制ADDCAutomaticDataDirectionContro1功能，无需额外的编程，即可轻松治理RS一485半双工通讯串口数据的传送和接收。变频器采用西门子的MM440，它有统一开放的USS通讯协议，可方便的与PC机进展通讯，并可以在运行中改变变频器的运行参数。系统运行前，首先在PC机上设定变频器的内部参数，电机的转速和温度的额定值；同时开启控制器ARM，进展数据收集和运算控制。通过485总线，PC机可对主传动系统的主、从电机同步和烘房温度的控制进展实时监测。图1仅针对拉幅热定型机的同步系统，所以

8、只用了一个ARM控制器，假如需要扩展到多单元的同步控制，增加被监控的单元和控制量，可利用485接口，方便地接人多个ARM控制器。3上位机和变频器PC机与变频器的通讯采用USS协议。该协议由SIEMENSAG定义，主要以RS一485总线方式将多台西门子公司消费的变频器、直流调速器或者PLC等终端设备与工业控制计算机相连，实现远程监控。USS协议是开放的，所以为用户开发自己的基于该协议的软件产品提供了可行性。这样不仅有利于降低开发本钱，而且能充分知足特定工程的需要，方便日常的工控网络维护。USS协议支持多点联接，支持主一从存取方式，用于单主站系统，最多可链接32个站。USS协议支持可变和固定报文长

9、度，报文格式简单，通讯字符格式为：1位起始位、1位停顿位、1位校验位、8位数据位，波特率最高可达18715Kbps。图2为变频器MM440的通讯报文构造，对报文的详细字符含义不做太多解释，详见文献1，强调一点MM440支持BiCo二进制互联连接技术，用户可更方便的对它进展参数的控制。在变频器与PC机进展485通讯前，对于MM440的参数设置至关重要。首先将所有参数复位到出厂设置：P0010调试参数过滤器：30表示为工厂的设定值；P970工厂复位=1表示所有参数都复位到它们的缺省值；设置参数：P0700选择命令源=5，表示C0M链路的USS设置；PIO00频率设定值的选择=5，表示可通过USS对

10、变频器进展控制；P2020USS波特率=6，表示通讯波特率选9600；P2020USS地址号即是1，表示变频器1的地址为1；P2020USS规格化即是1，表示数值是以绝对十进制数的形式发送即4000十进制=0FA0hex即是4000Hz；P2021USS协议的PZD经过数据长度：2，表示PZD传输的是控制字和设定值，共2个；P1013USS协议的PKW长度=4，表示用4个字节读写各个参数的数值；P2021USS的停顿传输时间ms=X，表示允许用户设定一个时间X，在经过这个时间以后，假如USS通道接收不到报文，就将产生故障信号F07O。上位机和变频器通讯采用VB60编程2，程序编制上采用事件驱动

11、的通讯方式。串口每接收16个字符便激活一个OnComm事件，在OnComm消息处理函数中，参加相应的处理代码，实现对变频器参数的在线修改3。4上位机和ARM嵌入式控制器采用三星公司的32位微处理器S3C44B0，芯片的内核是1632位ARM7TDMI精简指令构造处理器，是一种低功耗，通用微处理器内核，十分合适于对价格比拟敏感产品的设计4。S3C44B0芯片除了微处理器内核外，在芯片中还集成了很多外围设备，如8通道10位ADC，1个I2CBUS控制器，LCD控制器，2通道UART。最重要的是它可以移植操纵系统uClinux进展治理。uClinux是一个优秀的嵌入式操纵系统，它很合适那些没有MMU

12、MemoryManagementUnit的处理器。没有MMU的处理器在嵌入式领域中应用相当普遍。针对uClinux内核的二进制代码和源代码都经过重新编写，以紧缩和裁剪根本的代码。这就使uClinux和标准Linux20内核相比非常小，但它仍然保持了Linux操纵系统主要优点。本系统中，我们用带uClinux操纵系统的S3C44BOX控制器，用它自带的一路10位ADC，方便的对拉幅热定型机的烘房温度进展较高精度的数据收集；通过I2C总线和外围计数芯片实现两路电机转速的收集。一个UART用作485总线接口，与PC机通讯；一个LCD控制器直接接3.5寸的STN液晶器，方便观察。由于uClinux本身

