نظام التحكم باعتباره العنصر الأساسي في معدات الاختبار البيئي، فإن دقة التحكم فيه تؤثر بشكل مباشر على دقة ومصداقية الاختبار البيئي الذي تجريه المعدات. في الوقت الحاضر، ينقسم تطبيق نظام التحكم في معدات الاختبار البيئي بشكل أساسي إلى -أغراض عامة ونوع متخصص. يشير أحد أنظمة التحكم للأغراض العامة- إلى مجموعة طرق التحكم التقليدية لواجهة الآلة البشرية (HMI) ووحدة التحكم القابلة للبرمجة (PLC)، أو برامج تكوين الكمبيوتر الصناعي ومجموعة PLC من طرق التحكم؛ تشير وحدة التحكم المخصصة إلى خصائص التحكم لمعدات الاختبار البيئي المختلفة التي تم تطويرها لوحدة التحكم الخاصة. مجال التحكم في المعدات البيئية الخاصة المحلية بالنسبة إلى البلدان الأجنبية فارغ نسبيًا، والذي يحدث أيضًا بسبب دقة واستقرار معدات الاختبار البيئي المحلي بشكل عام أدنى من الأسباب الرئيسية للمعدات البيئية الأجنبية، وبالتالي فإن تطوير وحدات تحكم خاصة لتطوير معدات الاختبار البيئي المحلية له أهمية كبيرة.
1 . مبدأ التصميم
في هذه الورقة، يتم توجيه نظام التحكم في المعدات البيئية بشكل أساسي إلى معدات الاختبار البيئي من فئة درجة الحرارة، مثل غرفة اختبار درجة الحرارة العالية، وغرفة اختبار درجة الحرارة العالية والمنخفضة، وغرفة اختبار الصدمة الباردة والحرارية، وصندوق درجة الحرارة والرطوبة الثابتة، وصندوق الرطوبة والساخنة. وتتكون معدات الاختبار البيئي لفئة درجة الحرارة عادةً من الصندوق الرئيسي ونظام التدفئة ونظام التبريد ونظام دوران الرياح ونظام التحكم الرئيسي، كما هو موضح في الشكل 1.
تشتمل عناصر التحكم الرئيسية للمعدات بأكملها على: ضاغط التبريد، وصمام التمدد الإلكتروني والتحكم في صمام الملف اللولبي للتفريغ البارد في نظام التبريد؛ مروحة الطرد المركزي لنظام دوران الرياح. نظام التدفئة في مرحل الحالة الصلبة وموصل التيار المتردد.
تشمل معلمات القياس الرئيسية للجهاز بأكمله ما يلي: درجة حرارة وضغط غاز عادم الضاغط في نظام التبريد، ودرجة حرارة مخرج المكثف، ودرجة حرارة مدخل ومخرج المبخر، وتيار تشغيل الضاغط والجهد؛ درجة حرارة مروحة نظام تداول الرياح، تيار التشغيل والجهد؛ نظام التدفئة في سخان كهربائي يعمل بالجهد والتيار ؛ درجة الحرارة والرطوبة داخل الصندوق وهكذا.
في معلمات القياس المذكورة أعلاه، لا توجد علاقة مباشرة بين بعض المعلمات وعملية التحكم في المعدات، مثل جهد تشغيل الضاغط والمروحة والتيار وسرعة المروحة وسرعة الرياح. ومع ذلك، مع التطور السريع للعلوم والتكنولوجيا الحديثة وتكنولوجيا المعلومات الصناعية، في مجال الطيران والطيران والتطبيقات الصناعية وغيرها من مجالات المعدات والأنظمة للموثوقية والسلامة والمتطلبات الاقتصادية مرتفعة بشكل متزايد، مما دفع التنبؤ بالفشل وإدارة الصحة (التشخيص وإدارة الصحة، PHM) أصبحت تدريجيا واحدة من اتجاهات التطوير السائدة للمعدات الصناعية. ومع ذلك، يجب بناء نظام PHM على أساس المراقبة الشاملة لظروف تشغيل المعدات، واستخدام نظام التحكم PLC للأغراض العامة -، ويعني الحصول على الكثير من المعلمات زيادة وحدات PLC، الأمر الذي لا يؤدي إلى تحسين تكلفة تصنيع المعدات فحسب، بل يجعل حجم نظام التحكم في المعدات أيضًا منتفخًا. ولتحقيق هذه الغاية، تقترح هذه الورقة نظام تحكم مضمنًا-، من خلال استخدام الأنظمة المضمنة لتطوير درجة عالية من الحرية، وتكلفة منخفضة، ومستهدفة، وحقيقية-، ودرجة عالية من تكامل البرنامج، وتحقيق مراقبة معلمات التشغيل الكاملة للمعدات؛ وأسهل لتحقيق خوارزميات معقدة، لتحسين دقة التحكم واستقرار المعدات، مثل خوارزميات التحكم PID الغامضة للمعدات، ومتوسط تصفية تداخل النبض المضاد -، وتصفية متوسط الحد خوارزميات التصفية الرقمية مثل تصفية متوسط تداخل النبض المضاد -، والحد من طريقة التصفية المتوسطة.
