基于A(yíng)RM+FPGA的真空凍干控制系統設計

0 引言
冷凍干燥技術(shù)自1980年代在我國興起以來(lái)已取得長(cháng)足發(fā)展，并已廣泛應用于食品、低溫和真空等科學(xué)領(lǐng)域，基于一些食品和藥品加工行業(yè)的工藝需要，真空冷凍干燥技術(shù)需要迅速應用與推廣?？刂葡到y對物料的加工過(guò)程和質(zhì)量影響比較大，還決定了真空冷凍干燥裝置運行的自動(dòng)化程度。近年來(lái)國內外一些有實(shí)力的廠(chǎng)家對凍干機控制系統的研究有了較大的進(jìn)展，采用了PLC、觸摸屏等裝置，能夠繪制凍干過(guò)程的工藝曲線(xiàn)，較大地改善了凍干機的性能。
隨著(zhù)科技的發(fā)展，由于觸摸屏和PLC控制系統不易實(shí)現功能擴展、升級困難、操作界面不夠豐富等原因，已經(jīng)不能完全滿(mǎn)足企業(yè)的需要，市場(chǎng)需要開(kāi)發(fā)出更加先進(jìn)的凍干設備控制系統。2007年1月上海遠東制藥機械總廠(chǎng)開(kāi)發(fā)完成了目前國內最先進(jìn)的嵌入式凍干控制系統。
控制系統根據凍干技術(shù)對凍干機控制系統的新要求而設計，采用高性能的Xscale內核嵌入式微處理器，結合FPGA完成集散控制(DCS)，該系統有穩定可靠的工作性能、強大的擴展功能、友善的界面，從而具有更強的競爭力。

1 系統硬件結構設計
該控制系統主要由嵌入式微控制器和現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)器件、溫度調節模塊、真空度調節模塊、GSM模塊、本地和網(wǎng)絡(luò )PC、LCD控制、各種傳感器、打印機及檢測、控制模塊組成，如圖1所示。

控制系統的核心由ARM及FPGA器件組成，實(shí)現整個(gè)系統的通信、現場(chǎng)顯示、現場(chǎng)控制等功能，同時(shí)實(shí)現溫度、真空度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制。
檢測量模塊主要由傳感器、信號調整及采集等組成，實(shí)現溫度、真空度、濕度以及各主要部件(熱繼電器、交流接觸器位置等)的狀態(tài)的測量?？刂颇K主要由光隔離、驅動(dòng)及執行機構組成，實(shí)現氣閥、水閥、電動(dòng)機、變頻器、加熱器等的驅動(dòng)與控制。LCD觸摸屏、IDE硬盤(pán)、打印機協(xié)調工作以實(shí)現凍干工藝曲線(xiàn)的實(shí)時(shí)采集、顯示、輸出與數據存儲，還有凍干機溫度與真空度參數的設置與控制等功能。