自动操舵仪测试系统的自控设计及实现

资料

自动操舵仪测试系统的自控设计及实现

孙宗丽

翁新华

王春香

杨汝清

!上海交通大学机械与动力工程学院"上海!"""%"#

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摘

要

文章针对自动操舵仪测试系统自动控制部分的特点"结合舵机试验的特殊要求"说明了系统的整体设计思想与

实现过程$深入分析了系统的体系结构以及软硬件设计$解决了工控机与变频器及智能式数字仪表的通讯问题"并设计了友好的人机监控界面$关键词

舵机

工控机

变频器

通讯

监控界面文献标识码G

中图分类号0H!’%%0H%1&

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&引言

舵机是确保船舶安全航行的最重要设备之一!用作船舶导

向的控制器"它一旦发生故障!便会使船舶处于失控状态!特别是在复杂的水域和狭窄的水道时!其后果难以设想"因此舵机投入使用前的试验测试分析显得尤为重要"它不仅关系到舵机本身!还直接关系到船员的生命财产安全"

文中介绍的船用舵机自动操舵仪测试系统的自动控制部分针对舵机在工作过程中的运动以及可能出现的故障进行设计"舵机运动过程中!液压缸的压力#缸内油温#阻力矩#以及转舵速度#舵机转动角度等参数对舵机的正常运行都很重要"本系统在控制台面上布置了十个智能式数字仪表!可以对各个参数值进行实时显示"当舵机出现故障时!控制台上的声光报警装置会及时对发生故障的参数进行报警"在系统工作过程中!操作人员可通过良好的人机界面对舵机的各个参数进行设定和操作!并对系统运行中的压力#温度#转舵速度等数据进行监控和检测"运行中的一些重要参数值及其随动实时工作曲线均能够在计算机上进行显示#保存和打印!以便进行数据分析"

与实时监控"为了实时监控系统的各个重要参数!除将其显示在计算机屏幕上外!系统还在操作台上设置了&"个/,0系列的智能式数字仪表!可对任一工况下的油缸压力#温度#电机转速#阻力矩#加载压力等进行实时显示#监控"工控机与数字仪表的信息传输也是通过+,!%!-#.(通讯转换器来实现"

系统检测单元由速度旋转编码器#热电偶#左右限位开关及压力传感器等组成!测量数据均发送到智能式接口卡或者智能式数字仪表进行显示!再通过电缆通信传输给工控机!其串行通信波特率均为12""345"

系统控制单元的任务由工控机接收现场传感器信息后驱动电机#液压阀等部件来实现!自动操舵的主控电机可根据操作需要进行变频调速!通过控制阀驱动机械装置!并按照预设

系统用两台’()*安川变频器来调节左右机组主电机的转速!工控机根据试验船型#排量#工作机组数等来计算系统运行频率!通过串口通讯设定变频器频率"工控机通过一个

的操舵方向和速度运行"

图

&

自动操舵仪试验系统监控体系结构图

!自动控制系统硬件的设计

在自动操舵仪试验系统中!考虑到系统要易于扩展以及其

可靠性的要求!系统总体采用分布式结构!总体结构如图&所示"

%系统的软件开发

+,!%!-#.(转换器实现一台计算机对两台变频器的参数管理

!!!!系统为用户设计了良好的可视化人机界面!使用户可通过

作者简介!孙宗丽&&1’27’!女!机器人研究所硕士生!研究方向$计算机控制#机器人技术"

!"#!""#$%!计算机工程与应用

资料

鼠标与键盘预先协调所要进行的工作!使系统自动运行"同时进行实时数据采集和各种控制功能的切换!并根据用户的要求!检测相关数据!自动生成各种曲线"考虑到用户的实际需求!系统包含如下四个主要界面#负载试验界面!变频调速界面!空载试验界面!自动操舵仪试验界面"其中!各部分是相互平行的!由于存在相似性!各部分之间可以使用公用模块以减少程序的复杂度"另外!系统软件的设计不仅要满足监控的要求!还要具有很好的可靠性$可维护性$可诊断性$可扩展性等功能"因此整个软件设计规划比较复杂!编程工作量较大"

系统的软件结构如图!所示"从图!中可以看出!整个软件系统主要分为五大部分!即#用户界面模块$与变频器的通讯模块$与智能式数字显示器通讯模块$帮助功能模块$与&’(板的信息交互模块"帮助功能模块主要提供简单的帮助说明!用户可以在实际操作的时候随时参考"用户界面模块主要提供系统与用户的接口!进行输入输出操作"系统运行中所有的参数均可在界面中设置$变更"与变频器通讯模块主要负责与变频器进行通信!发送运行$停止及变换频率命令并获得所需的测试数据%电机转速&"与智能式数字显示器通讯模块主要负责系统运行参数的监测$控制以及参数的实时曲线显示"与&)(板卡的通讯模块主要负责控制整个硬件系统的完整动作!通过各种模拟信号的输入输出!以达到控制舵机运动$停止以及切换的目的"

照选定的参数来启动)系统运行过程中!一些重要的参数!除了在’显示值(栏中进行数值显示外!还可以通过实时曲线进行显示!这使得操作人员能够更直观地对参数进行监控"一旦发现曲线异常!操作人员可以按下’放大图像(按钮!观察放大了的图像!还可以将此时图像打印出来进行仔细分析!查找异常原因"

图%负载试验界面

另外!在界面上还设有报警灯%当有信号报警时!报警灯变红灯&和各个机组停止按钮!可以实时监控报警信号!并可以随时关停机组"

%$!工控机与变频器的通信

%:&变频器设置

该文以安川%;<5=<><&变频器为例说明通信状态时的

设置"变频器通常既可以通过操作面板进行参数设置!又可以通过计算机进行设置!但不能二者同时进行!当进行通讯时!需设置如下参数!将变频器的控制权转交计算机#

选择频率指令?:@":A!4B4(1C5通信

图!

系统软件结构

选择运行指令?:@"!A!4B4(1C5通信%!&变频器通信协议

安川变频器采用标准的4B4(1C5通信协议!其数据流结构及指令信号举例如表:"

表:

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在工控机与各个模块之间数据的采 …… 此处隐藏：9903字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……