何宇龍  李巖峰  康瑞全

（河鋼集團邯鋼公司大型軋鋼廠）

摘要：設計并應用了一種多功能檢測裝置，對全自動化生產(chǎn)線遠程控制箱內的多種信號進行實時監(jiān)控，降低電氣設備事故，并通過遠程組網(wǎng)功能，實現(xiàn)集中統(tǒng)一管理，提高效率。

關鍵詞：控制電源；溫濕度；遠程組網(wǎng)

1 前言

現(xiàn)代自動化生產(chǎn)線基本都采用大量的現(xiàn)場遠程站來采集現(xiàn)場傳感器信號和控制輸出，現(xiàn)場遠程站內通常使用DC24v控制電源用于現(xiàn)場設備控制和信號反饋。由于電氣元件老化、控制電壓衰減、環(huán)境溫濕度變化等原因，造成現(xiàn)場設備動作異常從而造成設備事故。但因其信號不穩(wěn)定很難準確判斷事故原因，往往造成事故擴大化。

本論文結合現(xiàn)場實際情況，設計了一種多功能檢測裝置，同時對遠程站內的控制電源電壓、環(huán)境溫度、濕度等數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，既可現(xiàn)場觀察數(shù)據(jù)，又可以遠程組網(wǎng)。為自動化產(chǎn)線集中管理、監(jiān)控現(xiàn)場大量的遠程站，降低維護難度，提高維護效率提供了一種有效的解決方案。

2 總體設計方案

本論文設計了一種多功能檢測裝置，硬件組成包括嵌入式單片機、LED驅動芯片、RS485接口電路、電源外圍輔助電路；軟件組成包括單片機控制程序、LED顯示屏實時數(shù)據(jù)顯示、用于遠傳數(shù)據(jù)的modbus-RTU協(xié)議等。

該檢測裝置的系統(tǒng)架構如圖1所示：以主控MCU為核心，采集遠程站控制電源電壓、溫、濕度信號等，通過計算并按照一定的邏輯在LED屏上顯示。也可通過RS485接口，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)組網(wǎng)功能，方便維護人員實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

圖1  系統(tǒng)架構圖

3 硬件部分

3.1MCU主邏輯電路

MCU主邏輯電路部分為模塊的運算單元，是最新一代的小型嵌入式處理器，它為實現(xiàn)MCU的需要提供了低成本的平臺、引腳數(shù)少、系統(tǒng)功耗低，同時提供卓越的計算性能和可靠的AD轉換功能，內置8K+128B字節(jié)的內置存儲器，用于存放程序和數(shù)據(jù)。

3.2電源部分

電源部分為模塊提供5V供電，采用的的電源管理芯片，為4.5V到40V寬輸入電壓范圍。是一款高效、高壓降壓型DC-DC轉換器，固定150KHz開關頻率，可提供最高3A輸出電流能力，低紋波，出色的線性調整率與負載調整率，內置固定頻率振蕩器與頻率補償電路， 簡化了電路設計。如圖2所示.

圖2 電源部分原理圖

3.3接口部分

接口部分采用RS485通訊接口電路，用于modbus-RTU協(xié)議通訊提供硬件支持；采用HC協(xié)議與溫濕度傳感器通訊；采用SPI協(xié)議與LED顯示屏通訊。

4 軟件部分

本系統(tǒng)軟件設計采用IAR Embedded Workbench  編程環(huán)境。從電控柜內控制電源上取出電壓信號接入本裝置，系統(tǒng)上電后，首先初始化單片機相關寄存器和變量，然后MCU采集并計算出電壓值送LED顯示屏實時顯示。同時從溫濕度傳感器讀取溫濕度數(shù)據(jù)送LED數(shù)碼管分時顯示，如果需要組網(wǎng)數(shù)據(jù)遠傳功能，可根據(jù)需要接入RS484接口進行數(shù)據(jù)收集。主控流程圖如圖3所示。

圖3 主控流程圖

5 結束語

本文介紹了一種根據(jù)現(xiàn)場實際情況需要自主開發(fā)的多功能檢測裝置，并在河鋼邯鋼大型軋鋼廠現(xiàn)場實踐應用，效果良好。為降低設備事故，提高自動化生產(chǎn)線電氣設備集中控制管理效率，為未來智能工廠的發(fā)展提供了一種有效的解決方案。