CN104834260A - 基于变频控制的双通道can总线控制器及双can仲裁方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于变频控制的双通道CAN总线控制器及双CAN仲裁方法。上位机系统通过CAN总线向控制器发送指令。双CAN总线控制器由微控制器、CAN1总线通道、CAN2总线通道和RS485总线通道组成。上位机同时由CAN1通道和CAN2通道向下位机下发控制指令，当控制器收到其中一条指令后，对比系统命令号和控制指令命令号后发现命令号不同，则系统响应该命令后更新命令号；收到另一条指令时，指令命令号与系统命令号相同，则放弃后收到的指令。当CAN总线有一路发生断开时，只有一路控制指令被接收，由以上所述过程，该指令被响应，不影响设备正常工作，实现双CAN总线的冗余控制。

Description

基于变频控制的双通道CAN总线控制器及双CAN仲裁方法
技术领域
本发明属于工业自动化领域，涉及远程遥控变频器，具体是一种基于变频控制的双通道CAN总线控制器及双CAN仲裁方法。
背景技术
目前，中频电机变频器控制普遍采用的是本地控制方式，由一个专门的中频电机操作人员听调度人员指令来控制变频器的开启与关闭。这种控制方法需要专门的变频器操作人员以及负责总体和中频电机之间的调度人员，浪费了人力；同时操作人员与调度人员之间通过喊话方式沟通，其有效范围较小，操作出错率高。现有极少数型号采用单总线远程控制方式进行控制，当总线线路出现故障时，必须手动排故才能继续工作。由于型号电缆网比较复杂，电缆排故工作往往持续较长时间，严重影响生产调试进度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现变频器的远程冗余控制的双通道CAN总线控制器及双CAN仲裁方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于变频控制的双通道CAN总线控制器，包括自带双can控制器的arm芯片、四组光耦隔离电路、两组can总线电平转换电路、rs485电平转换电路和四路DC/DC电源；自带双can控制器的arm芯片内集成的两组can控制器分别依次与两组光耦隔离电路、两组can总线电平转换电路连接，带双can控制器的arm芯片内集成的uart控制器依次与一组光耦隔离电路、rs485电平转换电路连接，带双can控制器的arm芯片内集成的gpio依次与一组光耦隔离电路、外部DI接口连接，四路DC/DC电源分别与自带双can控制器的arm芯片、两组can总线电平转换电路、rs485电平转换电路和外部DI接口相连。
一种基于变频控制的双通道CAN总线控制器的双CAN仲裁方法，由上位机通过双CAN总线向双CAN控制器发出控制指令，双CAN总线控制器兼容多种总控协议，控制指令为多种总控协议中的一种，双CAN控制器收到控制指令后按照双CAN仲裁方法进行处理，其具体方法如下：
步骤1，双CAN总线控制器接收到指令后，由指令格式判断协议类型；若指令格式符合双CAN总线控制器兼容的其中一项协议，则本次通讯的通讯协议确定为该协议，控制器响应该条指令并更新命令号；否则丢弃该条指令；
步骤2，提取指令的指令号，并与双CAN总线控制器内存储的当前指令号比较，若相同，则丢弃该条指令；若不同，则响应该条指令并更新当前指令号；
步骤3， 根据所确定的协议通过RS485总线向变频器发送控制消息，并完成控制指令所标识的其他任务，完成指令响应后，按照步骤1所确定协议的反馈格式，向双CAN总线发送反馈数据。
本发明与现有技术相比，其显著优点：目前，变频器控制普遍采用的是本地控制方式，极少数采用的远程控制方式在总线故障时也无法正常工作。
双CAN总线控制器基于上位机控制的远程冗余控制方法，实现了变频器的远程冗余控制，增强了变频器控制系统的可靠性。当一路CAN总线异常时双CAN总线控制器仍可以正常工作，确保实现变频器的远程控制。CAN总线作为地面设备间通讯用总线，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是双通道CAN总线控制器结构框图。
图2是双通道CAN总线程序流程图。
图3是CAN命令响应。
图4是变频器控制。
具体实施方式
在本发明中，上位机系统通过CAN总线向控制器发送指令。控制器通过RS485总线向变频器发送控制信号，并接收变频器返回的状态信号，实现对变频器的远程控制。当CAN1总线出现故障时，可立即切换到CAN2总线继续工作。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
双CAN总线控制器由微控制器、CAN1总线通道、CAN2总线通道和RS485总线通道组成。上位机同时由CAN1通道和CAN2通道向下位机下发控制指令，当控制器收到其中一条指令后，对比系统命令号和控制指令命令号后发现命令号不同，则系统响应该命令后更新命令号；收到另一条指令时，指令命令号与系统命令号相同，则放弃后收到的指令。当CAN总线有一路发生断开时，只有一路控制指令被接收，由以上所述过程，该指令被响应，不影响设备正常工作，实现双CAN总线的冗余控制。
双CAN总线控制器系统原理图如附图1所示，由微控制器、CAN1总线通道、CAN2总线通道和RS485总线通道组成，同时，在控制器和各路通讯通道电平转换芯片之间增加了各通道的隔离电路。微控制器选用自带双路独立的CAN总线控制器和Uart控制器的微控制器芯片，可同时处理CAN1总线信息和CAN2总线信息。隔离芯片选有光耦隔离芯片，隔离后系统分别采用单独的DC/DC供电，保证外部信号与控制器的控制核心之间的隔离。
微控制器软件基于中断配合超循环的前后台系统开发，系统运行稳定并具有较强的实时性。进入超循环之前微控制器首先进入初始化程序，初始化微控制器系统以及各外设通道，初始化完毕后进行双路CAN总线和RS485总线自检，之后进入超循环体。超循环体中主要有手动处理、CAN命令响应和电机控制三个任务，三个任务通过相应的标志决定是否执行。中断任务包括CAN1、CAN2和RS485总线接收中断和时基中断。CAN1和CAN2总线接收中断用于响应上位机发送的命令，并更改相应的标志，在超循环体中的CAN命令响应任务对所接收到的命令进行响应。RS485总线接收中断用于接收变频器查询命令反馈，当接收完一条反馈时，置位相应标志，在超循环体中进行处理。时基中断用于提供系统时基，控制进入超循环体的电机状态获取任务。系统软件流程图如附图2所示，CAN命令响应流程图如附图3所示，变频器控制流程图如附图4所示。
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
如附图1所示，根据双CAN总线控制器的需求，本发明采用ST公司基于Cortex_M3内核的ARM芯片STM32F105C8T6作为控制器的核心处理器。该芯片工作频率为72MHz，内置丰富的资源和外设。最重要的是，该芯片具有两路独立的CAN2.0B控制器，每个控制器具有一个三级深度的FIFO邮箱，可同时接收两路总线上发来的指令。该芯片还具有三个独立的Uart控制器，可以用于读写RS485总线，完成电机控制任务。利用该芯片内部时钟滴答定时器实现系统时基控制，完成各任务调度。两路CAN总线和RS485总线隔离器件均采用GH137光耦芯片，GPIO隔离器件采用TLP181来实现。两路CAN收发器选用TJA1040，RS485收发器选用SM485芯片实现。为了提高控制器的可靠性，本设计的双CAN总线和RS485总线收发器以及外部DI模块与主控制器全部隔离，分别采用四个相互隔离的DC/DC对隔离后系统供电。
控制器上电或复位之后，STM32F105微控制器首先进行系统初始化（包括对系统、两路CAN控制器、Uart控制器、GPIO模块、系统滴答定时器和中断系统的初始化）；初始化完毕后进行系统自检，自检完毕后进入工作循环。工作循环过程包括手动控制、CAN命令响应和变频器控制。其中，两路CAN总线接收中断控制CAN总线接收标识，调度CAN命令响应任务。Uart接收中断完成变频器状态量的读取任务。其他任务由时基中断调度。整体工作流程图如附图2所示。
该实施例已经应用于产品中，经过实验验证，在一路CAN总线故障时CAN控制器能够与上位机正常通讯，并正确响应上位机指令。