13、已经做好网络的移植，本系统采用网络芯片RTL8019AS把嵌入式接入以太网，用户可以通过阅读器访问该控制系统的运行数据，实现对系统的远程监控5。在拉幅热定型机中，作为主传动，带动布铗的主、从电机的线速度同步，是保证加工质量的关键，控制算法通常在PC机中完成，由于本系统采用32位微处理器，所以完全可以在作为下位机的ARM控制器中完成。PC机仅用于监测和变频器通讯，大大减轻了负担。而且S3C44B0具有很好的移植性，可以作为模块方便的挂在485总线上。嵌入式控制器S3C44B0和PC机之间，我们定义了下面的收发协议，如图3所示。其中命令包括复位命令和发送命令，假设接收方在约定时间内未收到发送命令帧

14、，那么发送复位帧，双方回到通讯程序的开场，清空缓冲区，然后重新同步，详细流程如图4所示。以下为ARM控制器发送数据的主程序流程：while1/主循环ifrecv_cmdtype=0/CRC校验发生帧错误continue；switchtypecase_ADDR：/是本机地址send_ack_OK，0，dbuf；/发送应答信息break；case_GETDATA_：/是发送命令帧len=strlendbuf；send_data_DATA，len，dbuf；/发送收集数据信息case_RESET：/是复位帧break；default：break；/偷令类型错误，丢弃当前帧后返回5实验结果PC机采用V

15、B60做上位机监控画面，使用其Activex控件一MSComm，方便地实现了和多台变频器及嵌入式控制器的通讯。为了使软件更友好，采用了多文档MDIWindows界面，支持下拉菜单，弹出式窗口，最大限度地方便了用户的操纵。软件主要由以下几大模块组成，即：用户登陆模块，实时监控模块、参数设定模块，历史数据查询模块和文件治理模块。图5为实时监控模块，它的三块仪表可以显示两台主、从电机的转速和烘房的温度，当温度超过或者低于设定值时，烘房温度报警指示灯会点亮红色，并发出报警声。同样，当主、从电机转速之差超过规定偏向的2时，相应的报警指示灯也会点亮红色，并发出报警声。中间17个指示灯组成光柱，可以直观地显

16、示主、从电机转速的正负偏向。当偏向为零时，中间的绿灯亮；有偏向时，两边的黄灯亮，偏向量越大，黄灯亮得越多，光柱越长；偏向超限时，位于光柱左、右两端的红灯亮，表示主、从电机的转速失去同步，发出报警停车信号，这种设计使人机界面更加友好。6完毕语在本系统中，ARM控制器实现了对拉幅热定型机主、从电机的同步控制和烘房温度的实时控制，PC机实现了对电机转速和温度的监控。对于像这样具有多控制任务的系统，选用ARM嵌入式控制器，显示了它在控制和通讯上的优越性。固然本系统是针对拉幅热定型机设计的，但是由于485总线的节点可以扩展到32个，变频器和控制器均可进一步扩展。而且低本钱，低功耗，高性能的ARM控制器是

17、在uClinux环境下开发的，其本身的移植性强，加上PC机配置页面的灵敏性，更合适移植到其他印染设备的控制系统中，在其它工业现场的自动监控中也具有很强的推广价值。参考文献 1MIcROMAsTER440通用型变频器使用大全S 2范逸之，陈立元VisualBasic与RS一232串行通讯控制最新版M北京：清华大学出版社，2002 3陈立定Windows98下单台PC与多台变频器的串行通讯控制J微计算机信息，2001，2 4李岩，荣盘详基于S3CA4BOX嵌入式uClinux系统原理及应用M北京：清华出版社，2005 5李文蒙，范玉璋，陈晓雷印染设备嵌入式同步控制远程监控的设计J中原工学院学报，2006，1