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基于CAN总线的高压激光电源远程控制系统

目前,多数激光电源的充放电控制通常由操作员在现场直接对电源控制器操作,当整个激光系统所需的激光电源台数较多时,不便于充电控制及试验数据的记录,也不能保障人身的安全,所以一个能够实现对所有激光电源远程控制的集总控制系统就显得尤为重要。基于以上考虑,本系统采用在汽车电子中得到广泛应用的具有较强抗干扰能力的CAN总线,建立上位机与激光电源控制器的通信实现对激光电源的远程控制。
 
系统构成及概述
 
整个集总控制系统由人机界面友好的上位机软件、光纤介质的CAN总线通信网络、6台具备CAN通信接口的激光电源组成。系统结构见图1。
系统构成框图
激光电源控制器上有CAN总线控制芯片以及进行光、电信号转换的光纤收发器,可将激光电源控制器上的主控单片机发出的指令转换为光信号,光信号通过光纤传输到光纤HUB,转换为电信号再进入上位机上的CAN总线控制卡,上位机通过软件读写CAN总线卡远程、实时监控电源,并通过数据库记录每一台激光电源的运行数据。本系统共有6台激光电源,有很好的可扩展性。CAN总线挂接了6台激光电源控制器及一个额外的节点,用于控制激光电源的充电电容放电触发开关以及激光电源供电总开关,达到完全软件远程操控的目的。
 
激光电源控制器
 
控制器有本控和上位机控制模式。本控模式主要用于单台电源的充电调试,由开发或检修人员通过按键以及数码显示单台激光电源的充电调试。操作员远离激光电源工作现场,在远程控制室通过上位机软件实现激光电源的充放电等操作。控制器原理框图见图2。
 激光电源控制器原理框图
本控模式下,操作员通过键盘设置电容目标充电电压及与充电速度相关的参数。数码管显示参数设置值,充电时实时显示当前电容电压,发生故障时显示故障信息。
 
CAN总线、CAN控制卡及光纤HUB
 
控制室内PC机要成为CAN总线的一个节点,须通过插在PC机上的CAN总线控制卡。本系统采用的是Advantech公司的基于PC机ISA总线PCL2841。PCL2841是一款特殊用途的通信卡,它能够提供PC与控制器区域网(CAN)的连接。利用其内置的CAN控制器,PCL2841提供总线仲裁和错误检测功能,且在检测到错误时能自动重发数据,确保了系统的可靠性。卡上的CAN控制器SJA1000可设置在内存中的不同位置,同时独立操作2个CAN控制器。PCL2841可高达1Mb/s的波特率工作,安装在PC的ISA扩展槽中,分配给PCL2841一个内存地址,提供最快的访问。同时,PCL2841提供了丰富的库函数与例程,方便了上位机程序的开发。
 
光纤HUB的功能通过光纤与激光电源控制器上的光纤收发器连接,同时转换为总线信号与CAN控制卡连接。
 
上位机软件
软件开发前,首先制定了上位机软件与激光电源控制器间CAN通信的具体协议,协议中包括了电源所处状态的定义以及发送的数据与充电、暂停、停止等电源动作间的对应关系。这样只要在软件中按钮的事件相应处理程序中发出相对应的数据即可。软件调用CAN总线控制卡PCL2841的库函数进行CAN卡的初始化、参数设置、数据的读取与写入。为保证数据读写的实时性,软件采用了多线程的方式。
上位机软件主界面
通过CAN总线通信的方法,控制室内PC机与激光电源控制器之间交换数据,实现了高压激光电源设备的远程自动化控制。为保证安全以及通信的可靠性,CAN总线的传输介质采用了光纤,操作员在仅操作PC机时可进行整个充、放电流程,同时通过人机界面良好的软件与操作员交互,提高了安全性,操作的方便性,监控的直观性,通过数据库实现故此顶研究成果具有相当的应用价值。
 
研究和试验结果表明,采用聚酰亚胺薄膜绕包电磁线加强高压电动机定子绕组匝间绝缘的方法,可提高其抗击穿电压和抗褶裂性,进而提高其定子绕组绝缘性能。此项研究已成功应用于工程实际。
 
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