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基于ARM的称重给煤机控制仪表

来源:网络转载更新时间:2021-02-01 11:36:47点击次数:2075次

介绍了称重给煤机控制仪的基本结构和给煤机控制系统的硬件/软件设计,详细分析了实时多任务操作系统mC/OS-II在三星32位ARM称重控制器S3C44B0x上的移植。
给煤机控制仪表系统的硬件设计。
控制系统主要包括称重传感器信号检测、数字速度传感器信号检测、键盘输入信号扫描、LCD显示以及部分报警装置。由于本次设计对主控制器要求较高,最终采用三星基于ARM7TDMI-S内核的低功耗ARM处理器S3C44B0x作为系统的主控制器。
称重传感器的信号采集是影响该系统控制精度的重要因素之一。在该设计中,传感器桥被设计成所有四个应变仪都受力的形式。同时,由于应变式传感器的输出信号很小,对桥式电路的电压要求特别稳定,所以本系统采用具有正负压力自跟踪性能的对称电源。
传感器的信号经过放大和滤波,然后送到A/D控制器。S3C44B0x处理器集成了8路10位A/D控制器、零比较器和内部产生的比较时钟信号,支持软件使能睡眠模式,可以精确测量传感器信号。并且通过使用处理器,系统不需要扩展A/D转换芯片,降低了系统的复杂度。
速度传感器检测皮带的速度。由于电机转速一般与皮带转速不同,所以存在比例系数。为了保证精度,本设计中单独使用了速度传感器,速度传感器的脉冲输出与皮带速度成正比。通过将皮带的速度信号和称重传感器的重量信号发送到微处理器进行处理,得到以吨/小时为单位的实际流量。
通过键盘输入所需给煤量,对实际给煤量和所需给煤量进行PID运算,利用产生的控制信号控制变频器,从而控制电机转速。本系统使用的变频器为西门子MMV400,设定为4~20mA电流控制。称重控制器将用户指令与现场状态反馈进行比较,并向变频器的模拟输入端口发送4~20mA电流。然后变频器将输入的电流信号转换成相应的频率输出,控制电机。
ARM处理器的控制数据通过光电隔离发送到D/A控制器(TLC5615),转换成0~2V电压信号,然后由V/I转换器(AD694)产生4~20mA电流信号,用于精确控制电机转速。
液晶屏上显示的内容包括电机转速、所需给煤量、实际给煤量、皮带速度。LCD控制器集成在S3C44B0x中,可以将显示缓冲区中的数据传输到外部LCD驱动电路,可以支持单色、4或16灰度LCD和256彩色LCD。大量I/O端口作为中继信号输出。而S3C44B0x可以通过串口RS-232与主机通信。
仪表控制系统软件设计。
称重给煤机控制仪表软件选用嵌入式实时多任务操作系统mC/OS-II。它是一个实时多任务操作系统,具有开源代码、可移植性、固化性、裁剪性和抢占性。它的源代码大部分是用ANSIC写的,移植方便,运行稳定可靠。目前已经成功移植到几十个8位到64位的微处理器和微控制器上。
mC/OS-II在S3C44B0x上的移植。
移植mC/OS-II主要包括:声明三个宏(on中断、off中断、任务切换);设置堆栈的增长方向;声明10个编译器相关的数据类型;用C语言写6个与操作系统相关的函数(OS-CPU-C.C任务栈初始化和5个钩子函数);写四个处理器相关的函数(OS-CPU。汇编语言中的。
用汇编语言写四个处理器相关的函数如下。
MC/OS-II需要先访问代码的关键断点,访问完成后重新允许断点。操作系统通过OS_enter_critical()和OS_exit_critical()函数实现开断。
在mC/OS-II中,OS-STK-GROWTH用来指定栈的增长方向,其中0表示从低地址到高地址的增长,1表示相反。但是使用的ADS编译器只支持从高地址到低地址的增长,所以OS-STK-GROWTH应该设置为1。
然后用汇编语言编写四个处理器相关的函数,放入函数OS-CPU。ASM,完成OS-CPU的移植。ASM文件。上层任务调度部分不需要任何改动。MC/OS-II在S3C44B0x处理器上可以正常运行。
系统任务的划分和调度。
嵌入式实时系统中的任务不同于前端和后端系统中的子程序模块。一般一个任务对应一个独立的主程序,可以调用子程序,使用中断等各种系统资源。嵌入式系统的任务划分是将系统中需要处理的事情划分成相对独立的任务模块,依次设置任务,分配不同的优先级。在主程序中,需要做的是建立这些模块的任务,然后每次执行就绪任务队列中优先级最高的任务。根据该电子衡器的特点,任务可分为:键盘扫描、传感器信号检测、电机减速、电机增速、LCD显示。
MC/OS-II任务是按照优先级来调度的,所以每个任务必须分配不同的优先级,其中0、1、2、3、OS_lower_prio-3、OS_lower_prio-2、OS_lower_prio-1、OS_lower_prio是系统使用的。
根据实时性要求和每个任务的重要性,将上述任务的优先级分配为12、6、7、8、13等。任务优先级编号越低,优先级越高。
称重给煤机控制仪启动时,如果一切正常启动,则执行给煤任务;在运行过程中,如果传感器信号检测到给煤量过大,信号将被发送到电机减速任务;否则,信号将被发送到电机加速任务。此外,当出现一些故障和危险时,会向停机任务发送信号。总之,在控制仪表中,信号和信息不断传递,使每个任务不断切换和操作,整个控制仪表可以正常连续工作。
结论。
本文设计的称重给煤机控制仪主要用于火力发电厂的磨煤机制粉系统。它是火力发电厂的重要辅助设备,与磨煤机设备配合,承担向系统定量均匀供煤的任务。该系统还可应用于冶金、化工等部门的散状物料计量输送系统,对节约能源、提高经济效益、保障安全具有重要意义。
该控制仪表系统经过多次现场调试和运行,能够很好地完成电厂的给煤任务。

 

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