摘要：智能模塊及其分布式系統(tǒng)（SDS）在驅動控制、順序控制和過程控制系統(tǒng)中已有成功的應用。對基于CAN總線技術的智能分布式系統(tǒng)在直流傳動中的應用作了詳細分析，實驗調(diào)試成功并達到了滿意的效果，消除了“自動化信息孤島”現(xiàn)象。
關鍵詞：CAN；驅動控制；順序控制；過程控制
0 引 言
80年代后期，人們在DＣＳ的基礎上開始開發(fā)一種適用于工業(yè)環(huán)境的網(wǎng)絡結構和網(wǎng)絡協(xié)議，并實現(xiàn)傳感器、控制器層的通信，這就是現(xiàn)場總線。由于從根本上解決了網(wǎng)絡控制系統(tǒng)
的自身可靠性問題，現(xiàn)場總線技術逐漸成為了計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。從那時起，一些發(fā)達的工業(yè)國家和跨國工業(yè)公司都紛紛推出自己的現(xiàn)場總線標準和相關產(chǎn)品，形成了群雄逐鹿之勢。 近年來現(xiàn)場總線技術正走向成熟，對現(xiàn)場總線來說，不同工業(yè)部門基于不同的思路和方法出現(xiàn)了多種現(xiàn)場總線標準。各種現(xiàn)場總線有各自的應用領域和市場。本文介紹ＣＡＮ現(xiàn)場總線技術及其在SDS 系統(tǒng)中對驅動控制、順序控制、過程控制分別進行的設計和實驗。作為驅動控制的控制對象是直流電機和交流電機；順序控制的控制對象是采用可編程序控制器（PLC）的十字路口紅綠燈；過程控制的控制對象是水箱水位的控制。其中對直流電機作了正轉、反轉、正向制動、反向制動，由正（反）轉直接切換到反（正）轉的控制；對交流電機作了正反轉控制；對紅綠燈做了正常時序控制和急行時的特殊控制；對水箱水位做了水位高度穩(wěn)定的控制。利用CANBUS通過對各種不同類型控制系統(tǒng)的互聯(lián)，分時控制或同時控制，經(jīng)實踐證明效果都是滿意的，消除了“自動化信息孤島”現(xiàn)象。 1 系統(tǒng)總體設計的硬件電路 CAN總線對驅動控制、順序控制、過程控制的硬件電路圖如圖1所示：
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圖1 系統(tǒng)原理框圖 |
2 CAN總線對直流電機的正向制動控制
直流電機要作正向制動，首要的條件就是正轉和反轉必須能可靠穩(wěn)定的運行。由于我們采用的RSM 非智能模塊的通信周期較長,這對實時性要求很高的驅動控制來說是一個致命的問題。解決的辦法是采用超前預測控制。由于通信時間長，用純雙閉環(huán)PI算法很難控制電機的起動過程；當然，如果是模擬量的控制，用雙環(huán)PI就能很好的控制電機，起動快，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強。但在離散控制下，起動過程就很難優(yōu)化，要么起動時間長，要么超調(diào)大。這時在電機啟動后的前5秒采用了模糊控制算法。模糊控制具有比例調(diào)節(jié)的快速性的優(yōu)點,又很穩(wěn)定。但它有一個明顯不足就是抗干擾能力差，而雙環(huán)PI的穩(wěn)定性好，抗干擾能力也好，所以在電機運行5秒后就切換到雙環(huán)PI控制。歸納起來，在單向運行時控制方法是帶預測模糊的雙環(huán)PI控制算法。
該控制系統(tǒng)是邏輯控制的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)。工作原理是：當一組晶閘管工作時，用邏輯電路封鎖另一組晶閘管的觸發(fā)脈沖，使它完全處于阻斷狀態(tài)，確保兩組晶閘管不同時工作，從根本上切斷了環(huán)流的通路。其原理框圖如圖2所示：
(DLC—無環(huán)流邏輯控制器)
圖2 邏輯控制的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)
對無環(huán)流邏輯控制器的要求可歸納如下：
（1）由電流給定信號Ui*和零電流檢測信號Ui共同發(fā)出邏輯切換指令。當Ui*改變極性，且零電流檢測發(fā)出“零電流”信號時，允許封鎖原工作組，開放反工作組。
（2）發(fā)出切換指令后，須經(jīng)過封鎖延時時間才能封鎖原導通組脈沖；再經(jīng)過開放延時后，才能開放另一組脈沖。
（3）無論在什么情況下，兩組晶閘管絕對不能同時開放，當一組工作時，必須封鎖另一組觸發(fā)脈沖。
由以上分析可得出邏輯控制器的功能和輸入輸出信號如圖3所示。
圖3 邏輯控制器的功能和輸入輸出信號圖
3 控制結果
正向制動的流程圖如圖4所示：
對于正轉到1000 r/min的調(diào)節(jié)時間是1.2 s，超調(diào)量是2.2%，抗干擾能力是當由負載切換到空載然后穩(wěn)定在1000 r/min的時間是6 s，由空載切換到負載然后穩(wěn)定到1000 r/min的時間是6 s，靜差的波動范圍大約是0.5%，對于反轉的性能和正轉的性能是一樣的。對于正向制動能夠做到快速而平穩(wěn)的切換，中間沒有環(huán)流且能可靠地停車，大約1.5 s就可制動停車。 對于反向制動的性能和正向制動是一樣的。對于由正轉直接切換到反轉，可以做到快速地正向制動成功，然后快速地反向起動，并能在反向穩(wěn)定可靠地運行。由反轉直接切換到正轉和由正轉切換到反轉是一樣的。當然對十字路口交通燈，水箱水位的控制，交流電機的正反轉控制就相對簡單一些，控制效果也很好，鑒于文章的篇幅所限，這里不再贅述。 <!--[if !supportEmptyParas]--> <!--[endif]--> 4 結束語 1）信息網(wǎng)絡體系結構的發(fā)展與控制系統(tǒng)結構的發(fā)展有相似之處，現(xiàn)場總線系統(tǒng)的上位機已聯(lián)網(wǎng)的話，很容易將底層現(xiàn)場信息發(fā)送給上層管理層用戶及遠程用戶，真正實現(xiàn)信息共享。 2）基于ＣＡＮ總線技術的SDS系統(tǒng)總體硬件電路給出了現(xiàn)場總線系統(tǒng)的結構體系，具有典型的總線拓樸結構，各類控制系統(tǒng)能夠互聯(lián)并能分時或同時控制，并且互不干擾。 3）直流電機的驅動控制是一種很復雜、實時性要求很高的控制，采用CAN總線對它進行了實時控制，實驗效果令人滿意，這不僅僅是控制算法的問題，而是整個控制系統(tǒng)結構的一大變革。 |
流電機正向制動控制的流程圖 |
當然，我國目前現(xiàn)場總線的應用水平還不高，還存在很多不足，但這不能否認現(xiàn)場總線是我們未來自動控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。
參考文獻：
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