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                欢迎您来到泰州昊天舞台设备∞工程有限公司、祝您体验愉快! 咨询热线:13815919955

                舞台机械通讯速率可达1Mb/s

                  (Steam Generator)是核动力装置中一、二回路之间的连接枢纽,也是核动力装置运行中发生故障多的设备∑ 之一。的故障大多是由于各种腐蚀使传热管或管与管板接头处发生泄漏,从而影响动力装置的安全运行。由于对蒸汽发★生器内部进行检修和维护。该机械臂有六个关节,六轴联动;主『要用于蒸汽发生器(SG)一回路侧检修活动。机ξ械臂的手端装有适配器,可以携挂不同的检修工具,即可〖根据需要对蒸汽发生器实施不同程度的维护。

                  由于该机械臂的工作环境的特殊性,所以对机械臂整个控制←系统的可靠性提出了更高的要求,这就需要良好的硬件电路设计♀、功能更强大的微处理器〓和更好的软件实现方法。本文以蒸汽发生器六自由度检修机械臂为应用Ψ背景,给出六自由度检修机械臂的硬件体系结构和上下位机软件∴设计方法。在硬件上采用TI的TMS320LF2407处理器作为主控制芯片组成SMC控制器,采用工控机作为监控计算机,SMC控制器与【监控计算机用CAN总线连接。监控计算机主要完成机械臂控制算法、数据记录以及实时监控,SMC控制器实现机械臂的控制、传感器数「据采集与通讯功能。在软件上,SMC控制器采用C/OS-II嵌入式实时操作系〒统,并采用模块化程序设计方法,方便软件系统管理和后续升级,在监控计算机上采用Visual C++与OpenGL设计监控软件▆。舞台机械

                  系统主要由分布在三个区域的装置组成。(1)位于核反应堆厂房外面卐的集装箱内的配电系统和监控系统;(2)位于蒸汽发生器附近ω的SMC控制器,距离可达到100m;(3)位于蒸汽发生器下封◆头附近的机械臂本体、检修工具、监控摄像头,其中集装箱与SMC控制器距离可达到150m。

                  (1)集装箱与SMC控制器:①由集装箱内配ω 电系统向SMC控制器提供220VAC、舞台机械48VAC等电源输出;②集装箱内监控系统与SMC控制器◆采用现场总线通讯;③集装箱内监控系统向SMC控制Ψ 器提供远程复位(Reset)信号;④SMC控制器向集装箱内监控系统提供自身工作状态信号。

                  (2)SMC控制器与机械臂本体:①SMC控制器向︾机械臂本体各直流伺服电机分别提供PWM直流伺服驱动信↓号;②SMC控制器向机械臂本体各旋转变压器提供中频励磁信号;③SMC控制器向机械臂本体安装偏差检测电位器提供∞激励信号;④R旋转变压器向SMC控制器提供角度反馈信号;⑤偏差检测电位器向SMC控制器提供偏差检测信号。

                  (3)集装箱与机械臂本体:①由集装箱内配电系☉统向机械臂本体供应检修工具电源、监控摄像头电源、散热装△置电源;②SG附近监Ψ控摄像头向集装箱内监控系统提供监控视频。

                  由于机械臂控制算法计算量大、控制复杂,所以采用上、下位机的分布式控制方法来设计整个控制系︽统。

                  机械〖臂控制系统有三个主要部件,即工控机、SMC控制器和机械臂本体。工控机主要负责机械臂控制算法、正【反解算法、工作状态显示、数据记录以及实时监控,舞台机械保持与SMC控制器中六个关节控制板的实时通讯;SMC控制器是机械臂的直接控制部件,它接收工控机通过CAN通↓讯传过来的机械臂角度、速度及加速度信息,对机械臂本体进行相应的控制,舞台机械同时将机械臂的关节角度及运行状态参数通√过CAN通讯传给工控机,机械臂ζ本体接收SMC控制器的指令,并按照指令要求做出机械动作,并将角度信号反馈给SMC控制器。

                  系统的硬◥件框图如图2所示。系统处理器采用TI的TMS320LF2407,它是TI新推出ω 的高性能16位数字信号处理器,是24X家族中的新成员,专门为电极控制与运动控制数字化实现而设计※。完全履行CAN2.0规范,支持11位标准和29位扩展标识符,完全能满足系统对电机控制①与CAN通讯功能。

