基于can总线的结晶器振动控制装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于CAN总线的结晶器振动控制装置。是一种低成本的带有现场总线接口的结晶器液压振动控制装置，用于构建基于CAN现场总线的多流连铸机振动控制系统，对于改善国内钢铁企业使用的液压振动控制装置大多从国外引进的现状，降低连铸自动化成本，提高连铸自动化水平具有重要意义。本装置使用STM32单片机作为控制器，大大降低了系统的成本。在振动位移检测方面，可采SSI信号，可实现振动位移信号的高速同步采样，同时可提高振动位移检测的精度；在通讯方面，通过CAN总线实现与上位机的通讯，可实现对振动波形参数的实时修改和监控功能。
【专利说明】基于CAN总线的结晶器振动控制装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种基于CAN总线的结晶器振动控制装置，特别是涉及结晶器振动控制，属于连续铸钢领域。
【背景技术】
[0002]目前国内钢铁企业使用的液压振动控制装置，存在以下缺陷:
[0003]I)功能较完全的振动控制器大都是从国外引进的，成本很高；
[0004]2)—些低成本的结晶器振动控制器现场级设备只具有信号采集与执行控制命令的功能，控制算法通过上位机完成，下位机完成的功能仅仅是采集与执行上位机的命令，在总线通讯出现故障的情况下不能完成工作任务；
[0005]3)现行的许多低成本的控制器在控制参数修改与设置方面存在不足:控制器参数修改一般只能通过在线方式由上位机下发参数，完成控制功能，本机不能独立完成参数修改功能，对于总线的依赖程度过大；
[0006]4)在控制过程监控方面，一些低成本的控制器存在如下缺陷:只能通过总线由上位机组态进行监控，不能在现场完成监控功能。
[0007]基于以上一些技术缺陷，开发低成本、功能完备并带有现场总线接口的结晶器液压振动控制装置，用于构建基于现场总线的多流连铸机振动控制系统，对于钢铁企业发展高效连铸，降低连铸自动化成本，提高连铸自动化水平具有重要意义。
实用新型内容
[0008]本实用新型的目的在于提供一种能够实现本机和在线监控，高精度采集的基于CAN总线的结晶器振动控制装置
[0009]技术解决方案
[0010]本实用新型包括:微处理器、模拟信号调理模块、输入开关量电气隔离模块，还包括:SSI高速同步采集模块、SSI高速同步采集模块输入端与振动位移传感器接口相连接，SSI高速同步采集模块输出端与微处理器相连接，微处理器输出端上分别接有控制信号输出模块、控制信号输出模块进行D/A转换后与结晶器振动液压伺服阀连接；处理器与CAN总线接口模块、触摸屏模块连接；模拟信号调理模块分别与拉坯速度传感器、两路阀芯位置传感器、两路液压腔压力传感器相连接；SSI高速同步采集模块与两路振动位移传感器相连接；输入开关量电气隔离模块接收现场准备与启动信号。
[0011]所述微处理器包括:内部模拟信号采集模块，内部SSI信号采集模块，控制算法模块，振动波形发生器模块，主程序模块，初始化模块，震动参数修改模块，定时器配置模块，通讯数据封装模块，控制信号输出模块，数字量输出模块，触摸屏驱动模块，总线通讯模块，显示程序模块。
[0012]所述模拟信号调理模块包含有I/V变换电路。
[0013]所述SSI高速同步采集模块包含SSI信号高速同步采集芯片。[0014]本实用新型的优点:
[0015]I系统构成
[0016]本控制装置选用STM32单片机作为微处理器，比MCS-51系列8位单片机具有更加强大的性能，SMT32单片机成本较低，在保证性能的基础上可以大大降低控制器的成本。
[0017]2数据采集
[0018]本装置采集的数据包括SSI位移信号，拉速信号，阀芯反馈信号，液压腔的压力信号，振动位移SSI信号使用基于FPGA设计的高速同步数据采集模块进行采集，其余的信号采用模拟量输入，经过信号调理后送入微处理器；
