基于SYMC和VC＋＋掘进机电气试验台控制系统设计

易定忠，王颖，李铁，谷晓黎

（三一重型装备有限公司智能研究院，辽宁 沈阳 110027）

基于SYMC和VC＋＋掘进机电气试验台控制系统设计

易定忠，王颖，李铁，谷晓黎

（三一重型装备有限公司智能研究院，辽宁 沈阳 110027）

基于SYMC和VC＋＋，设计了一种新型的电气试验台自动控制系统，介绍了系统的主要特点及功能，给出了系统构成框图、通信形式、控制逻辑及软件设计方法。经推广实践应用证明，系统智能化程度高、检测准确，达到了设计要求。

SYMC；VC＋＋；CAN；RS485；PCI板卡

0 引 言

目前掘进机市场电控箱采用人工检验的方式，检验手段落后，工作效率低；新产品的电控系统程序开发无检验手段和测试工具。

本文介绍的掘进机电气试验台控制系统采用SYMC和VC＋＋来实现各种控制功能，SYMC作为下位机直接控制电控箱中各电机及元器件，上位机采用VC＋＋开发的软件进行检验及监控画面显示。实际应用效果证明该系统稳定可靠，可维护性强，并大大提高了掘进机电气系统检验效率，提升了产品品质，缩短了新产品电控系统的程序开发和测试时间。

1 系统概要

本试验台主要由上位机、自动大电流发生器及掘进机电控系统组成，上位机模拟发送相关报警信息给下位机，下位机既是由SYMC控制器为核心构成的掘进机电控系统，通过下位机对各个报警信息的保护状态来进行判定各项指标检验是否通过，并且上位机通过RS485总线通信对自动大电流发生器进行远程控制，对各个电机接触器进行加载试验，上位机通过读CAN总线数据得到相关报警信息及电控系统保护状态，判断加载保护试验是否正常，并将检验结果进行显示。上位机打印报表功能模块可将各项检验结果自动保存到数据库中，并以Word报表形式进行打印输出。对成型产品、新品及返修的电控箱均可进行试验。

该试验台检验系统能够根据不同掘进机电控箱型号选择试验参数，自动完成参数选型，通过相关的计算逻辑，自适应调整试验的额定电流以及额定电压值，并且通过各传感器的反馈值进行比较，保证了试验数据的准确可靠。采用自动／手动控制检测模式，实现系统的安全可靠运行。

2 系统构成

系统总体构成如图1所示，该系统采用SYMC为核心的掘进机电控系统为下位机，研华PCI板卡组成工控机为上位机，软件采用VS2008开发的检测系统。SYMC用来检测温度、电流、电压、角度等参数，并对各个电机、继电器、电磁阀等器件进行控制；工控机用来试验参数配型及试验过程的检验与监控。

图1 系统结构图

3 系统功能

该检验系统功能主要包括：自动及手动检测功能，模拟量输出控制功能，数字量输出控制功能及输入检测功能，PWM信号输入检测功能，系统监控功能及报警提示功能，检验结果自动存储及报表打印功能。

3．1 自动检测及手动检测功能

该检验系统在运行过程中，上位机对下位机采集上来的数据进行处理，通过上位机的软件进行分析，判断关键部件及元器件的测试性能结果及程序保护功能检验结果，实现对电控系运行状态的试验参数动态显示功能，通过CAN总线通信反馈下位机的实时控制状态［1］。试验台还可以实时切换手动自动控制，对各个电机进行启停控制。并且通过操作手柄进行模拟动画控制，该检验系统的自动检验界面如图2所示，手动检验界面如图3所示。

图2 自动检测界面

3．2 程序开发模拟测试模块

该模块主要作用为模拟量／数字量的输出控制以及数字量／PWM信号的输入检测。掘进机电气试验台具备多样化接口，充足的模拟量口，充分体现了该控制系统的灵活性。我们采用多通道同步输出方式进行模拟量电压输出控制，电压输出函数为，图4电压输出流程图；采用DRV＿DioWriteBit函数实现数字量的输入／输出功能，数据采集设备上的位（bit）被划分为成为端口（port）的逻辑单位，每个端口包含8个位，如端口port 1／bit 3是指数采卡上的第11位，图5为开关量输入输出流程图。

3．3 系统监控及报警提示功能

该检验系统具有全状态监控（各电机的运行状态，各电流值，系统电压及自动／手动检测过程等进行全面监控），故障报警（电压，电流，温度，压力，瓦斯，转矩等报警及用户要求设置的报警参数进行报警），保护功能（过载停机保护，过压欠压停机保护，油温超高停机保护等），提示信息在显示界面上进行显示，以确保系统的安全稳定运行。

图3 手动检测界面

3．4 检验结果自动存储及报表打印功能

根据检验项目，对自动或手动试验过程的各种试验数据及检验结果形成报表，并存储在数据库中，方便检验人员对试验结果及报警信息的查询，同时提供打印功能。

4 上位机检测软件的设计

从前面的硬件部分的设计可以得知，本试验台控制系统是由上位机软件来发布命令进行控制的，因此还要设计一个上位机软件，该上位机软件基于Windows XP操作系统，以PCI板卡通信、CAN总线通信和RS485通信协议为基准在VC环境下设计而成［2］。

该系统采用SQLite3数据库作为数据源管理工具，以系统运行状态及检验结果作为输入数据，结果以Word报表的形式给出，用以指导质量检验人员的工作。整个上位机软件分为通信部分和检验部分。

图4 模拟量输出控制流程

图5 数字量输入输出流程

4．1 通讯部分

从造景手法看，采用对景与夹景、借景、隔景、框景手法配合使用的方式.其中对景手法居于主导地位，且与其他造景手法之间呈现包含与被包含的关系，失去了对景其他造景手法也失去了意义.它们彼此间相互配合，根据不同的环境选择适宜的组合方式，塑造出多元的城市景观环境.因此，对景手法是青岛城市景观组织的主要手法，也是景观特色得以体现的基本方法.

