基于S12X双核微控制器的染色自动化控制器

2011-03-26 14:12:54来源: 互联网
在纺织工业中,染色工艺过程是纺织品上色的一个重要生产环节。布料染色要求在不同的升温、降温过程中严格按照一定的升温速率或降温速率进行,而且对于不同的染料、不同的纺织品,所要求的染液温度变化曲线也不同[1]。图1所示为实际生产中的一个典型阶梯升温工艺示意图。该工艺分为3段:第1段保温温度为80 ℃,保温时需要正反转的次数(道数)为1道;第2段保温温度为90 ℃,道数为1道;第3段保温温度为135 ℃,道数为2道。

    长期以来,染色工艺过程都是由通用型温度控制器配合人工操作来完成。这种基于通用型温度控制器的人工控制染色方式很难保证工艺上所要求的严格的升、降温变化速率,而且不同的工人在操作同一种工艺要求时也会产生差异,从而影响产品的质量和产量。同时染色车间温度高、湿度大,操作人员的劳动条件十分恶劣,也在一定程度上影响了产品的质量。为了提高产品的质量并降低工人劳动强度,设计了一套染色自动化控制器,主要用于实现染色工艺的单机控制,完成阶梯升温染色工艺的设置和显示、自动化控制等功能,并为接入现场总线控制系统预留接口。
1 方案设计
    在染色工艺过程中,染缸内、外缸的温度检测采用PT100温度传感器;阶梯升温工艺采用PID算法控制电磁阀对染液实现温度的控制;在保温阶段,利用固态继电器控制卷筒直流电机正反转动,实现布料的均匀染色。
    染色自动化控制器采用MC9S12XDP512微控制器作为控制核心,其系统框图如图2所示。该系统分为人机交互单元、现场控制单元和CAN总线单元三部分。其中,人机交互单元由数码显示、LED显示和键盘输入部分组成,用于染色工艺的设置、显示以及运行状态的显示、报警。现场控制单元采用并行总线,扩展了12位高精度A/D转换器,采样由PT100检测、经过调理过的温度信号,采用PID算法控制染液温度;同时完成织物正反转,实现染色工艺过程自动化控制。CAN总线单元采用MC9S12XDP512内置CAN模块,实现了现场总线控制系统的构架。

2 硬件设计
2.1 MC9S12XDP512

    MC9S12XDP512是Freescale公司生产的新一代16位微控制器,以增强型HCS12内核为基础,集成了外设协处理器XGATE[2]。
    XGATE是一个独立于HCS12X主CPU的可编程RISC内核,可作为高效的DMA控制器,在外设与RAM之间自主地进行高速数据传送,并在数据传送过程中进行灵活的数据处理。
    XGATE精简指令集内核中有8个16位通用寄存器R0~R7,1个程序计数器PC,1个4位的条件码寄存器CCR。XGATE共有72条独立指令,指令时钟最高可达100 MHz,是HCS12X主CPU总线速度的2倍;可访问64 KB的片内空间,包括2 KB的片上外设寄存器、30 KB的片上FLASH和最大32 KB的片内RAM。
2.2 XGATE的编程
    XGATE的代码执行是由事件(中断)驱动的,图3所示为S12X系统微控制器的典型中断处理过程。其中,中断的配置寄存器INT_CFGDATAx决定了该中断的处理内核及中断优先级。如果RQST位置为1,则选择XGTE协处理器处理当前中断;反之则选择HCS12X主处理器。当XGATE的中断服务程序处理结束后通知HCS12X,并将处理结果提交给HCS12X。这样HCS12X只需关注上层的控制算法,而与底层密切相关的硬件操作由XGATE处理,极大地提高了系统性能[3]。

在纺织工业中,染色工艺过程是纺织品上色的一个重要生产环节。布料染色要求在不同的升温、降温过程中严格按照一定的升温速率或降温速率进行,而且对于不同的染料、不同的纺织品,所要求的染液温度变化曲线也不同[1]。图1所示为实际生产中的一个典型阶梯升温工艺示意图。该工艺分为3段:第1段保温温度为80 ℃,保温时需要正反转的次数(道数)为1道;第2段保温温度为90 ℃,道数为1道;第3段保温温度为135 ℃,道数为2道。

    长期以来,染色工艺过程都是由通用型温度控制器配合人工操作来完成。这种基于通用型温度控制器的人工控制染色方式很难保证工艺上所要求的严格的升、降温变化速率,而且不同的工人在操作同一种工艺要求时也会产生差异,从而影响产品的质量和产量。同时染色车间温度高、湿度大,操作人员的劳动条件十分恶劣,也在一定程度上影响了产品的质量。为了提高产品的质量并降低工人劳动强度,设计了一套染色自动化控制器,主要用于实现染色工艺的单机控制,完成阶梯升温染色工艺的设置和显示、自动化控制等功能,并为接入现场总线控制系统预留接口。
1 方案设计
    在染色工艺过程中,染缸内、外缸的温度检测采用PT100温度传感器;阶梯升温工艺采用PID算法控制电磁阀对染液实现温度的控制;在保温阶段,利用固态继电器控制卷筒直流电机正反转动,实现布料的均匀染色。
    染色自动化控制器采用MC9S12XDP512微控制器作为控制核心,其系统框图如图2所示。该系统分为人机交互单元、现场控制单元和CAN总线单元三部分。其中,人机交互单元由数码显示、LED显示和键盘输入部分组成,用于染色工艺的设置、显示以及运行状态的显示、报警。现场控制单元采用并行总线,扩展了12位高精度A/D转换器,采样由PT100检测、经过调理过的温度信号,采用PID算法控制染液温度;同时完成织物正反转,实现染色工艺过程自动化控制。CAN总线单元采用MC9S12XDP512内置CAN模块,实现了现场总线控制系统的构架。

2 硬件设计
2.1 MC9S12XDP512

    MC9S12XDP512是Freescale公司生产的新一代16位微控制器,以增强型HCS12内核为基础,集成了外设协处理器XGATE[2]。
    XGATE是一个独立于HCS12X主CPU的可编程RISC内核,可作为高效的DMA控制器,在外设与RAM之间自主地进行高速数据传送,并在数据传送过程中进行灵活的数据处理。
    XGATE精简指令集内核中有8个16位通用寄存器R0~R7,1个程序计数器PC,1个4位的条件码寄存器CCR。XGATE共有72条独立指令,指令时钟最高可达100 MHz,是HCS12X主CPU总线速度的2倍;可访问64 KB的片内空间,包括2 KB的片上外设寄存器、30 KB的片上FLASH和最大32 KB的片内RAM。
2.2 XGATE的编程
    XGATE的代码执行是由事件(中断)驱动的,图3所示为S12X系统微控制器的典型中断处理过程。其中,中断的配置寄存器INT_CFGDATAx决定了该中断的处理内核及中断优先级。如果RQST位置为1,则选择XGTE协处理器处理当前中断;反之则选择HCS12X主处理器。当XGATE的中断服务程序处理结束后通知HCS12X,并将处理结果提交给HCS12X。这样HCS12X只需关注上层的控制算法,而与底层密切相关的硬件操作由XGATE处理,极大地提高了系统性能[3]。

关键字:双核  控制器  染色

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/0326/article_5221.html
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