[0019]3信号调理
[0020]信号调理电路用于处理送入微处理器的模拟量与数字量。模拟量包括拉速，阀芯反馈信号，压力信号。数字量包括振动位移信号，以及启动，准备好信号；
[0021]通过I/V变换，将现场变送器输出的4?20mA电流信号转换为O?3.3V电压信号，送入微处理器，使用微处理器内部12位ADC转换为数字信号；
[0022]通过基于FPGA的高速同步采集模块采集SSI格式的位移信号，经过该模块的处理后，使用8位信号分时传输送入微处理器；
[0023]4 通讯
[0024]本装置通过CAN总线与上位机之间进行通信，通过微处理器内部的CAN控制器，以及片外的CAN收发器模块，与现场CAN总线相连，将本控制装置(下位机)采集的数据及控制参数上传，并且接收上位机送到总线上的控制信号；
[0025]5参数修改与波形监控
[0026]通过控制器本身的TFTIXD触摸屏模块可以设置、修改参数并显示振动波形，控制器可脱离上位机独立完成控制任务；
[0027]6本专利收益效果
[0028]与现有技术相比，本专利的有益效果是:在数据采集方面，本专利使用了同步串行技术SSI，实现了 25位SSI格式的振动位移信号的高速同步采集，并且提高了信号采集的精度，在SSI信号采集模块与微处理器之间使用了分时输出的方式，大大节省了微处理器的硬件资源；在通讯方面，本专利利用CAN总线实现与总线上其他设备之间的通讯，与常用的RS-485总线技术相比具有突出的可靠性、实时性和灵活性，在总线速率、传输距离、总线检测能力、通信实时性方面有较强的优势；在控制器方面，本控制装置作为一个专用的结晶器振动控制装置，使用STM32单片机作为微处理器，比MCS-51系列8位单片机具有更加强大的性能，由于目前国内钢铁企业使用的液压振动控制装置，大都是从国外引进的，而SMT32单片机成本较低，故该专利可以大大降低控制器的成本；本装置自身具有参数设置与修改的功能，在上位机发生故障的情况下，仍然可以运行，保证生产顺利进行。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为一种基于CAN总线的结晶器振动控制装置机构图；
[0030]图2为结晶器多流振动控制的总体方案机构图；
[0031]图3为SSI高速同步采集模块电路图；
[0032]图4为控制装置电路原理图；【具体实施方式】
[0033](一)基于CAN总线的结晶器多流振动控制系统的构建
[0034]本实用新型可用于实现一种基于现场总线的结晶器多流振动控制系统。如图2所示，在该控制系统系统中，结晶器振动控制器通过产生振动波形控制液压振动装置按设定的振动曲线振动，完成生产任务。所述主机(上位机)通过CAN总线与从机(振动控制器)进行通讯。主机在该系统中可以对结晶器多流振动控制过程进行监控，在线修改振动及控制参数，并发送给从机，直接对振动过程进行控制。从机(振动控制器)直接采集现场数据并产生振动波形，经数据处理及运算后，对液压缸伺服阀进行控制。当主机发生故障时，从机可脱离主机独立工作。
[0035](二)基于CAN总线的结晶器振动控制器
[0036]本实用新型包括微处理器1、模拟信号调理模块2，还包括:SSI信号振动位移检测接口模块3、SSI信号振动位移检测接口模块3输入端与振动位移传感器接口相连接，SSI信号振动位移检测接口模块3输出端与微处理器I。
[0037]基于CAN总线的结晶器振动控制器如图1所示。
[0038]从机(控制装置)采集数据并输出液压缸的控制信号，采用STM32单片机作为控制装置的微处理器，外围电路包括:模拟信号调理模块2、SSI信号振动位移检测接口模块3、控制信号输出模块8、输入开关量电气隔离模块4、CAN通讯电路、电源电路以及触摸屏模块6，实现数据采集、信号调理、通讯、参数修改、波形监控功能。