2. تصميم أجهزة نظام التحكم
يتكون نظام التحكم من وحدة تحكم ووحدة قياس وتحكم؛ أي وحدة القياس والتحكم بما في ذلك وحدة الإدخال / الإخراج ووحدة القياس، هي تصميم وحدات، وتكوين المعدات المطلوبة لزيادة أو نقصان وحدات؛ ووحدة التحكم فقط للتكوينات المختلفة للجهاز لإجراء إعدادات البرنامج أو تعديلاته المناسبة. لا يقتصر الأمر على الحصول على-تكلفة منخفضة لمعلمات تشغيل المعدات فحسب؛ ولكن أيضًا لتحسين تكامل نظام التحكم، وتقليل حجم وحدة التحكم. إطار أجهزة نظام التحكم الموضح في الشكل 2، سيتم جمع وحدة التحكم للحصول على وحدة القياس بواسطة معلمات الماكينة، وفقًا لإعدادات التحكم في وحدة الإدخال / الإخراج لإخراج التحكم في الإدخال / الإخراج وPID.
وحدة التحكم ووحدة الإدخال/الإخراج، وحدة القياس بناءً على اتصال بروتوكول Modbus بواجهة 485. بما أن حافلة Modbus تستخدم على نطاق واسع في العديد من المجالات مثل الأجهزة، والأجهزة الذكية ذات الجهد العالي والمنخفض، وأجهزة الإرسال، وأجهزة التحكم القابلة للبرمجة، وأجهزة HMI، والعاكسات، والأجهزة الذكية الميدانية، وما إلى ذلك، فإنها تجعل وحدة التحكم ووحدات الإدخال/الإخراج، ووحدات القياس تتمتع بقدرة كبيرة على التوسع وإمكانية أن تصبح منتجات بشكل مستقل.
2.1 تصميم أجهزة التحكم
تعتمد وحدة التحكم المضمنة على منصة تطوير أجهزة المعالجات الدقيقة الأساسية -A9 ARM Cortex-A9 رباعية النواة، وهي مسؤولة بشكل أساسي عن نظام التحكم في تشغيل واجهة الآلة البشرية-، والعمليات المنطقية، والتحكم في الإدخال / الإخراج والتحكم PID. يتمتع معالج Exynos4412 المستخدم في النظام الأساسي للأجهزة بإمكانيات معالجة بيانات عالية الأداء-وواجهة أكثر اكتمالاً للأجهزة، مما يوفر أساسًا جيدًا للأجهزة لإنشاء أنظمة Linux المدمجة. يظهر الشكل 3 الرسم التخطيطي الوظيفي لمنصة تطوير أجهزة التحكم، مع شبكة WIFI على اللوحة، ووحدة 3G، وبطاقة شبكة تكيفية 10M/100M، وشاشة LCD تعمل باللمس مقاس 10.1 بوصة، ومضيف USB رباعي القنوات، وما إلى ذلك.
يدعم النظام الأساسي للأجهزة بدء التشغيل من بطاقة eMMC أو SD. يتم استخدام eMMC لنسخ صورة النظام، لذلك تبدأ وحدة التحكم من eMMC افتراضيًا بعد التشغيل؛ بينما يمكن استخدام وظيفة بدء تشغيل بطاقة SD مع USB OTG لتحقيق ترقية سريعة للبرامج الثابتة وبرامج النظام. يتم استخدام wifi وwcdma 3g وlan وواجهات الشبكة الأخرى لتوصيل وحدة التحكم بالإنترنت في حالات مختلفة، والتي يمكن استخدامها للتحكم عن بعد، والتحذير من الخطأ عن بعد أو التنبيه، وجهاز التحكم عن بعد، والتحذير من الخطأ عن بعد أو التنبيه، وجهاز التحكم عن بعد، والتحذير من الخطأ عن بعد أو التنبيه، والتحذير من الخطأ عن بعد أو التنبيه، والتحذير من الخطأ عن بعد أو التنبيه، والتحكم عن بعد. يتم استخدام WIFI وWCDMA 3G وLAN وواجهات الشبكة الأخرى لتوصيل وحدة التحكم بالإنترنت في ظل ظروف مختلفة، وتوفير دعم الأجهزة لتحقيق التحكم عن بعد في المعدات، والتحذير من الأخطاء عن بعد أو الإنذار، واستكشاف الأخطاء وإصلاحها عن بعد بواسطة الخبراء والتطبيقات الجديدة الأخرى.
