Измерение веса руды по току статора. Практика. Часть 2. Программная реализация МК28.01.2016 12:33

Протокол ModBus RTU

В данной реализации связь с «внешним» миром осуществляется с использованием USART МК, поверх данного интерфейса применен промышленный протокол ModBus RTU. Реализация данного протокола довольна проста и не ресурсоемка. Прием сообщений производится в прерывании от приемника USART.

    /*обработчик прерывания от приемника уарт*/
    if (PIR1bits.RCIF){
        if (RCSTAbits.FERR || RCSTAbits.OERR) {         /*В случае ошибки приемника*/
            RCSTAbits.CREN=0;                           /*Отключаем приемник для сброса ошибки*/
            RCSTAbits.CREN=1;                           /*Включаем приемник для продолжения работы УАРТ*/
        }
        MODBUS.rxtimer=0;                               /*Сбрасываем таймер конца фрейма по приему очереднего байта*/
        if(MODBUS.rxcnt>(BUF_SZ-2)) MODBUS.rxcnt=0;
            MODBUS.buffer[MODBUS.rxcnt++]=RCREG1;        /*Записываем очередной байт в массив данных ModBus*/
        PIR1bits.RCIF=0;                                /*Сбрасываем флаг прерывания от приемника УАРТ*/
    }

Обработка сообщений от мастера происходит в основном цикле, когда критичные ко времени измерения закончены.

if (Flag_izm){                              //Производим расчеты
…
if (MODBUS.rxgap){                  //Если пришло сообщение
                    MODBUS_SLAVE(&MODBUS);          //обрабатываем его
                    MODBUS.rxgap=0;
                } 
}

Передача по USART организована не совсем оптимальным, блокирующим способом.

/*
 * Функция отправки сообщения мастеру
 */
void TX_FRAME(UART_DATA *MODBUS)
{
      RCSTAbits.CREN=0;
      TXSTAbits.TXEN=1;
      INTCONbits.GIEH=0;                                             /* во время передачи отключим прерывания*/
      INTCONbits.GIEL=0;
      while(MODBUS->txcnttxlen){
         TXREG=MODBUS->buffer[MODBUS->txcnt++];
         while(!PIR1bits.TXIF) NOP();
      }
      INTCONbits.GIEH=1;
      INTCONbits.GIEL=1;
      MODBUS->txlen=0;
      RCSTAbits.CREN=1;
}

Заполнение таблицы регистров ModBus

Протокол ModBus позволяет разработчику оборудования самому определять, какие регистры в карте за какой параметр будут отвечать. Нет каких то жестких правил в этом деле. Так что мы не будем придумывать что-то сложное и не разумное.

Начнем с первого регистра (нулевого). В него положим значение действующего напряжения в формате Real, то есть значение будет занимать два 16-ти битных регистра Modbus. Далее значение тока, активной мощности, полной мощности, косинуса.

                res_table[0].Val=U_real.word.LW;    //Заполняем таблицу регистров
                res_table[1].Val=U_real.word.HW;    //Модбас, для ответа мастеру
                res_table[2].Val=I_real.word.LW;
                res_table[3].Val=I_real.word.HW;
                res_table[4].Val=P_real.word.LW;
                res_table[5].Val=P_real.word.HW;
                res_table[6].Val=P_pol.word.LW;
                res_table[7].Val=P_pol.word.HW;
                res_table[8].Val=Cos_p.word.LW;
                res_table[9].Val=Cos_p.word.HW;

Теперь при запросе мастера значений данных регистров, устройство ответить вполне адекватными данными.

Для отображения данных от устройства, на данном этапе, воспользуемся OPC сервером. Его внутренних инструментов достаточно для отображения данных, записи значений в регистры и т.д.

Автоматическое определение средней точки каналов и расчет коэффициентов

Для проведения измерений, нам необходимо вычислять среднюю точку синусоиды сигналов напряжения и тока. В данном случае, мы будем использовать алгоритм, расписанный в прошлой статье.