[0039]所述微处理器I内部模块包括:内部模拟信号采集模块10，内部SSI信号调理模块11，控制算法模块12，振动波形发生器模块13，主程序模块14，初始化模块15，震动参数修改模块16，定时器配置模块17，通讯数据封装模块18，控制信号输出模块19，数字量输出模块20，触摸屏驱动模块21，总线通讯模块22。
[0040](三)现场信号的采集
[0041]将现场传感器检测信号送入控制装置的采样模块，装置采样的控制信号包括SSI信号，与4?20mA的模拟信号。
[0042]SSI高速同步采集模块3与现场的振动位移传感器I接口和振动位移传感器2接口相连，微处理器模块I通过主程序模块14调用内部SSI信号采集模块11控制SSI高速同步采集模块3完成对两路SSI振动位移信号的同步采集，并且按字节读出后，送入微处理器I中。
[0043]SSI高速同步采集模块3实现由包含SSI高速同步采集芯片，在微处理器I的控制下将现场传感器输出的两路SSI信号的CLK-，CLK+, DATA+, DATA-与此模块的对应端相连，模块的8位数据输出，SSI模块的控制信号以及转换状态端口与微处理器的GPIO端口相连，当需要采样时，微处理器可以通过使能信号使微处理器同时对两路SSI信号采样，通过SSI装置的转换标志信号对输出信号进行区分，使微处理器I能够识别信号来源于某一路与同一路信号的不同位。对于不同精度的位移信号可以通过对SSI芯片的格式设置端子的高低电平实现区分，若为16位精度的位移信号则模块将收到的信号分成8位信号，分两次输入微处理器，若为24或25位的控制信号，则分3次或者4次进行输出，传入微处理器I中。
[0044]SSI高速同步采集模块3电路如图3所示，电路中DCHOO?DCH07为通道I的8位数据输出，DCHlO?DCH17为通道2的8位数据输出，SSI_CH1，SSI_CH2为通道I与通道2的采集数据输入端，MDO与MDl为时钟频率选择端。控制端包括start，end, cs，用于启动转换，标示转换结束，以及使能SSI数据采集芯片。
[0045]该模块还具有输出数据格式选择的功能，通过对输出数据格式位的高低电平的设置可以将输出转换为二进制码或格雷码输出。
[0046]模拟信号调理模块2分别与拉坯速度传感器接口、阀芯位置传感器I接口、阀芯位置传感器2接口、液压腔压力传感器I接口和液压腔压力传感器2接口相连，微处理器模块I通过主程序模块14调用模拟信号采集模块10完成对经过模拟信号调理模块调理之后的两路阀芯位移信号、两路液压腔压力信号以及拉速信号的采集，两路阀芯位移信号、两路液压腔压力信号为同步采集，两路阀芯位置、两路液压腔压力信号的采集为同步采集；模拟信号调理模块2接收来自现场的4?20mA电流信号，模拟信号调理模块2通过I/V变换转换为微处理器I可识别的O?3.3V电压信号送入微处理器I的GPIO端口，内部模拟信号米集模块10将GPIO设置为12位ADC模式，实现12位模数转换。
[0047]本控制装置采集的开关量为准备信号与启动信号，微处理器I通过输入开关量电气隔离模块4采集现成的开关信号，开关信号经过输入开关量电气隔离模块4后转换为微处理器I可接受的数字量信号，送入微处理器I。
[0048](四)参数读取与设置
[0049]本控制装置的控制参数的设定与修改可以通过两种方式实现:上位机设定参数后，通过CAN总线将控制参数传入控制器；也可以通过本装置的触摸屏进行参数的修改，可以通过触摸屏对非正弦振动的振幅、振动频率和偏斜率进行修改；
[0050]本机参数设置方式:微处理器I通过主程序模块14调用触摸屏驱动模块21控制触摸屏模块6检测触摸屏模块6上操作，完成振动控制的本机设置；
[0051]在线参数设置方式:微处理器I通过主程序模块14调用CAN总线通讯模块22控制CAN总线接口模块5读取来上位由CAN总线发送的控制参数，完成在线设置。
