易定忠，王穎，李鐵，谷曉黎

（三一重型裝備有限公司智能研究院，遼寧 沈陽 110027）

基于SYMC和VC＋＋掘進(jìn)機(jī)電氣試驗(yàn)臺控制系統(tǒng)設(shè)計

易定忠，王穎，李鐵，谷曉黎

（三一重型裝備有限公司智能研究院，遼寧 沈陽 110027）

基于SYMC和VC＋＋，設(shè)計了一種新型的電氣試驗(yàn)臺自動控制系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)的主要特點(diǎn)及功能，給出了系統(tǒng)構(gòu)成框圖、通信形式、控制邏輯及軟件設(shè)計方法。經(jīng)推廣實(shí)踐應(yīng)用證明，系統(tǒng)智能化程度高、檢測準(zhǔn)確，達(dá)到了設(shè)計要求。

SYMC；VC＋＋；CAN；RS485；PCI板卡

0 引 言

目前掘進(jìn)機(jī)市場電控箱采用人工檢驗(yàn)的方式，檢驗(yàn)手段落后，工作效率低；新產(chǎn)品的電控系統(tǒng)程序開發(fā)無檢驗(yàn)手段和測試工具。

本文介紹的掘進(jìn)機(jī)電氣試驗(yàn)臺控制系統(tǒng)采用SYMC和VC＋＋來實(shí)現(xiàn)各種控制功能，SYMC作為下位機(jī)直接控制電控箱中各電機(jī)及元器件，上位機(jī)采用VC＋＋開發(fā)的軟件進(jìn)行檢驗(yàn)及監(jiān)控畫面顯示。實(shí)際應(yīng)用效果證明該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，可維護(hù)性強(qiáng)，并大大提高了掘進(jìn)機(jī)電氣系統(tǒng)檢驗(yàn)效率，提升了產(chǎn)品品質(zhì)，縮短了新產(chǎn)品電控系統(tǒng)的程序開發(fā)和測試時間。

1 系統(tǒng)概要

本試驗(yàn)臺主要由上位機(jī)、自動大電流發(fā)生器及掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)組成，上位機(jī)模擬發(fā)送相關(guān)報警信息給下位機(jī)，下位機(jī)既是由SYMC控制器為核心構(gòu)成的掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)，通過下位機(jī)對各個報警信息的保護(hù)狀態(tài)來進(jìn)行判定各項(xiàng)指標(biāo)檢驗(yàn)是否通過，并且上位機(jī)通過RS485總線通信對自動大電流發(fā)生器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，對各個電機(jī)接觸器進(jìn)行加載試驗(yàn)，上位機(jī)通過讀CAN總線數(shù)據(jù)得到相關(guān)報警信息及電控系統(tǒng)保護(hù)狀態(tài)，判斷加載保護(hù)試驗(yàn)是否正常，并將檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行顯示。上位機(jī)打印報表功能模塊可將各項(xiàng)檢驗(yàn)結(jié)果自動保存到數(shù)據(jù)庫中，并以Word報表形式進(jìn)行打印輸出。對成型產(chǎn)品、新品及返修的電控箱均可進(jìn)行試驗(yàn)。

該試驗(yàn)臺檢驗(yàn)系統(tǒng)能夠根據(jù)不同掘進(jìn)機(jī)電控箱型號選擇試驗(yàn)參數(shù)，自動完成參數(shù)選型，通過相關(guān)的計算邏輯，自適應(yīng)調(diào)整試驗(yàn)的額定電流以及額定電壓值，并且通過各傳感器的反饋值進(jìn)行比較，保證了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。采用自動／手動控制檢測模式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)總體構(gòu)成如圖1所示，該系統(tǒng)采用SYMC為核心的掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)為下位機(jī)，研華PCI板卡組成工控機(jī)為上位機(jī)，軟件采用VS2008開發(fā)的檢測系統(tǒng)。SYMC用來檢測溫度、電流、電壓、角度等參數(shù)，并對各個電機(jī)、繼電器、電磁閥等器件進(jìn)行控制；工控機(jī)用來試驗(yàn)參數(shù)配型及試驗(yàn)過程的檢驗(yàn)與監(jiān)控。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)功能

該檢驗(yàn)系統(tǒng)功能主要包括：自動及手動檢測功能，模擬量輸出控制功能，數(shù)字量輸出控制功能及輸入檢測功能，PWM信號輸入檢測功能，系統(tǒng)監(jiān)控功能及報警提示功能，檢驗(yàn)結(jié)果自動存儲及報表打印功能。

3．1 自動檢測及手動檢測功能

該檢驗(yàn)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，上位機(jī)對下位機(jī)采集上來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過上位機(jī)的軟件進(jìn)行分析，判斷關(guān)鍵部件及元器件的測試性能結(jié)果及程序保護(hù)功能檢驗(yàn)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對電控系運(yùn)行狀態(tài)的試驗(yàn)參數(shù)動態(tài)顯示功能，通過CAN總線通信反饋下位機(jī)的實(shí)時控制狀態(tài)［1］。試驗(yàn)臺還可以實(shí)時切換手動自動控制，對各個電機(jī)進(jìn)行啟停控制。并且通過操作手柄進(jìn)行模擬動畫控制，該檢驗(yàn)系統(tǒng)的自動檢驗(yàn)界面如圖2所示，手動檢驗(yàn)界面如圖3所示。

