基于dsPIC6014A的總線型液壓比例電磁閥控制器設(shè)計(jì)

劉洪亮

中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠，湖北 荊州 434024長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北 荊州 434023

皮華峰

(湖北禹鼎建設(shè)工程有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430070)

凡創(chuàng)

基于dsPIC6014A的總線型液壓比例電磁閥控制器設(shè)計(jì)

劉洪亮

中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠，湖北 荊州 434024
長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北 荊州 434023

皮華峰

(湖北禹鼎建設(shè)工程有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430070)

凡創(chuàng)

(蘇州中材建設(shè)有限公司，江蘇 昆山 215300)

[摘要]隨著比例電磁閥在工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，越來越多的控制系統(tǒng)對(duì)比例電磁閥提出了控制精確以及總線控制的要求。以dsPIC單片機(jī)為核心，將集成驅(qū)動(dòng)芯片BTS 724G作為液壓比例電磁閥直接驅(qū)動(dòng)芯片，設(shè)計(jì)了一種總線式液壓比例電磁閥控制器。憑借強(qiáng)大的總線支持，該控制器可以極大擴(kuò)展遠(yuǎn)程控制功能，具有可靠性高、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、故障監(jiān)測(cè)功能多等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于比例電磁閥故障診斷要求較高且數(shù)量較多的場(chǎng)合。

[關(guān)鍵詞]比例電磁閥；dsPIC單片機(jī)；CAN總線

圖1　控制電流與閥芯行程　　　　　　　圖2　控制電流與控制流量　關(guān)系曲線圖　關(guān)系曲線圖

圖3　信號(hào)放大器結(jié)構(gòu)圖

液壓比例電磁閥被大量應(yīng)用于液壓控制系統(tǒng)，其通過控制液壓比例電磁閥的閥體移動(dòng)來使液壓油進(jìn)入不同排油管，進(jìn)而推動(dòng)活塞桿并帶動(dòng)機(jī)械裝置運(yùn)動(dòng)。在油田車輛中，使用較多的為兩位三通式液壓比例電磁閥，控制部分主要集中在對(duì)液壓比例電磁閥中比例電磁鐵的控制，且比例電磁鐵的吸力在有效行程范圍內(nèi)和線圈的電流或電壓大小具有線形關(guān)系[1]。液壓比例電磁閥相關(guān)參數(shù)如下：額定電壓為24V；冷態(tài)電阻27.2Ω；冷態(tài)電流0.88A；極限電流0.63A；冷態(tài)功率21W；自振頻率40~70Hz，控制電流與液壓比例電磁閥的閥芯行程及控制流量關(guān)系曲線圖分別如圖1和圖2所示。

液壓比例電磁閥的控制形式包括電壓信號(hào)控制和電流信號(hào)控制。由于液壓比例電磁閥的控制信號(hào)較大，一般都需要配備專門的信號(hào)放大器對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行放大，其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

上述配置使得系統(tǒng)調(diào)試維護(hù)和擴(kuò)展上增加了難度，為此，在穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)液壓比例電磁閥驅(qū)動(dòng)的同時(shí)，筆者提出了一種基于dsPIC30F6014A單片微機(jī)的總線式液壓比例電磁閥的控制解決方案，以實(shí)現(xiàn)CAN總線以及EtherNet/IP總線直接控制液壓比例電磁閥的功能，同時(shí)為現(xiàn)有控制系統(tǒng)直接控制液壓比例電磁閥并大量減少系統(tǒng)配置提供一種可行方法。

