基于變頻控制的雙通道can總線控制器及雙can仲裁方法
【專利說明】基于變頻控制的雙通道CAN總線控制器及雙CAN仲裁方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于工業(yè)自動化領(lǐng)域，涉及遠(yuǎn)程遙控變頻器，具體是一種基于變頻控制的雙通道CAN總線控制器及雙CAN仲裁方法。
【背景技術(shù)】
[0003]目前，中頻電機變頻器控制普遍采用的是本地控制方式，由一個專門的中頻電機操作人員聽調(diào)度人員指令來控制變頻器的開啟與關(guān)閉。這種控制方法需要專門的變頻器操作人員以及負(fù)責(zé)總體和中頻電機之間的調(diào)度人員，浪費了人力；同時操作人員與調(diào)度人員之間通過喊話方式溝通，其有效范圍較小，操作出錯率高?，F(xiàn)有極少數(shù)型號采用單總線遠(yuǎn)程控制方式進行控制，當(dāng)總線線路出現(xiàn)故障時，必須手動排故才能繼續(xù)工作。由于型號電纜網(wǎng)比較復(fù)雜，電纜排故工作往往持續(xù)較長時間，嚴(yán)重影響生產(chǎn)調(diào)試進度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種實現(xiàn)變頻器的遠(yuǎn)程冗余控制的雙通道CAN總線控制器及雙CAN仲裁方法。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種基于變頻控制的雙通道CAN總線控制器，包括自帶雙can控制器的arm芯片、四組光耦隔離電路、兩組can總線電平轉(zhuǎn)換電路、rs485電平轉(zhuǎn)換電路和四路DC/DC電源；自帶雙can控制器的arm芯片內(nèi)集成的兩組can控制器分別依次與兩組光耦隔離電路、兩組can總線電平轉(zhuǎn)換電路連接，帶雙can控制器的arm芯片內(nèi)集成的uart控制器依次與一組光耦隔離電路、rs485電平轉(zhuǎn)換電路連接，帶雙can控制器的arm芯片內(nèi)集成的gp1依次與一組光親隔離電路、外部DI接口連接，四路DC/DC電源分別與自帶雙can控制器的arm芯片、兩組can總線電平轉(zhuǎn)換電路、rs485電平轉(zhuǎn)換電路和外部DI接口相連。
[0006]一種基于變頻控制的雙通道CAN總線控制器的雙CAN仲裁方法，由上位機通過雙CAN總線向雙CAN控制器發(fā)出控制指令，雙CAN總線控制器兼容多種總控協(xié)議，控制指令為多種總控協(xié)議中的一種，雙CAN控制器收到控制指令后按照雙CAN仲裁方法進行處理，其具體方法如下:
步驟1，雙CAN總線控制器接收到指令后，由指令格式判斷協(xié)議類型；若指令格式符合雙CAN總線控制器兼容的其中一項協(xié)議，則本次通訊的通訊協(xié)議確定為該協(xié)議，控制器響應(yīng)該條指令并更新命令號；否則丟棄該條指令；
步驟2，提取指令的指令號，并與雙CAN總線控制器內(nèi)存儲的當(dāng)前指令號比較，若相同，則丟棄該條指令；若不同，則響應(yīng)該條指令并更新當(dāng)前指令號；
步驟3，根據(jù)所確定的協(xié)議通過RS485總線向變頻器發(fā)送控制消息，并完成控制指令所標(biāo)識的其他任務(wù)，完成指令響應(yīng)后，按照步驟I所確定協(xié)議的反饋格式，向雙CAN總線發(fā)送反饋數(shù)據(jù)。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點:目前，變頻器控制普遍采用的是本地控制方式，極少數(shù)采用的遠(yuǎn)程控制方式在總線故障時也無法正常工作。
[0008]雙CAN總線控制器基于上位機控制的遠(yuǎn)程冗余控制方法，實現(xiàn)了變頻器的遠(yuǎn)程冗余控制，增強了變頻器控制系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)一路CAN總線異常時雙CAN總線控制器仍可以正常工作，確保實現(xiàn)變頻器的遠(yuǎn)程控制。CAN總線作為地面設(shè)備間通訊用總線，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0009]圖1是雙通道CAN總線控制器結(jié)構(gòu)框圖。
[0010]圖2是雙通道CAN總線程序流程圖。
[0011]圖3是CAN命令響應(yīng)。