圖2 自動檢測界面

3．2 程序開發(fā)模擬測試模塊

該模塊主要作用為模擬量／數(shù)字量的輸出控制以及數(shù)字量／PWM信號的輸入檢測。掘進(jìn)機(jī)電氣試驗(yàn)臺具備多樣化接口，充足的模擬量口，充分體現(xiàn)了該控制系統(tǒng)的靈活性。我們采用多通道同步輸出方式進(jìn)行模擬量電壓輸出控制，電壓輸出函數(shù)為，圖4電壓輸出流程圖；采用DRV＿DioWriteBit函數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字量的輸入／輸出功能，數(shù)據(jù)采集設(shè)備上的位（bit）被劃分為成為端口（port）的邏輯單位，每個端口包含8個位，如端口port 1／bit 3是指數(shù)采卡上的第11位，圖5為開關(guān)量輸入輸出流程圖。

3．3 系統(tǒng)監(jiān)控及報警提示功能

該檢驗(yàn)系統(tǒng)具有全狀態(tài)監(jiān)控（各電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，各電流值，系統(tǒng)電壓及自動／手動檢測過程等進(jìn)行全面監(jiān)控），故障報警（電壓，電流，溫度，壓力，瓦斯，轉(zhuǎn)矩等報警及用戶要求設(shè)置的報警參數(shù)進(jìn)行報警），保護(hù)功能（過載停機(jī)保護(hù)，過壓欠壓停機(jī)保護(hù)，油溫超高停機(jī)保護(hù)等），提示信息在顯示界面上進(jìn)行顯示，以確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖3 手動檢測界面

3．4 檢驗(yàn)結(jié)果自動存儲及報表打印功能

根據(jù)檢驗(yàn)項(xiàng)目，對自動或手動試驗(yàn)過程的各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)及檢驗(yàn)結(jié)果形成報表，并存儲在數(shù)據(jù)庫中，方便檢驗(yàn)人員對試驗(yàn)結(jié)果及報警信息的查詢，同時提供打印功能。

4 上位機(jī)檢測軟件的設(shè)計

從前面的硬件部分的設(shè)計可以得知，本試驗(yàn)臺控制系統(tǒng)是由上位機(jī)軟件來發(fā)布命令進(jìn)行控制的，因此還要設(shè)計一個上位機(jī)軟件，該上位機(jī)軟件基于Windows XP操作系統(tǒng)，以PCI板卡通信、CAN總線通信和RS485通信協(xié)議為基準(zhǔn)在VC環(huán)境下設(shè)計而成［2］。

該系統(tǒng)采用SQLite3數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)源管理工具，以系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及檢驗(yàn)結(jié)果作為輸入數(shù)據(jù)，結(jié)果以Word報表的形式給出，用以指導(dǎo)質(zhì)量檢驗(yàn)人員的工作。整個上位機(jī)軟件分為通信部分和檢驗(yàn)部分。

圖4 模擬量輸出控制流程

圖5 數(shù)字量輸入輸出流程

4．1 通訊部分

從造景手法看，采用對景與夾景、借景、隔景、框景手法配合使用的方式.其中對景手法居于主導(dǎo)地位，且與其他造景手法之間呈現(xiàn)包含與被包含的關(guān)系，失去了對景其他造景手法也失去了意義.它們彼此間相互配合，根據(jù)不同的環(huán)境選擇適宜的組合方式，塑造出多元的城市景觀環(huán)境.因此，對景手法是青島城市景觀組織的主要手法，也是景觀特色得以體現(xiàn)的基本方法.

該上位機(jī)軟件的通信手段主要有三種，分別是RS485總線通信［3］，CAN總線通信以及研華PCI板卡的通信。

4．1．1 PCI研華板卡通信

本試驗(yàn)臺檢驗(yàn)系統(tǒng)中，采用研華PCI板卡發(fā)出模擬報警參數(shù)值與SYMC之間完成通信，簡化了檢驗(yàn)的流程，方便了對電控系統(tǒng)的測試。該設(shè)計使用研華設(shè)備管理器配置硬件并把配置信息存儲在Windows注冊表中，在程序編寫時直接調(diào)用研華設(shè)備驅(qū)動的API函數(shù)即可。

設(shè)計時，首先安裝模擬量輸入、模擬量輸出、數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出及PWM輸入測試模塊的驅(qū)動，將在Advantech Device Manager列表中顯示相關(guān)安裝信息，如圖6所示。注意：當(dāng)使用多塊同種類型PCI板卡時，請使用板上的Board ID進(jìn)行區(qū)分。軟件連接時，Board ID為區(qū)分各個模塊通訊連接的主要標(biāo)識［4］。