من أجل ضمان قدرة وحدة التحكم على تحقيق اتصال موثوق به عالي السرعة في الوقت الفعلي-مع لوحة القياس والتحكم، يعتمد تصميم دائرة الاتصال RS485 لوحدة التحكم على ADM2483. ADM2483 عبارة عن جهاز إرسال واستقبال RS485 لعزل الاتصالات المتكامل، وهو أعلى معدل اتصال يصل إلى 500 كيلوبت في الثانية، وذلك لضمان أن معدل الاتصال والقدرة على مقاومة التداخل في ظل فرضية تجنب استخدام تصميم عزل قارنة التوصيل opto- يحتاج إلى شغل مساحة تخطيط PCB أكبر. منطقة التخطيط. و ADM2483 يستخدم للحد من تصميم معدل التأرجح، والتحكم في انخفاض معدل تأرجح الضغط عند المستوى المناسب، يمكن أن يقلل من المطابقة الطرفية غير المناسبة والموصلات الناتجة عن BER. تتبنى دائرة الواجهة الخاصة بوحدة الاتصال تصميم تحديد التيار والجهد، كما هو موضح في الشكل 5، حيث يقوم منظم الجهد D1 وD2 وصمامات الاسترداد الذاتي - بدمج PTC1 وPTC2 في دائرة الواجهة لتشكيل حماية فعالة لتحسين الموثوقية الكهربائية لوحدة الاتصالات 485.
2.2 تصميم أجهزة وحدة القياس والتحكم
يظهر الشكل 6 مخطط كتلة الأجهزة لوحدة القياس والتحكم، مع LPC1758 باعتباره جوهرًا، وهو المسؤول عن الحصول على بيانات تشغيل الجهاز، وفك تشفير عنوان الإدخال/الإخراج والتحكم في الإدخال/الإخراج؛ درجة الحرارة والتيار والجهد والرطوبة والضغط والمعلمات الأخرى للجهاز من خلال دائرة الاستحواذ، ثم عن طريق التصفية الرقمية LPC1758، المخزنة في الفلاش؛ يمكن لوحدة التحكم التواصل مع LPC1758 من خلال RS485، وقراءة المعلمات المطلوبة للعمليات المنطقية، ثم تنفيذ أوامر التحكم في الإدخال/الإخراج LPC1758 بعد العملية؛ تشتمل دوائر الإدخال/الإخراج على مخرجات الترانزستور، ومخرجات التتابع، ثم أمر التحكم في الإدخال/الإخراج إلى تنفيذ LPC1758. يمكن لوحدة التحكم التواصل مع LPC1758 من خلال RS485، وقراءة المعلمات المطلوبة للتشغيل المنطقي، ثم إرسال أوامر التحكم في الإدخال/الإخراج إلى LPC1758 للتنفيذ بعد العملية. تشتمل دائرة الإدخال/الإخراج على إخراج الترانزستور، وإخراج التتابع والإخراج للتطبيقات الخاصة، مثل التحكم في صمام التمدد الإلكتروني I/O، والتحكم في محول التردد I/O وما إلى ذلك.
تستخدم دائرة أخذ عينات المرشح قناة مكسيم الفردية -ADC MAX11210 ذات 24 بت، والتي تدمج مضخمات عازلة الإدخال التناظرية والمرجعية وتوفر أربعة منافذ GPIO يمكن استخدامها للتحكم في محول تناظري خارجي مكون من 16 قناة، مما يجعل MAX11210 يجمع الإشارات التناظرية ذات 16 قناة بكفاءة ويقلل العبء على موارد الإدخال/الإخراج الخاصة بـ LPC1758. يظهر الشكل 7 مخطط كتلة دائرة أخذ العينات. يظهر الشكل 7 مخطط كتلة دائرة أخذ العينات.