[0012]圖4是變頻器控制。
【具體實施方式】
[0013]在本發(fā)明中，上位機系統(tǒng)通過CAN總線向控制器發(fā)送指令?？刂破魍ㄟ^RS485總線向變頻器發(fā)送控制信號，并接收變頻器返回的狀態(tài)信號，實現(xiàn)對變頻器的遠(yuǎn)程控制。當(dāng)CANl總線出現(xiàn)故障時，可立即切換到CAN2總線繼續(xù)工作。
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述。
[0015]雙CAN總線控制器由微控制器、CANl總線通道、CAN2總線通道和RS485總線通道組成。上位機同時由CANl通道和CAN2通道向下位機下發(fā)控制指令，當(dāng)控制器收到其中一條指令后，對比系統(tǒng)命令號和控制指令命令號后發(fā)現(xiàn)命令號不同，則系統(tǒng)響應(yīng)該命令后更新命令號；收到另一條指令時，指令命令號與系統(tǒng)命令號相同，則放棄后收到的指令。當(dāng)CAN總線有一路發(fā)生斷開時，只有一路控制指令被接收，由以上所述過程，該指令被響應(yīng)，不影響設(shè)備正常工作，實現(xiàn)雙CAN總線的冗余控制。
[0016]雙CAN總線控制器系統(tǒng)原理圖如附圖1所示，由微控制器、CANl總線通道、CAN2總線通道和RS485總線通道組成，同時，在控制器和各路通訊通道電平轉(zhuǎn)換芯片之間增加了各通道的隔離電路。微控制器選用自帶雙路獨立的CAN總線控制器和Uart控制器的微控制器芯片，可同時處理CANl總線信息和CAN2總線信息。隔離芯片選有光耦隔離芯片，隔離后系統(tǒng)分別采用單獨的DC/DC供電，保證外部信號與控制器的控制核心之間的隔離。
[0017]微控制器軟件基于中斷配合超循環(huán)的前后臺系統(tǒng)開發(fā)，系統(tǒng)運行穩(wěn)定并具有較強的實時性。進入超循環(huán)之前微控制器首先進入初始化程序，初始化微控制器系統(tǒng)以及各外設(shè)通道，初始化完畢后進行雙路CAN總線和RS485總線自檢，之后進入超循環(huán)體。超循環(huán)體中主要有手動處理、CAN命令響應(yīng)和電機控制三個任務(wù)，三個任務(wù)通過相應(yīng)的標(biāo)志決定是否執(zhí)行。中斷任務(wù)包括CAN1、CAN2和RS485總線接收中斷和時基中斷。CANl和CAN2總線接收中斷用于響應(yīng)上位機發(fā)送的命令，并更改相應(yīng)的標(biāo)志，在超循環(huán)體中的CAN命令響應(yīng)任務(wù)對所接收到的命令進行響應(yīng)。RS485總線接收中斷用于接收變頻器查詢命令反饋，當(dāng)接收完一條反饋時，置位相應(yīng)標(biāo)志，在超循環(huán)體中進行處理。時基中斷用于提供系統(tǒng)時基，控制進入超循環(huán)體的電機狀態(tài)獲取任務(wù)。系統(tǒng)軟件流程圖如附圖2所示，CAN命令響應(yīng)流程圖如附圖3所示，變頻器控制流程圖如附圖4所示。
[0018]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0019]如附圖1所示，根據(jù)雙CAN總線控制器的需求，本發(fā)明采用ST公司基于Cortex_M3內(nèi)核的ARM芯片STM32F105C8T6作為控制器的核心處理器。該芯片工作頻率為72MHz，內(nèi)置豐富的資源和外設(shè)。最重要的是，該芯片具有兩路獨立的CAN2.0B控制器，每個控制器具有一個三級深度的FIFO郵箱，可同時接收兩路總線上發(fā)來的指令。該芯片還具有三個獨立的Uart控制器，可以用于讀寫RS485總線，完成電機控制任務(wù)。利用該芯片內(nèi)部時鐘滴答定時器實現(xiàn)系統(tǒng)時基控制，完成各任務(wù)調(diào)度。兩路CAN總線和RS485總線隔離器件均采用GH137光耦芯片，GP1隔離器件采用TLP181來實現(xiàn)。兩路CAN收發(fā)器選用TJA1040，RS485收發(fā)器選用SM485芯片實現(xiàn)。為了提高控制器的可靠性，本設(shè)計的雙CAN總線和RS485總線收發(fā)器以及外部DI模塊與主控制器全部隔離，分別采用四個相互隔離的DC/DC對隔離后系統(tǒng)供電。