Для автоматического вычисления АЦП0 каналов, необходимо снять с них полезный сигнал, т.е. разорвать токовую петлю, в которую включен датчик тока ACS712 и подключить на вход напряжения среднюю точку с ОУ. Далее алгоритм, произведет вычисление среднеквадратичного значение сигнала, и по команде от мастера, мы вычисленные значения занесем в АЦП0 для каждого канала и запишем эти значения в EEPROM. После этого, подключим исследуемые сигналы напряжения и тока.

if (MODBUS.write){
            if (res_table[10].Val==1){          //Команда на автоматическое
                U_0.Val=(WORD)U_real.Val;       //вычисление АЦП0
                I_0.Val=(WORD)I_real.Val;
                eeprom_write(0,U_0.byte.HB);    //Записываем в еепром значения
                eeprom_write(1,U_0.byte.LB);    //АЦП0  по каналам
                eeprom_write(2,I_0.byte.HB);
                eeprom_write(3,I_0.byte.LB);
            }
}

Для вычисления коэффициентов воспользуемся следующим порядком действий. После вычисления средней точки каналов, подключения реальных сигналов на аналоговые входы, алгоритм вычисляет среднеквадратичное значение напряжения и тока в единицах АЦП. Для перевода их в физические величины необходимо измерить данные сигналы приборами, вольтметром и амперметром. Измеренные приборами значения записываем в нужные регистры Модбас, и по команде от мастера производим вычисление коэффициентов. Для уменьшения длины посылки по Модбас, в данной реализации, значение с приборов переводится к целочисленному значению путем умножения значения напряжения на 10, а значение тока на 100. Полученные данные записываются в регистры, и по команде от мастера производится расчет коэффициентов. Рассчитанные коэффициенты записываются в EEPROM.

        if (MODBUS.write){
            if (res_table[10].Val==2){          //Команда на вычисление коэффициентов
                K_u.Val=U_real.Val/res_table[11].Val;   //тока и напряжения
                K_u.Val*=10.0;
                K_i.Val=I_real.Val/res_table[12].Val;
                K_i.Val*=100.0;
                eeprom_write(4,K_u.byte.MB);    //Записываем коэффициенты
                eeprom_write(5,K_u.byte.UB);
                eeprom_write(6,K_u.byte.HB);
                eeprom_write(7,K_u.byte.LB);
                eeprom_write(8,K_i.byte.MB);
                eeprom_write(9,K_i.byte.UB);
                eeprom_write(10,K_i.byte.HB);
                eeprom_write(11,K_i.byte.LB);
            }
            res_table[10].Val=0;
            MODBUS.write=0;
        }

Расчет веса

Вес руды можно высчитывать непосредственно из формулы, приведенной в первой части повествования.

Где:

• F0 — сила развиваемая двигателем при подъеме пустого сосуда,
• F — сила, измеренная при подъеме груженного сосуда,
• g — ускорение свободного падения в точки взвешивания.

В данной реализации измерение массы не производится, так как симулирование в Протеусе не предусматривает такую возможность.
Симуляция в протеусе позволяет понять жизнеспособность основной идеи: «Измерение веса руды во время транспортировки в подъемном сосуде по току статора».

Архив с проектом в MpLab X и файлом проекта протеуса находится здесь.

Видео, наглядно показывающее обработку сигналов напряжения и тока, вычисление активной мощности, косинуса фи и полной мощности показано ниже.

Заключение

Измерение веса добытых полезных ископаемых в промышленности имеет большое значение в технологическом учете, оценки эффективности производимых работ и т.д.

Для измерения массы руды используется много различных видов и типов весовых устройств.

В данном цикле статей была рассмотрена возможность измерения веса руды, по измерению развиваемого момента приводного двигателя ШПУ во время транспортировки груза в подъемном сосуде. Данный способ используется в ШПУ снабженными двигателями постоянного тока, где вычисление массы производится по току якоря при постоянном возбуждении.

P.S.

Так как добыча полезных ископаемых в мире производится в больших объемах, и предпосылок на снижение нет, то этот способ измерения весы руды для технологического учета имеет право на жизнь. И может в недалеком будущем мы увидим промышленные устройства для измерения массы груза в подъемном сосуде, основанные на данном принципе.

© Habrahabr.ru