该上位机软件的通信手段主要有三种，分别是RS485总线通信［3］，CAN总线通信以及研华PCI板卡的通信。

4．1．1 PCI研华板卡通信

本试验台检验系统中，采用研华PCI板卡发出模拟报警参数值与SYMC之间完成通信，简化了检验的流程，方便了对电控系统的测试。该设计使用研华设备管理器配置硬件并把配置信息存储在Windows注册表中，在程序编写时直接调用研华设备驱动的API函数即可。

设计时，首先安装模拟量输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出及PWM输入测试模块的驱动，将在Advantech Device Manager列表中显示相关安装信息，如图6所示。注意：当使用多块同种类型PCI板卡时，请使用板上的Board ID进行区分。软件连接时，Board ID为区分各个模块通讯连接的主要标识［4］。

图6 研华设备管理器安装板卡驱动标识图

4．1．2 CAN总线通信

CAN总线通信主要应用于SYMC控制器反馈状态以及软件模拟开关量采集板发送CAN指令［5］。总线连接结构为线连接，我们选用屏蔽双绞线进行通讯连接，其物理接线有两条分别为CAN高和CAN低，总线终端应有120Ω电阻连接CAN＿L和CAN＿H端。CAN总线数据传输实例如图7所示。

图7 CAN总线数据传输图

RS485通信主要应用于对自动大电流发生器的远程控制，表1为设定的通信协议。其中前导字节为三组0xFE，在发送信息之前发送以唤醒接收方；起始位为0x68；设备地址为0xFF，以识别指定的控制设备；端口地址为0xFF，控制相关端口输出状态；命令码是执行操作的依据；校验码为帧开始各个字节二进制算术和，不计溢出值；数据长度为0x0C既数据长度为12 Byte；数据为三组3*8 bit数据，传输顺序为先低后高，分别为试验电流值、保护电流值和耐压计时；结束位为0x55。

表1 大电流发生器控制协议格式

4．2 检验部分

该控制系统软件自动检验步骤流程图如图8所示。打开控制系统自动检验软件，电机开始检验按钮，系统自动按照流程顺序一次检验，并将各项检验指标及结果保存到数据库表格中，以Word报表形式打印输出。

图8 自动检验流程图

5 结束语

基于SYMC和VC＋＋的掘进机电气试验台控制系统，较好的实现了掘进机电控箱检验的自动化流程，体现了以计算机为核心的控制思想。该控制系统中应用API函数完成了与各个模拟仿真模块了动态链接，对下位机SYMC控制器按照预先给定参数进行精确控制，并对试验过程中的系统运行状态及检验结果更加直观的显示出来。在本系统中，采用CAN总线方式实现了SYMC与上位机之间的通讯，采用RS485总线方式实现了对全自动大电流发生器的远程控制，采用PCI板卡的通信方式实现了模拟报警信息检测控制器各项保护功能，实践证明了此方法的可行性，为掘进机电控系统设计提供了新思路，该试验台至应用以来，整体运行效果良好。

［1］Road vehicles-Interchange of digital information Controller area network（CAN）for high-speed communication，ISO 11898－1993，International Standardization Organization，1993．

［2］王万良．人工智能及其应用［M］．北京：高等教育出版社，2005．

［3］范逸之，陈之元，孙德萱．利用Visual Basic实现串并行通信技术［M］．北京：清华大学出版社，2001．

［4］汪冰，李存斌，陈鹏等．EVC高级编程及应用开发［M］．北京：中国水利水电出版社，2005：17．

［5］金锋，武志辉．轻量级嵌入式Linux图形驱动程序与图形用户接口［J］．北京理工大学学报，2008，28（3）：233－23．

Design of the Control System for the Electrical Test Bed of the Road Header Based on SYMC and VC＋＋

YIDing-zhong，WANG Ying，LITie，GU Xiao-li
（Research Institute of Intelligent Control，Sanyi Heavy Equipment Co．，Ltd．，Shenyang Liaoning 110027，China）

A new type auto-control system for the electrical test bed is designed based on SYMC and VC＋＋．This paper introduces the main features and functions of this control system，and gives the system structure block diagram，communication form，control logic and software designmethod．Application practice proves that this control system is highly intelligent，makes accurate inspection，and meets design requirements．

SYMC；VC＋＋；CAN；RS485；PCICard

10．3969／j·issn．1000－3886．2014．04．028

TP23

A

1000－3886（2014）04－0082－03

易定忠（1978－），男，湖南人，电气工程师，专业：机电一体化。 王颖（1986－），女，辽宁人，电气工程师，专业：控制工程。

定稿日期：2013－11－20