[0052](五)振动控制
[0053]微处理器I对于液压缸伺服阀的两路控制作用，采用相互独立的程序模块进行同步控制，对液压缸两侧振动位移的不同设定值分别控制，从而配合结晶器直线或者弧线的运动方式。
[0054](六)监控与通讯
[0055]本机监控方式:微处理器I通过主程序模块14调用触摸屏驱动模块21控制触摸屏模块6在触摸屏模块6上显示本机监控信息，完成振动控制的本机监控；
[0056]在线监控方式:微处理器I通过主程序模块14调用CAN总线通讯模块22控制CAN总线接口模块5由CAN总线向上位机发送控制参数，完成在线监控；
[0057]通讯:本控制装置使用的微处理器I自带一个bxCAN控制器，CAN总线控制器与物理总线之间的接口由CAN收发器构成，CAN总线接口模块5采用TJA1050作为CAN收发器与物理总线之间连接，微处理器I与CAN总线接口模块5连接，CAN总线接口模块5通过接线端子同CAN总线连接，实现与上位机之间的通讯。
[0058](七)控制信号的输出
[0059]微处理器I输出的控制信号以16位形式从GPIO 口输出，通过SPI总线输送至控制信号输出模块8，控制信号输出模块8与1#伺服阀控制接口和2#伺服阀控制接口相连，制信号输出模块8通过16位数/模转换芯片AD5660，转换为电压信号，经过V/I转换电路之后转换为伺服阀要求的电流信号。
[0060] 开关量电器隔离模块7与1#伺服阀使能、2#伺服阀使能、伺服阀使能和安全阀使能的接口相连，开关量电器隔离模块7使用ULN2803驱动外部继电器输出开关量，微处理器I对应的GPIO 口输出控制信号接入ULN2803输入端，控制输出端的12V电平的输出。
【权利要求】
1.一种基于CAN总线的结晶器振动控制装置，微处理器(I)、模拟信号调理模块(2)、输入开关量电气隔离模块(4)，其特征在于:还包括:SSI高速同步采集模块(3)、SSI高速同步采集模块(3)输入端与振动位移传感器接口相连接，SSI高速同步采集模块(3)输出端与微处理器(I)相连接，微处理器(I)输出端上分别接有控制信号输出模块(8)、控制信号输出模块(8)进行D/A转换后与结晶器振动液压伺服阀连接；处理器(I)与CAN总线接口模块(5)、触摸屏模块(6)连接；模拟信号调理模块(2)分别与拉坯速度传感器、两路阀芯位置传感器、两路液压腔压力传感器相连接；SSI高速同步采集模块(3)与两路振动位移传感器相连接；输入开关量电气隔离模块(4)接收现场准备与启动信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的结晶器振动控制装置，其特征在于:微处理器(I)包括:内部模拟信号采集模块(10)，内部SSI信号采集模块(11)，控制算法模块(12)，振动波形发生器模块(13)，主程序模块(14)，初始化模块(15)，震动参数修改模块(16)，定时器配置模块(17)，通讯数据封装模块(18)，控制信号输出模块(19)，数字量输出模块(20)，触摸屏驱动模块(21)，总线通讯模块(22)，显示程序模块(23)。
3.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的结晶器振动控制装置，其特征在于:所述模拟信号调理模块(2)包含有I/V变换电路。
4.根据权利要求1所述的一种基于CAN总线的结晶器振动控制装置，其特征在于:所述SSI高速同步采集模块(3)包含SSI信号高速同步采集芯片。
【文档编号】B22D11/053GK203695889SQ201320868391
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】李文涛, 高彤, 肖俊生, 左鸿飞 申请人:内蒙古科技大学