基于WorldFIP现场总线的振动测量仪表开发

系统软件的核心,其流程如图4所示。本部分将通过介绍系统主程序模块来说明仪表的整个工作进程。

系统上电后,立即开始初始化过程,设定68HC12工作模式,端口E工作方式,定时器各端口工作方式,看门狗功能,外部中断响应方式,设定中断优先级,分配堆栈空间等操作。之后,系统开始对通信控制器MICROFIP进行初始化,设定MICROFIP各控制器的初值。接着,初始化PWM功能块,并按默认值设定输出脉冲周期和占空比,此脉冲信号将作为MAX291的输入时钟。本设计是以汽轮机转轴为假想测量对象,因此其基频为50Hz,一般前相通路中将滤掉其12.5倍频以上的高频成份,而MAX291的输入时钟和截止频率比为100∶1;因此, PWM的输出时钟频率应为100*12.5*50=62 500Hz。接下来,系统将连续查询采样允许控制寄存器的值,如禁止采样,系统将继续查询外部中断标志寄存器,如没有系统将继续查询采样允许控制寄存器,如此循环。如果有外部中断产生,系统立即进入其中断服务子程序,读取MICROFIP中断状态寄存器的内容,看上位机是否有新的组态设置要求,如有则开始按要求设置新的组态参数,并重新对MICROFIP进行初始化。如果没有新的组态要求,则系统退出中断服务子程序后,直接查询采样控制寄存器,等待上位机的开始采样命令。收到命令后,开始一次数据采集过程,将采集的数据送入现场实时数据库。

系统每开始一次数据采集,总是对通道8个通道进行轮流采集,因此每开始一次采集都有8个数据产生,如果某些通道不要求采集,系统依旧维持原有的轮流次序,但是舍弃这些通道对应的采集数据,这样做的好处是可维持误差的恒定,有利于以后的误差分析。如果本周期的最后一次交流采样完毕后,系统将进入直流信号的数据采集过程,进入此过程之前,系统首先查询是否有直流采样的要求,如果没有,本周期的数据采样完毕;如果有则系统进入直流采样过程,调用直流数据采样及存储子程序完成此过程。由于直流信号对应涡流探头的间隙电压,变化缓慢,相对较长的采样周期不会影响样本的精度。

交直流采样都完毕后,系统将检查是否采用周期数已达到要求,如果没有则开始下一周期的采样,采样过程和前一周期的过程一样,否则重新设定采样间隔时间,并允许系统数据采样,同时上传采集的数据给现场总线供上位机完成数据的处理分析。

从仪表的整个工作进程不难看出,对振动数据的采集采用的是整周期采样方案。设每通道采样点数为K=MN (M为每周期采样点数, N为采样周期数),本设计中,转速信号的倍频是通过软件实现的,利用68HC12定时器输入捕捉,实时记录前后两次键相脉冲到达的时间,并根据前三转的转速估算本次转速,将其M等分后,用此结果刷新输出比较定时器的计数值。开启此定时器后,定时器输出端口将输出一个M倍频的脉冲波。

4　结论

①所设计的振动测量仪表采用WorldFIP通信协议,使得振动信号可以直接引入具有WorldFIP接口的控制系统,通过相应的OPC模块,控制系统可以使用或进一步处理振动数据,从而使振动测量可通过控制系统的软硬件平台实现,降低了硬设备的投入,简化了设备管理系统的结构。

②利用微处理器内嵌模块实现了同步整周期采样。

③利用MCU内嵌的A/D模块实现了直流分量的采集,减少了器件数量,降低了功耗。

④仪表中使用了内部资源丰富的68HC12微处理器,简化了系统结构,降低了成本,也提高了可靠性。

参考文献

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