基于PROFIBUS-DP總線的數字電液比例控制器

基于PROFIBUS-DP工業現場總線的智能數字電液比例控制器的特點是：數字化、智能化、網絡化。

1．系統硬件組成

數字電液比例控制器基本結構框圖如圖86所示。

(1)核心單元。控制器核心單元采用微芯科技的DSP-dsPIC6012A控制整個程序和實現閉環控制。處理器工作速度高達30MIPS，可以有效縮短閉環控制周期。內部集成4K的EEPROM可以存放放大器的特殊數據（配置、參數、給定值選擇），處理器還集成了144KB的閃存程序存儲器以及8KB的數據存儲器。

(2)輸入量接口模塊。控制器的輸入量主要有：執行元件的位置（或速度、轉速）信號、執行元件的壓力信號、比例電磁鐵的電流采樣反饋信號等。數字式傳感器所輸出的數字量經光電隔離處理后通過I/O輸入DSP。模擬量輸人信號經過信號匹配電路轉化為0～5V的與dsPIC6012A的12位A/D口匹配的電壓后進行采樣。

(3)輸出量接口模塊。數字控制放大器帶有兩路驅動比例電磁鐵的輸出接口，用于控制比例閥電磁鐵。輸出控制信號采用PWM方式，使用dsHC6012A的輸出比較模塊實現。功率輸出電路原理圖如圖87所示。

(4)網絡接口模塊。控制器帶有PROFIBUS-DP總線的網絡接口以及RS485接口。隨著PROFIBUS現場總線的廣泛應用，開發具有PROFIBUS-DP總線接口的產品已是一種趨勢。采用PROFIBUS-DP技術的數字控制比例放大器可以實現在線參數設定、故障診斷、自動報警和故障在線排除等功能，同時，借助于PROFIBUS現場總線技術，實現車間級和廠級的網絡控制。

DP接口使用西門子的PROFIBUS-DP專用集成芯片SPC3。使用該協議芯片開發產品拋開了復雜的通信協議，只需要較少的軟件工作。PROFIBUS-DP接口電路包括兩部分：①DSP與SPC3的連接；②SPC3與D型9針接口的連接。DP接口采用RS485串行通信方式。RTS為SPC3的請求發送信號，連接到收發器的輸出使能端。RXD和TXD分別為串行接收和發送端。為提高抗干擾性接口部分在電氣上采取了隔離。總線驅動芯片選用了TI公司的SN75ALSl76。RTS的光電隔離采用6Nl37。TXD和RXD通道電氣隔離采用HCPL7101。

(5)人機交互接口。人機接口液晶選用的是金鵬公司的OCMJ中文160×80的模塊。按鍵采用的是開關式按鍵。

2．系統軟件

系統使用模塊化編程，軟件可靠，通用性強且便于擴展與修改。控制軟件總體結構圖如圖88所示。

3．實驗

(1)控制性能試驗。將控制器用于如圖89所示的單通道位置控制液壓系統中進行試驗，測得控制器單軸伺服周期接近100μs，位置穩態控制精度可達±0.05mm。系統在恒定負載條件下的響應曲線如圖90所示。穩定時間約為200ms，幾乎沒有超調量。

(2) DP總線通信試驗。將控制器與西門子S7-300系列的CPU315-2DP組網，設定CPU315-2DP的站地址為1，控制放大器的站地址為3。