圖6 研華設(shè)備管理器安裝板卡驅(qū)動標(biāo)識圖

4．1．2 CAN總線通信

CAN總線通信主要應(yīng)用于SYMC控制器反饋狀態(tài)以及軟件模擬開關(guān)量采集板發(fā)送CAN指令［5］。總線連接結(jié)構(gòu)為線連接，我們選用屏蔽雙絞線進(jìn)行通訊連接，其物理接線有兩條分別為CAN高和CAN低，總線終端應(yīng)有120Ω電阻連接CAN＿L和CAN＿H端。CAN總線數(shù)據(jù)傳輸實(shí)例如圖7所示。

圖7 CAN總線數(shù)據(jù)傳輸圖

RS485通信主要應(yīng)用于對自動大電流發(fā)生器的遠(yuǎn)程控制，表1為設(shè)定的通信協(xié)議。其中前導(dǎo)字節(jié)為三組0xFE，在發(fā)送信息之前發(fā)送以喚醒接收方；起始位為0x68；設(shè)備地址為0xFF，以識別指定的控制設(shè)備；端口地址為0xFF，控制相關(guān)端口輸出狀態(tài)；命令碼是執(zhí)行操作的依據(jù)；校驗(yàn)碼為幀開始各個字節(jié)二進(jìn)制算術(shù)和，不計溢出值；數(shù)據(jù)長度為0x0C既數(shù)據(jù)長度為12 Byte；數(shù)據(jù)為三組3*8 bit數(shù)據(jù)，傳輸順序?yàn)橄鹊秃蟾?，分別為試驗(yàn)電流值、保護(hù)電流值和耐壓計時；結(jié)束位為0x55。

表1 大電流發(fā)生器控制協(xié)議格式

4．2 檢驗(yàn)部分

該控制系統(tǒng)軟件自動檢驗(yàn)步驟流程圖如圖8所示。打開控制系統(tǒng)自動檢驗(yàn)軟件，電機(jī)開始檢驗(yàn)按鈕，系統(tǒng)自動按照流程順序一次檢驗(yàn)，并將各項(xiàng)檢驗(yàn)指標(biāo)及結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫表格中，以Word報表形式打印輸出。

圖8 自動檢驗(yàn)流程圖

5 結(jié)束語

基于SYMC和VC＋＋的掘進(jìn)機(jī)電氣試驗(yàn)臺控制系統(tǒng)，較好的實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)機(jī)電控箱檢驗(yàn)的自動化流程，體現(xiàn)了以計算機(jī)為核心的控制思想。該控制系統(tǒng)中應(yīng)用API函數(shù)完成了與各個模擬仿真模塊了動態(tài)鏈接，對下位機(jī)SYMC控制器按照預(yù)先給定參數(shù)進(jìn)行精確控制，并對試驗(yàn)過程中的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及檢驗(yàn)結(jié)果更加直觀的顯示出來。在本系統(tǒng)中，采用CAN總線方式實(shí)現(xiàn)了SYMC與上位機(jī)之間的通訊，采用RS485總線方式實(shí)現(xiàn)了對全自動大電流發(fā)生器的遠(yuǎn)程控制，采用PCI板卡的通信方式實(shí)現(xiàn)了模擬報警信息檢測控制器各項(xiàng)保護(hù)功能，實(shí)踐證明了此方法的可行性，為掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)計提供了新思路，該試驗(yàn)臺至應(yīng)用以來，整體運(yùn)行效果良好。

［1］Road vehicles-Interchange of digital information Controller area network（CAN）for high-speed communication，ISO 11898－1993，International Standardization Organization，1993．

［2］王萬良．人工智能及其應(yīng)用［M］．北京：高等教育出版社，2005．

［3］范逸之，陳之元，孫德萱．利用Visual Basic實(shí)現(xiàn)串并行通信技術(shù)［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2001．

［4］汪冰，李存斌，陳鵬等．EVC高級編程及應(yīng)用開發(fā)［M］．北京：中國水利水電出版社，2005：17．

［5］金鋒，武志輝．輕量級嵌入式Linux圖形驅(qū)動程序與圖形用戶接口［J］．北京理工大學(xué)學(xué)報，2008，28（3）：233－23．

Design of the Control System for the Electrical Test Bed of the Road Header Based on SYMC and VC＋＋

YIDing-zhong，WANG Ying，LITie，GU Xiao-li
（Research Institute of Intelligent Control，Sanyi Heavy Equipment Co．，Ltd．，Shenyang Liaoning 110027，China）

A new type auto-control system for the electrical test bed is designed based on SYMC and VC＋＋．This paper introduces the main features and functions of this control system，and gives the system structure block diagram，communication form，control logic and software designmethod．Application practice proves that this control system is highly intelligent，makes accurate inspection，and meets design requirements．

SYMC；VC＋＋；CAN；RS485；PCICard

10．3969／j·issn．1000－3886．2014．04．028

TP23

A

1000－3886（2014）04－0082－03

易定忠（1978－），男，湖南人，電氣工程師，專業(yè)：機(jī)電一體化。 王穎（1986－），女，遼寧人，電氣工程師，專業(yè)：控制工程。

定稿日期：2013－11－20