基于CAN總線(xiàn)的潛水電機智能監控系統設計

2．信號采集模塊：用來(lái)檢測電機的運行狀態(tài)，包括：鉑電阻溫度傳感器、電流互感器、電極式液位傳感器。分別用來(lái)檢測電機三相定子的溫度、三相主電流和電機腔內的水位，可以有效地監測潛水電機的過(guò)流、過(guò)熱、缺相、短路、滲漏等異?，F象。信號采集模塊以12位精度的ADC和多路模擬開(kāi)關(guān)為核心，將傳感器采集到的模擬信號進(jìn)行調理后轉變?yōu)閿底中盘柌⑺腿胛⒖刂破?。MCU得到檢測信息后做出相應的判斷，并送至不同的子程序進(jìn)行相應的處理，如：把電機運行的溫度、電流等信息通過(guò)通信程序發(fā)送給監控計算機；若出現電機內腔水位過(guò)低、溫度過(guò)高、電流過(guò)大，則自動(dòng)切斷本節點(diǎn)的電機、發(fā)出聲光報警信息，并把節點(diǎn)的停機信息通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送給監控計算機。

3．電機控制模塊：MCU判斷電機定子溫度、電流、液位中的任一項值超出設定值范圍時(shí)，都會(huì )通過(guò)SSR(固態(tài)繼電器)觸發(fā)相應的異常處理電路，使電機得到保護。

4．參數設置模塊：報警電流、報警溫度、停機電流、停機溫度、節點(diǎn)地址、波特率等信息通過(guò)參數設置模塊存儲于基于X25045的E2PROM中，實(shí)現節點(diǎn)工作參數現場(chǎng)設定功能。除了節點(diǎn)地址外，其它的參數也可以通過(guò)監控計算機設置。

5．狀態(tài)顯示模塊：采用基于I2C總線(xiàn)的顯示技術(shù)，通過(guò)LED數碼管實(shí)時(shí)顯示電機運行過(guò)程中定子的溫度和電流值。并可以在設置模式下顯示待定參數的當前值。當電機出現非正常停機時(shí)，發(fā)光二極管可以指示出故障的類(lèi)型，方便檢查維護。

監控節點(diǎn)的硬件部分除了以上介紹的之外，還有電源電路和看門(mén)狗電路。電源電路提供所需隔離電源，用于提高節點(diǎn)的可靠性和安全性；看門(mén)狗電路主要保證系統運行的穩定性，在上電、掉電以及警戒情況下復位輸出。

監控系統的軟件設計

從整個(gè)監控系統的角度來(lái)看，該系統的軟件設計主要分為兩大部分：即監控計算機應用軟件設計和現場(chǎng)智能節點(diǎn)軟件設計。

監控計算機的軟件設計

計算機監控軟件主要分為用戶(hù)應用層、數據分析處理層及硬件設備驅動(dòng)層3個(gè)部分，其軟件設計流程如圖3所示。

硬件設備驅動(dòng)層通過(guò)PC-CAN接口卡建立監控計算與CAN總線(xiàn)的連接，并與智能節點(diǎn)進(jìn)行數據交換；數據分析處理層完成CAN總線(xiàn)數據的接收、分類(lèi)、判斷、處理、發(fā)送、存取操作等任務(wù)；用戶(hù)應用層和用戶(hù)需求緊密相關(guān)，它主要完成的任務(wù)是為用戶(hù)提供顯示各類(lèi)信息的監控界面，進(jìn)行人機交互，也就是通常所說(shuō)的人機界面(HMI)設計。

監控節點(diǎn)的軟件設計

潛水電機的現場(chǎng)控制與數據采集都是通過(guò)智能節點(diǎn)完成的，與節點(diǎn)的硬件設計相一致，智能監控節點(diǎn)的軟件設計也遵循模塊化的設計原則，使控制軟件具有易讀、易擴展和易維護的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)C51語(yǔ)言編寫(xiě)相應的軟件模塊實(shí)現智能節點(diǎn)的各種功能。軟件的各功能模塊之間通過(guò)入口和出口參數相互聯(lián)系，組合靈活方便，減少了調試時(shí)間，縮短了開(kāi)發(fā)周期。

監控節點(diǎn)通信程序設計

智能監控節點(diǎn)的通信采用CAN總線(xiàn)2.0A協(xié)議，通信模塊的軟件設計主要由初始化子程序、報文接收子程序、報文發(fā)送子程序3部分組成。其中初始化子程序是實(shí)現通信的關(guān)鍵，它主要用來(lái)完成CAN控制器工作方式的選擇，即對系統中的CAN控制器控制段中的寄存器進(jìn)行設置。初始化過(guò)程是在CAN控制器復位模式下完成的。

智能節點(diǎn)與監控計算機之間的數據交換是通過(guò)發(fā)送程序和接收程序實(shí)現的。報文發(fā)送時(shí)只需將電機的狀態(tài)數據送入SJA1000的發(fā)送緩沖區中，然后啟動(dòng)發(fā)送請求。監控節點(diǎn)采用定時(shí)中斷的方式主動(dòng)向監控計算機發(fā)送數據。這是利用了CAN總線(xiàn)可以采用多主機方式通信的特點(diǎn)。由于實(shí)時(shí)監控功能由各個(gè)控制節點(diǎn)完成，而監控計算機主要起到管理作用，所以采用了定時(shí)上傳數據的方法，而沒(méi)有實(shí)時(shí)上傳所有傳感器采集到的數據，從而減輕了總線(xiàn)負擔。一個(gè)正在等待的報文會(huì )從存儲器復制到發(fā)送緩沖器后，置位命令寄存器TR標志產(chǎn)生發(fā)送請求，發(fā)送過(guò)程由SJA1000獨立完成?；赟JA1000的報文接收有兩種方式：中斷方式和查詢(xún)方式。為了保證接收報文的準確性，選擇實(shí)時(shí)性較高的中斷方式。在中斷方式下，如果SJA1000已接收一個(gè)報文，并且報文已通過(guò)驗收濾波器并放入接收FIFO，那么會(huì )產(chǎn)生一個(gè)接收中斷，通知微處理器有報文已經(jīng)接收。接收緩沖區用來(lái)存放CAN總線(xiàn)上發(fā)來(lái)的數據，MCU讀取數據后，接收緩沖區將被清空，等待接收新的數據。

結語(yǔ)

本文采用CAN現場(chǎng)總線(xiàn)設計的潛水電機分布式智能監控系統具有抗干擾能力強、網(wǎng)絡(luò )化管理程度高、人機界面友好等特點(diǎn)。開(kāi)發(fā)過(guò)程中所提出的技術(shù)方案和實(shí)現方法可以在類(lèi)似的工業(yè)底層監控網(wǎng)絡(luò )系統及分布式監控系統的設計中推廣應用。