                  (1)为了反馈关节电机的位置,提ㄨ高控制精度,使系统运行更加平稳,在电机轴上和减速器后分【别安装了一只位置检测元件旋转变压器,用旋转变压器-数字转换器】(RDC)进行轴角」解码,将关节的位置转换成21位的自然二进制码送给DSP,实现位置◎反馈。

                  (2)电机选取瑞士MAXON的RE系列石墨电刷直流电机,额定█电压为24V,电源由一个24V的开关电源提供。电机驱〗动桥采用SA60脉冲调制型的运算放大器,原理图如图3所示。它能给负载提供10A的连々续电流,全桥运放可在较宽的电源电压范围内工作。

                  (3)关节电机@ 电流检测采用电流霍尔器件,经过运算放大器输入到DSP的A/D转换中,用于检测机械臂关节电机是否过流,由此判断关节电机是否堵转。

                  CAN总线是一种串行数据通讯协■议,通讯速率可达1Mb/s,采用光导纤维作◆为通讯介质,保证了通讯的速率与可靠性。数据段长度多为8个字节,可满足一般系统控制命令、舞台机械工作状态及检测∴数据通讯的要求。同时8个字节不会占用总线时间过长、保证了通讯的可靠性。根据整个机械臂控制系统的特点,把工控机设〇为主控节点,负责与机械臂关节控制节点之间的通讯,对关节√控制节点进行统一管理。

                  工控机与机械臂关节控制节点之间采用→问答式的通讯方式,工控机将计算的各关节角度传给关节控制板,之后控制板将机械▂臂各关节的角度信息传给工控机,数据交换完毕后控制板根据收到的角度信息控制机械臂。工控机与关节控制板之间每隔0.1s交换一次数据,工控机每次都根据收到的角度信息进行正反解计算。

                  (1)CAN总线,它是协议控制器和物理总线之间的接口,该器件对总线提供差动发送♀能力并对CAN控制器提供差动额接收能力,原理图如图4所示。CAN总线与DSP接口电路图如图5所示。

                  (2)工控机与DSP板的CAN通讯采用CAN接口卡PCI-5110,其作用是给计算机增加CAN-Bus现场总线 软件系统设计

                  机械臂控制系统的软件设计包括两部分:下位机SMC控制器的控制软】件设计和上位机监控软件设计。

                  C/OS-II是专门为微处理器设计的一种抢占式实时多任务操作系统,与传统的DSP系统开发相比,其利用多任务管理、任务间同步⊙与通信等特点,可以在一定程度上提高系统的可靠性和实时性,满足机械臂控制系统对位置信息采集、CAN通讯以及电流采集的实时性要求。

                  软件以TMS320LF2407的T0定时器作为操作系统的时钟中断源,中断周期为1ms。创建位置环任务◥、速度环任务、A/D转换任务、CAN通讯任务和角◤度采集,根据机械臂系统的工作特性和功能要求,系统任务划分如图6所示。系统任务间的通信和同步用到的系统服务有消息邮箱和信号量╱。信号量用于控制共享资源的使用权及激发其他任务的产生,消息邮箱用于通知任务的产生;本系统中的任务分为三种:定时产生的任务,舞台机械由其他任务激活而不需要等待的任务,由中断触发产生的任务。图6同时也反映本系统任务调度情况。

                  在主函数中用OSTaskCreate( )函数建立初始化任务Task Init( ),初始化任务中建立一系列的信号量和邮箱,唤醒时钟中断任务。建立置环任务、速度环任务、电流↘环任务、A/D转换任务、CAN通讯任务和角度采集等任务。在C/OS-II实时内核下整个程序的结构框架如下:

                  监控软件功能模式分为安装、工作、调试模式。工作、安装模式分为实和虚两种模式。工作过程是指机械臂脚趾已经插到管板孔中并@胀紧、机械臂处于倒挂状态后,完成堵管和其他检测的工作过程。安装过程是指机械臂进入人孔,其四个脚趾安装到管板孔并胀紧的过程。虚模式是计算机三维仿◣真,不控制实际的ξ 机械臂。实模式给控制器发各种数据和信息,通过控制器对机械臂的运动和操作进行控制,实际机械臂的位置和↑姿态与三维仿真保持一致。
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