基于C8051F500微控制器的船舶液壓泵站控制裝置的設(shè)計與實現(xiàn)

姜應(yīng)戰(zhàn)，王艷華，吳猛猛

(海軍潛艇學(xué)院，山東 青島 266199)

基于C8051F500微控制器的船舶液壓泵站控制裝置的設(shè)計與實現(xiàn)

姜應(yīng)戰(zhàn)，王艷華，吳猛猛

(海軍潛艇學(xué)院，山東 青島 266199)

文章給出了一種基于C8051F500微控制器的船舶液壓泵站控制裝置的實現(xiàn)方案，描述了硬件組成和軟件設(shè)計方法，為船舶液壓泵站控制系統(tǒng)設(shè)計提供了一種有效的方法。

液壓泵站；CAN總線；設(shè)計

1 船舶液壓泵站的組成及工作原理

船舶液壓泵站主要由液壓泵、蓄壓器、液壓氣瓶、油箱、過濾器、控制閥、控制裝置、儀表和其它附件等組成。液壓泵站有兩泵自動、單泵自動、手動3種工況，可由工況選擇開關(guān)進(jìn)行選擇。當(dāng)選擇開關(guān)置于“手動”位置時，液壓泵只能進(jìn)行手動啟動和手動停止操作；當(dāng)選擇開關(guān)置于“兩泵自動”位置時，2臺液壓泵可在蓄壓器、行程開關(guān)和控制裝置聯(lián)合控制下，自動完成啟動和停止動作；當(dāng)選擇開關(guān)置于“單泵自動”位置時，泵站的其中1臺液壓泵必須與整個系統(tǒng)隔離，而另1臺泵在蓄壓器、行程開關(guān)和控制裝置聯(lián)合控制下自動完成啟動和停止動作。

行程開關(guān)是用來控制信號裝置顯示和控制液壓泵啟停的自動化元件。它受液壓蓄壓器的控制進(jìn)行動作：當(dāng)蓄壓器充滿油時，在蓄壓器杠桿的作用下，行程開關(guān)控制液壓泵停止，同時控制信號裝置的白燈滅而綠燈亮；當(dāng)系統(tǒng)用油時，蓄壓器開始放油，在蓄壓器復(fù)回滑閥作用下，信號裝置的綠燈滅而白燈亮，同時液壓泵準(zhǔn)備啟動；當(dāng)蓄壓器放完油時，行程開關(guān)控制液壓泵啟動，同時控制信號裝置的白燈滅而紅燈亮；當(dāng)蓄壓器充油時，行程開關(guān)的工作恰好相反。蓄壓器是否放油是由液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)來控制的。

2 控制裝置硬件設(shè)計

船舶液壓泵站控制裝置的組成如圖1所示。以微控制器為核心，外圍電路由控制方式選擇模塊、蓄壓器狀態(tài)檢測模塊、液壓泵電動機(jī)電流檢測模塊、液壓泵電動機(jī)保護(hù)模塊、液壓系統(tǒng)保護(hù)模塊、蓄壓器狀態(tài)指示模塊、液壓泵電動機(jī)控制模塊及通信模塊等組成，以完成液壓泵站的自動控制和保護(hù)。

圖1 船舶液壓泵站控制裝置組成

船舶液壓泵站控制裝置的控制電路及端口分配如圖2所示。

圖2 船舶液壓泵站控制電路

2.1 微控制器

C8051F500是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型微控制器，下面列出了一些主要特性[1]。

1)高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP-51內(nèi)核(50 MIPS)。

2)片內(nèi)全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口。

3)控制器局域網(wǎng)(CAN2.0B)控制器，具有32個消息對象，每個消息對象有自己的標(biāo)識掩碼。

4)64 KB可系統(tǒng)編程的FLASH存儲器。

5)4 352 (4K+256)字節(jié)的片內(nèi)RAM。

6)40個數(shù)字I/O接口。

7)可尋址64 KB地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲器接口。

8)內(nèi)部晶振24 MHz。

9)片上電壓調(diào)節(jié)器。

10)外部數(shù)據(jù)接口為64 KB地址空間。

2.2 控制方式選擇模塊

控制方式信號實現(xiàn)液壓泵站控制裝置的停止、手動、雙泵自動和單泵自動4種運(yùn)行工況的選擇；當(dāng)選擇“單泵自動”時，通過P27或P30輸入的信號選擇1#泵單獨(dú)自動運(yùn)行或2#泵單獨(dú)自動運(yùn)行。

2.3 蓄壓器狀態(tài)檢測模塊

將蓄壓器上的行程開關(guān)輸入至P14～P17及P20，以檢測主備蓄壓器的狀態(tài)(充滿、放空或備9/10)，控制液壓泵站的運(yùn)行，包括蓄壓器的充油放油、液壓泵的啟停等。

2.4 液壓泵電動機(jī)電流檢測模塊

將電流傳感器采集主泵和備泵電動機(jī)的電流信號，送至電流表及模擬量輸入端口P36、P37進(jìn)行AD變換，以檢測主泵和備泵電動機(jī)電流，如圖3所示。

2.5 液壓泵電動機(jī)保護(hù)模塊

當(dāng)電動機(jī)出現(xiàn)缺相、過流時，通過缺相、過流保護(hù)模塊輸出觸點至P21和P22，通過軟件控制電動機(jī)停車。

2.6 液壓系統(tǒng)保護(hù)模塊

當(dāng)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)油箱油位低、系統(tǒng)壓力高或液壓油質(zhì)超標(biāo)的情形，經(jīng)傳感器將上述開關(guān)量分別送至P40 、P41和P42，通過軟件控制電動機(jī)停車。

圖3 液壓泵控制電路

2.7 蓄壓器狀態(tài)指示模塊

檢測到的主備蓄壓器的狀態(tài)信號(充滿、放空或備9/10)，由P32～P35、P01～P03送至達(dá)林頓驅(qū)動器ULN2803，以控制主備蓄壓器狀態(tài)的指示。

2.8 液壓泵控制電路

主備液壓泵的啟?？刂仆ㄟ^微控制器的P31和P32端口經(jīng)達(dá)林頓驅(qū)動器ULN2803控制繼電器、接觸器來實現(xiàn)。

2.9 通信模塊

微控制器內(nèi)部CAN通過IS01050收發(fā)驅(qū)動電路，將液壓系統(tǒng)狀態(tài)送至船舶集控室，實現(xiàn)集控室對液壓泵站的遙控控制及運(yùn)行參數(shù)的集中指示。

3 控制裝置軟件設(shè)計

液壓泵站控制裝置軟件用于實現(xiàn)液壓泵站的工作方式選擇、狀態(tài)指示、液壓泵的啟停控制、保護(hù)控制等，具體流程如圖4所示。

圖4 船舶液壓泵站控制裝置軟件流程

4 結(jié)束語

本文提出的基于C8051F500微控制器的船舶液壓泵站控制裝置的設(shè)計與實現(xiàn)方法，經(jīng)實際應(yīng)用證明，設(shè)計方案合理、經(jīng)濟(jì)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

[1] 潘琢金．C8051F500/1/2/3/4/5/6/7混合信號ISP FLASH 微控制器數(shù)據(jù)手冊[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2004．

A plan is given for achieving a kind of marine hydraulic pump station controlling apparatus based on C8051F500 microcontroller with its hardware composition and software design described,which provides an effective method for designing marine hydraulic pump station controlling system.

hydraulic pump station;CAN bus；design

姜應(yīng)戰(zhàn)(1962-)，男，山東文登人，副教授，碩士，研究方向為艦船電氣控制。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.04.008

2017-02-20