Bailey DCS卡件IMCPM02 Elsag Bailey Infi 90 Communication Port 6639665A1 

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自七十年代以来，以微机为核心的分布式控制系统将现代科技的成就：计算机（Computer），通讯（Communication），和自动化控制（Control）技术（简称3C技术）集为一体形成集散控制系统，它采用危险分散、控制分散，而操作和管理集中的基本设计思想、多层分级的结构形式，使其可以胜任各种复杂实时控制的要求。

　　实时控制是计算机应用的一个重要而极富潜力的方面，它主要包含实时性和多任务性两大特点。实时性是指在控制系统中，控制行为必须在的时间内开始和完成，信号要求按时序发送;多任务性是指系统中有多个独立和/或半独立的任务，同时分别执行对不同信号的处理和对不同设备、不同过程的控制。某型水下机器人的控制系统属于典型的实时控制问题，要求在一个节拍（0.5秒）内系统完成对各路传感装置的信息获取、控制计算、推力分配、分发控制指令，为此自行设计了一个小型集散控制系统，其系统构成如图1所示。

2 系统的工作流程

　　如图1所示，处在水下的三个单片机主要负责数据采集，经处理后再通过串口将数据传送给上位机（动力定位控制主机）;由两台声纳解算机单独完成对多普勒测速声纳、定位测高声纳反馈的水声信号的处理，然后再将所需机器人的速度信息和位置姿态信息通过RS-485串口发送给上位机。上位机根据这些反馈信息作控制计算，然后将控制指令发送给单片机，由单片机控制各执行机构。

图1  某型水下机器人控制系统结构简图

3 系统功能实现

　　3.1 硬件设计

　　根据分散控制、集中管理的设计思想并结合该课题的实际情况，设计了以动力定位控制主机为管理级计算机、以两台声纳解算机和主单片机为监控级计算机、两片从单片机为直接控制机的三级控制系统，其中主、从单片机均选用80c196kc。

　　在传感装置的选用上，尽量选用抗干扰性强的智能传感仪器，同时考虑到预研项目的经费情况，也用了一些常规的传感器。另外，由于机器人外部有很多传感器，而舱室空间又十分有限，因而本文参考现场总线控制系统信息处理现场化的思想在机器人外部放置了一个单片机，完成这些传感器数据的处理后再上传给主单片机。试验表明，这种方案不仅可以缓解主单片机的工作压力，实现分布系统的设计思想，还可以减少信号传输线上的共模干扰。

　　控制系统的执行机构主要是五台推进电机、舵、及纵横倾调节装置。其中纵横倾调节装置为24V力矩电机带动滑块移动从而调节水下机器人的纵横倾，经高性能光电隔离芯片后与从单片机1并行口连接。在水下机器人的运动过程中，随时可能要改变推进电机的转速以得到不同的推进力，而变频调速是实现电机调速的方式。本系统采用台达VFD-A/H型变频器，它不仅可以实现各种转速曲线，而且还具有过压、过流、过热等完善的保护措施。该变频器与控制系统的接口为RS485串行口，一块CPUzui多可接32个变频器。

　　3.2 系统通讯

　　从图1中可以看出，该控制系统是一个典型的多机系统，多机系统的关键技术和难题之一是信息共享，这一难题解决的好坏直接关系到控制系统能否顺利实现对水下机器人的运动控制。根据控制系统的实际情况和上位机对执行机构随动的要求，本文采用了并行通讯与串行通讯相结合的通讯方式，以下将简要介绍这几种通讯方式。

　　3.2.1 单片机1与五台变频器之间的通讯

　　采用标准串行口RS485半双工通讯方式，原理如图2所示。其中，从单片机1作为主机，波特率为9600bps,奇校验，模式3方式,字符8位、起始位1位、停止位1位、1位地址/数据位，共11位。由于是点对多点的通讯，因而采用地址位唤醒方式，五台变频调速器的地址分别是$00～$04。

图2  从单片机1与变频调速器间的通讯电路

图3  主、从单片机间的通讯电路

　　由于RS-485为半双工通讯方式，同一时刻只允许CPU工作在发送（或接收）一种工作方式下，因而在从单片机1中设有发送/接收切换程序。在初始化时，将P2.6和P2.7清零使从单片机1串口只接收数据，以中断方式接收变频器数据;在发送程序中，首先将P2.6和P2.7置位使从单片机1串口工作在发送方式，发送完毕后再将P2.6和P2.7清零，这样就实现了从单片机1与变频器之间的半双工通讯。

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