أخيرًا، من أجل ضمان دقة وموثوقية دائرة الإدخال/الإخراج، تمت إضافة تصميم الكشف عن حالة الإدخال/الإخراج إلى دائرة الأجهزة. بالنسبة لنقطة الإخراج، تولد دائرة اكتشاف حالة الإدخال / الإخراج إشارة تسلسل الإخراج المقابلة من حالة الإخراج، وعندما يتم إرسال أمر وحدة التحكم لتغيير حالة الإخراج إلى LPC1758 وتنفيذه، يتم تغيير حالة نقطة الإخراج، ويقارن LPC1758 إشارة تسلسل الإخراج المتغيرة مع أمر الإخراج الصادر عن وحدة التحكم لضمان دقة الإخراج؛ بينما، بالنسبة لنقطة الإدخال، فإنها تنتج عندما يتم تغيير حالة الإدخال، يقارن LPC1758 حالة الإدخال الفعلية مع إشارة تسلسل الإدخال لتحديد ما إذا كانت دائرة الإدخال خاطئة.
3. تصميم برامج نظام التحكم
من أجل تلبية واجهة أجهزة التحكم المتعددة-، وتطوير تطبيقات البرامج المتعددة-، وتشغيل الملفات المتعددة-، وتخصيص النظام وغيرها من المتطلبات، فإن نظام التشغيل Linux المضمن، يحتوي برنامج التطبيق الرئيسي على برنامج واجهة الإنسان-، وبرنامج معالجة البيانات، وبرنامج PLC الناعم، كما هو موضح في الشكل 7. من بينها، برنامج HMI هو يتم إنشاؤها بواسطة البرنامج الرسومي الذي يعمل ضمن بيئة Windows من خلال مجموعة من العناصر الرسومية وعناصر التحكم وأوامر الماكرو، والتي يمكن استيرادها إلى وحدة التحكم عبر USB لتحقيق تحديث واجهة HMI. يعد برنامج معالجة البيانات مسؤولاً بشكل أساسي عن سجل التحكم الصناعي للمعدات وتشغيل PID ومراقبة حالة المعدات ووظائف أخرى. تم تطوير برنامج PLC الناعم بواسطة برنامج Infoteam OpenPCS من ألمانيا، والذي يدعم ست لغات IEC، وهي ST وIL وSFC وFBD وLD وCFC، وهو مسؤول عن تشغيل منطق الإدخال/الإخراج.
نظرًا لأن وحدة القياس والتحكم لا تحتاج إلى عدد كبير جدًا من التطبيقات والواجهات الرسومية، فقد تم اختيار uC/OS-II، وهو أصغر كثيرًا مقارنة بمؤسسة نظام التشغيل Linux المضمن. النظام غني بالميزات-ويغطي وظائف مثل جدولة المهام وإدارة المهام وإدارة الوقت وإدارة الذاكرة والاتصال والمزامنة بين المهام-[6]. التطبيقات الرئيسية هي برنامج الحصول على البيانات، وبرنامج كشف الإدخال/الإخراج، وبرنامج التحكم في الإدخال/الإخراج. يظهر الشكل 9 كامل تدفق التحكم في الإدخال/الإخراج. إذا كان هناك إنذار خطأ في دائرة الإدخال/الإخراج، فيمكن للمستخدم اختيار إيقاف تشغيل الجهاز وإعادة تشغيله أو طلب الدعم الفني.
4 الاستنتاج
يتمتع نظام التحكم في معدات الاختبار البيئي المدمج المصمم في هذه الورقة ووحدة التحكم والقياس والتحكم الخاصة به بمزايا التكلفة المنخفضة والتكامل العالي والدقة العالية وقابلية التوسع وما إلى ذلك، والتي يمكن أن تحسن إلى حد ما خصائص معدات الاختبار البيئي مثل حجم الدفعة الصغيرة والعديد من أنواع التأثيرات الضارة على التصميم والإنتاج. ومن خلال الاستفادة الكاملة من مزايا إنتاج شركتنا لمعدات الاختبار البيئي، يمكننا تحسين موثوقية تصميم نظام التحكم بشكل مستمر من خلال الاختبار البيئي. يتم الآن استخدام نظام التحكم في سلسلتنا القياسية من المعدات البيئية، وقد وصلت دقة التحكم والاستقرار إلى المستوى المتقدم المحلي، وتكوين الأجهزة غني، مع قدرة جيدة على التوسع.