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等基于µC/OS-II操作系统KDG15A型远程控制开关的研究

2013-03-23天地常州自动化股份有限公司

电子世界 2013年17期
关键词:A型嵌入式远程

天地(常州)自动化股份有限公司 夏 云

1.前言

随着煤矿综合自动化程度的提高,井下网络系统的应用也越来越广泛,通过网络系统不仅能在井下现场操作各种设备,同时能在地面实现远程控制,而且能在地面实时监测各种设备的运行参数等,真正实现远程综合自动化系统。

目前国内现场的远程控制开关种类比较繁杂,造成系统接人控制总线种类大,给现场应用造成困难,我单位目前研制的KDG15A型远程控制开关是KJ95N型煤矿综合监控系统的配套产品,通过现场总线RS485,用于远距离控制设备的开关,同时带有馈电状态检测功能,可反映被控设备的状态。

2.需求及技术分析

随着井下自动化程度的提高,井下各种设备的控制及监控系统,可以挪移到地面控制中心,实现集中控制,减少了人工系统,例如井下中央水泵房排水系统,当水仓达到井下警戒水位后,必须及时开启井下水泵向地面排水,这时就要逐一开启相应的设备,例如首先把相应管路的阀门开启到位,并需监测阀门是否开启到位;然后开启真空泵向主排水泵抽真空,确保真空后,再开启主排水泵,这样的一系列操作必须在现场安装远程控制开关。

又例如井下的皮带机控制系统,由于井下皮带系统可以实现远距离运输,皮带机路线长,但皮带机系统根据煤矿安全规程要求必须安设温度保护、速度保护、烟雾保护、跑偏保护、满煤保护、沿线紧急停车、纵撕保护等8大保护系统,这几大保护如何在远距离实现,必须在现场安装远程控制开关。

因此远程控制开关的应用在煤矿现场中非常广泛,我单位根据目前煤矿的具体现状,结合煤矿必须具备的六大系统中的监测监控系统,综合分析后决定研发KDG15A型远程控制开关,并选择RS485现场总线,方便接入目前常用的KJ95N型煤矿综合监控系统,给用户提供了方便可靠的远程控制开关。

3.KDG15A型远程控制开关硬件设计

3.1 CPU控制器的选型

KDG15A型远程控制开关选用PHILIPS公司最新的LPC2119控制器作为系统CPU,该控制器是基于支持实时仿真和一个跟踪的16/32位ARM7TDMI-STM CPU,同时带有128/256 kB(字节)嵌入的高速Flash存储器。宽度128位的存储器接口和很独特的加速结构能够使32位代码在最大时钟速率下运行。对系统代码规模有非常严格控制的应用,可选择16位Thumb模式将代码的规模降低超过30%,而系统性能的损失却很小。

LPC2119控制器为非常小的64脚封装、非常低的功耗、几个32位定时器、4通道10位ADC、2路CAN、PWM通道、46个GPIO以及多达9个外部中断。并且内置了宽范围的RS485串行通信接口。

具体的系统图如图1所示。

图1 KDG15A型远程控制开关结构框图

3.2 系统电源的设计

KDG15A型远程控制开关考虑到要搭接KJ95N型煤矿综合监控系统,由于KJ95N型煤矿综合监控系统中具有9-18直流电源电压,只需在内部简单增加电源滤波以及相应5V、3.3V LM1117-3.3和1.8VLM1117-1.8型电源转换就可以了,在此不在啰嗦。

3.3 抗干扰电路的设计

由于井下各种信号的电磁干扰比较强。为了防止共摸干扰和差模干扰引入到KDG15型开关内部,对芯片以及其他相应硬件造成损坏,因此在各种继电器开关量和系统采集电路之间相应加了光电隔离器,增加系统抗干扰的能力。开关量的光电隔离抗干扰电路图如图2所示:

图2 光电隔离抗干扰电路图

3.4 RS485电路的设计

作为目前常用的通讯接口,选用ADM487作为RS-485通信元件,同时考虑到系统的抗干扰性在485电路中增加3个快速光耦,这样配置不仅设计简单而且价格实惠。具体不在啰嗦,详见图3。

图3 RS485电路设计

4.KDG15A型远程控制开关软件设计

KDG15A型远程控制开关软件通过采用移植µC/OS-II嵌入式实时操作系统(RTOS)作为该开关的操作系统。µC/OS-II操作系统是一种公开源代码、结构小巧、具有可剥夺实时内核的实时操作系统,不仅具有编程简单、简洁,同时具有可裁减性好、可靠性高、实时性强等特点。

µC/OS-II操作系统是一个实时操作系统内核,它不仅仅包含了任务调度,任务管理,时间管理,内存管理和任务间的通信和同步等基本功能,而且包含了信号量管理、事件管理、邮箱消息管理、消息队列管理、内存管理、事件标志组管理等几个部分,以上功能完全可以通过用户自己根据需要进行简单的设置即可实现。由于µC/OS-II具有良好的可扩展性和源码开放,其他的输入输出管理,文件系统,网络等额外的任务,用户可以根据需要简单编程即可实现。

通过移植嵌入式µC/OS-II实时操作系统,应用程序变得相对简单,主程序Main()函数如下:

Void main(void)

{

OSInit();//系统初始化

InitTimer0();//Timer0初始化,Timer0作为系统时钟节拍源

OSTaskCreate(Task1,(void*)0,(void*)&TaskStk[1][0],6);/*建立任务1*/

OSTaskCreate(Task2,(void*)0,(void*)&TaskStk[2][0],6);/*建立任务2*/

OSStart();/*开始多任务调度*/

}

通过主程式,设置系统内部初始化,并设置好系统的时钟节拍源,只需建立两个任务即可实现Task1作为485通信任务,Task2作为系统输入、输出的监测控制任务。

Task1任务485通信程序采用中断方式启动,在系统设置内部设置好时间间隔,到时间即开启Task1,具体流程图见图4。

图4 Task1通信任务流程图

数据处理及控制Task2程序如图5所示:

图5 数据处理及控制Task2程序

数据处理及控制程序,任务启动后,首先判断是否有上位机发送的控制命令,如果有控制命令,根据上位机控制命令分别对端口进行控制,如无控制命令对所有端口进行监测,监测完成后将监测结果存储到相应位置。

5.结论

本文根据井下现场综合自动化的需求简单介绍了KDG15A型远程控制开关设计,该控制开关系统设计简洁,方便搭接KJ95N型煤矿综合监控系统,为井下煤矿综合自动化提供了很好的搭建平台。该KDG15A型远程控制开关已在我公司投入生产并依法取得防爆合格证和MA煤矿安全许可证,已投入到各个矿物局使用,并取得了很好的口碑。

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