1總線型液壓比例電磁閥控制器結(jié)構(gòu)框架

圖4　總線型液壓比例電磁閥控制器結(jié)構(gòu)框架圖

總線型液壓比例電磁閥控制器結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，其電路組成包括dsPIC30F6014A單片微機(jī)的 PWM( 脈沖寬度調(diào)制)產(chǎn)生電路、驅(qū)動(dòng)電路和總線電路3部分。該控制器采用PWM控制液壓比例電磁閥，因?yàn)镻WM 控制功率輸出級(jí)為開關(guān)型結(jié)構(gòu)，而且控制器整體功耗小，同時(shí)PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)中能夠包含同頻率脈動(dòng)量，可以在一定程度上增強(qiáng)控制器的抗干擾能力。該控制器結(jié)構(gòu)以dsPIC30F6014A單片機(jī)為核心，其具備CAN總線和EtherNet/IP總線功能，可以輸出8路PWM控制信號(hào)，且信號(hào)直接經(jīng)過集成驅(qū)動(dòng)芯片BTS724G，以此控制比例電磁鐵的吸力行程范圍，從而控制液壓比例電磁閥。因此，采用上述方式可以增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和維護(hù)性。

總線型液壓比例電磁閥驅(qū)動(dòng)采用集成驅(qū)動(dòng)芯片BTS724G，其內(nèi)置N 通道半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)柵極驅(qū)動(dòng)器和電荷泵垂直功率晶體管，適用于具有高浪涌電流的負(fù)載，可替代機(jī)電繼電器、熔斷器和分立電路，可以兼容CMOS輸入，也可以使感性負(fù)載快速退磁，具有較寬的工作電壓范圍，且保護(hù)功能(包括短路保護(hù)、電流限制保護(hù)和過載保護(hù))完善[2]。此外，BTS724G同時(shí)具有診斷反饋與開漏輸出以及在關(guān)閉狀態(tài)下的開路負(fù)載檢測(cè)功能，4個(gè)通道的輸出狀態(tài)由2個(gè)狀態(tài)輸出端口進(jìn)行檢測(cè)，其中OUT通道輸出作為液壓比例電磁閥的電流調(diào)節(jié)器。由dsPIC30F6014A單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)來控制4個(gè)通道的輸出電流大小，BTS724G工作電壓范圍為5.5~40V，系統(tǒng)設(shè)計(jì)電壓為24V。在4個(gè)通道都被激活的情況下，BTS724G導(dǎo)通電阻為22.5mΩ；當(dāng)只有1個(gè)通道被激活時(shí)，BTS724G導(dǎo)通電阻為90mΩ，額定幅值電流最大可達(dá)3.3A，因而完全滿足液壓比例電磁閥的控制要求。

2硬件電路設(shè)計(jì)

2.1驅(qū)動(dòng)電路

圖5　總線型液壓比例電磁閥控制器驅(qū)動(dòng)電路圖

總線型液壓比例電磁閥控制器通過在dsPIC30F6014A單片機(jī)內(nèi)部16位特殊功能寄存器 OCxCON中設(shè)置相應(yīng)的位，選擇PWM 模式，輸出8路PWM控制信號(hào)(OC1~OC8)，經(jīng)BTS724G可同時(shí)控制8路液壓比例電磁閥。該控制器驅(qū)動(dòng)電路圖如圖5所示，集成驅(qū)動(dòng)芯片BTS724G結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。其中，IN1~IN4為PWM邏輯電平輸入通道，ST1/2為第1通道和第2通道的診斷反饋通道，ST3/4為第3通道和第4通道的診斷反饋通道；OUT1~OUT4為驅(qū)動(dòng)輸出通道，4個(gè)功率輸出通道由開漏輸出的CMOS管組成，自帶短路、過載、電流限制等保護(hù)，通過驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部集成的鉗位二極管，確?？刂破髟陉P(guān)閉狀態(tài)下負(fù)載能處于開路狀態(tài)。dsPIC30F6014A單片機(jī)產(chǎn)生的PWM信號(hào)經(jīng)過BTS724G驅(qū)動(dòng)放大，通過改變控制器產(chǎn)生的PWM輸入信號(hào)的占空比來改變OUT1~OUT4的控制電流輸出，從而控制液壓比例電磁閥。