[0020]控制器上電或復(fù)位之后，STM32F105微控制器首先進行系統(tǒng)初始化(包括對系統(tǒng)、兩路CAN控制器、Uart控制器、GP1模塊、系統(tǒng)滴答定時器和中斷系統(tǒng)的初始化)；初始化完畢后進行系統(tǒng)自檢，自檢完畢后進入工作循環(huán)。工作循環(huán)過程包括手動控制、CAN命令響應(yīng)和變頻器控制。其中，兩路CAN總線接收中斷控制CAN總線接收標(biāo)識，調(diào)度CAN命令響應(yīng)任務(wù)。Uart接收中斷完成變頻器狀態(tài)量的讀取任務(wù)。其他任務(wù)由時基中斷調(diào)度。整體工作流程圖如附圖2所示。
[0021 ] 該實施例已經(jīng)應(yīng)用于產(chǎn)品中，經(jīng)過實驗驗證，在一路CAN總線故障時CAN控制器能夠與上位機正常通訊，并正確響應(yīng)上位機指令。
【主權(quán)項】
1.一種基于變頻控制的雙通道CAN總線控制器，其特征在于:包括自帶雙can控制器的arm芯片、四組光耦隔離電路、兩組can總線電平轉(zhuǎn)換電路、rs485電平轉(zhuǎn)換電路和四路DC/DC電源；自帶雙can控制器的arm芯片內(nèi)集成的兩組can控制器分別依次與兩組光親隔離電路、兩組can總線電平轉(zhuǎn)換電路連接，帶雙can控制器的arm芯片內(nèi)集成的uart控制器依次與一組光親隔離電路、rs485電平轉(zhuǎn)換電路連接，帶雙can控制器的arm芯片內(nèi)集成的gp1依次與一組光耦隔離電路、外部DI接口連接，四路DC/DC電源分別與自帶雙can控制器的arm芯片、兩組can總線電平轉(zhuǎn)換電路、rs485電平轉(zhuǎn)換電路和外部DI接口相連。
2.一種權(quán)利要求1所述的基于變頻控制的雙通道CAN總線控制器的雙CAN仲裁方法，其特征在于:由上位機通過雙CAN總線向雙CAN控制器發(fā)出控制指令，雙CAN總線控制器兼容多種總控協(xié)議，控制指令為多種總控協(xié)議中的一種，雙CAN控制器收到控制指令后按照雙CAN仲裁方法進行處理，其具體方法如下: 步驟1，雙CAN總線控制器接收到指令后，由指令格式判斷協(xié)議類型；若指令格式符合雙CAN總線控制器兼容的其中一項協(xié)議，則本次通訊的通訊協(xié)議確定為該協(xié)議，控制器響應(yīng)該條指令并更新命令號；否則丟棄該條指令； 步驟2，提取指令的指令號，并與雙CAN總線控制器內(nèi)存儲的當(dāng)前指令號比較，若相同，則丟棄該條指令；若不同，則響應(yīng)該條指令并更新當(dāng)前指令號； 步驟3，根據(jù)所確定的協(xié)議通過RS485總線向變頻器發(fā)送控制消息，并完成控制指令所標(biāo)識的其他任務(wù)，完成指令響應(yīng)后，按照步驟I所確定協(xié)議的反饋格式，向雙CAN總線發(fā)送反饋數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于變頻控制的雙通道CAN總線控制器的雙CAN仲裁方法，其特征在于:所述控制命令均由命令編號屬性標(biāo)識，由兩路CAN總線接收到相同的命令，系統(tǒng)只響應(yīng)前一條命令。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于變頻控制的雙通道CAN總線控制器及雙CAN仲裁方法。上位機系統(tǒng)通過CAN總線向控制器發(fā)送指令。雙CAN總線控制器由微控制器、CAN1總線通道、CAN2總線通道和RS485總線通道組成。上位機同時由CAN1通道和CAN2通道向下位機下發(fā)控制指令，當(dāng)控制器收到其中一條指令后，對比系統(tǒng)命令號和控制指令命令號后發(fā)現(xiàn)命令號不同，則系統(tǒng)響應(yīng)該命令后更新命令號；收到另一條指令時，指令命令號與系統(tǒng)命令號相同，則放棄后收到的指令。當(dāng)CAN總線有一路發(fā)生斷開時，只有一路控制指令被接收，由以上所述過程，該指令被響應(yīng)，不影響設(shè)備正常工作，實現(xiàn)雙CAN總線的冗余控制。
【IPC分類】H04L29-06, G05B19-048
【公開號】CN104834260
【申請?zhí)枴緾N201410725653
【發(fā)明人】張文, 熊煒, 王志勇
【申請人】南京晨光集團有限責(zé)任公司
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2014年12月3日