2.2CAN總線接口電路

總線型液壓比例電磁閥控制器的CAN總線接口主要包括CAN總線收發(fā)器和總線通訊控制器2部分，其中CAN總線收發(fā)器采用Philips公司的半導(dǎo)體收發(fā)器PCA82C250，由其實(shí)現(xiàn)物理媒體連接子層、物理信令子層和數(shù)據(jù)鏈路層之間的連接[2]。此外，為實(shí)現(xiàn)與控制器之間的電氣隔離，在總線電路設(shè)計(jì)中增加高速光耦芯片HCPL0720；為減少總線通訊傳輸中的誤碼率，在總線輸出端增加偏置電阻R8和R7使總線保持高阻態(tài)[3]。CAN總線接口電路圖如圖7所示。

圖6　集成驅(qū)動(dòng)芯片BTS724G結(jié)構(gòu)圖　　　　　　　　　　　圖7　CAN總線接口電路圖

3軟件設(shè)計(jì)

圖8　總線型液壓比例電磁閥控制器　程序流程圖

總線型液壓比例電磁閥控制器自帶CAN總線和EtherNet/IP總線，可以通過總線控制液壓比例電磁閥，軟件程序在初始化后檢測(cè)系統(tǒng)是否有反饋故障請(qǐng)求，當(dāng)系統(tǒng)存在故障時(shí)，控制器根據(jù)相應(yīng)代碼查找并處理故障，然后查看總線是否有數(shù)據(jù)請(qǐng)求，檢測(cè)是否需要打開液壓比例電磁閥，如有請(qǐng)求，則通過計(jì)算輸出PWM占空比以進(jìn)行輸出控制[4]。該控制器程序流程圖如圖8所示。

4應(yīng)用效果

總線型液壓比例電磁閥控制器技術(shù)參數(shù)表如表1所示，其控制性能曲線如圖9所示。由圖9可知，該控制器具備調(diào)節(jié)啟動(dòng)時(shí)間斜坡的功能，憑借該功能可以有效阻止流速突然發(fā)生變化而引起的水擊現(xiàn)象[5]。由于總線型液壓比例電磁閥控制器具有可靠性高、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、故障監(jiān)測(cè)功能多等優(yōu)點(diǎn)，因而特別適用于故障診斷要求較高、比例電磁閥數(shù)量較多的場(chǎng)合，可以在相關(guān)生產(chǎn)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。

圖9　總線型液壓比例電磁閥控制器性能曲線圖

供電電壓范圍/V15~30允許電壓波動(dòng)性/%5電流消耗/A最大2.2總線協(xié)議類型CAN協(xié)議MODBUS協(xié)議EtherNet/IP協(xié)議斜坡時(shí)間調(diào)節(jié)范圍/s0~5環(huán)境溫度/℃-40~85連接安裝方式NS15導(dǎo)軌安裝

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉忠信.一種低成本的比例電磁閥控制系統(tǒng)[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2005，34(6):66~67.

[引著格式]劉洪亮，皮華峰，凡創(chuàng).基于dsPIC6014A的總線型液壓比例電磁閥控制器設(shè)計(jì)[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2015,12(16)：39～42.

34 Recognition of Fake Evaluation Based on Multi-dimensionality Feature Weight

Huang Subin, Xiu Yu, Zhao Senyan, Wang Qiansong(AnhuiPolytechnicUniversity,Wuhu241000)

Abstract:Online goods evaluation is important basis for consumers to make a purchase decision.Consequently, consumers faces with more and more fake evaluations.In consideration of the problem, an online fake evaluation based on multi-dimensionality feature weighting is presented.Firstly, in this paper the usefulness of information from online shopping is analyzed, and nine important features that are conducive for the classification of three dimensions of commodity, reviewer and reviews are chosen.Secondly, the feature weighting based on Fisher Criterion is used for detecting fake evaluation.Finally, the experimental results show that the propose method is effectively.

Key words:fake evaluation; feature selection; feature weighting; Fisher criterion

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]1673-1409(2015)16-0039-04

[中圖分類號(hào)]TP273;TH137.52