Claims (3)

1.一种基于变频控制的双通道CAN总线控制器，其特征在于：包括自带双can控制器的arm芯片、四组光耦隔离电路、两组can总线电平转换电路、rs485电平转换电路和四路DC/DC电源；自带双can控制器的arm芯片内集成的两组can控制器分别依次与两组光耦隔离电路、两组can总线电平转换电路连接，带双can控制器的arm芯片内集成的uart控制器依次与一组光耦隔离电路、rs485电平转换电路连接，带双can控制器的arm芯片内集成的gpio依次与一组光耦隔离电路、外部DI接口连接，四路DC/DC电源分别与自带双can控制器的arm芯片、两组can总线电平转换电路、rs485电平转换电路和外部DI接口相连。
2.一种权利要求1所述的基于变频控制的双通道CAN总线控制器的双CAN仲裁方法，其特征在于：由上位机通过双CAN总线向双CAN控制器发出控制指令，双CAN总线控制器兼容多种总控协议，控制指令为多种总控协议中的一种，双CAN控制器收到控制指令后按照双CAN仲裁方法进行处理，其具体方法如下：
步骤1，双CAN总线控制器接收到指令后，由指令格式判断协议类型；若指令格式符合双CAN总线控制器兼容的其中一项协议，则本次通讯的通讯协议确定为该协议，控制器响应该条指令并更新命令号；否则丢弃该条指令；
步骤2，提取指令的指令号，并与双CAN总线控制器内存储的当前指令号比较，若相同，则丢弃该条指令；若不同，则响应该条指令并更新当前指令号；
步骤3， 根据所确定的协议通过RS485总线向变频器发送控制消息，并完成控制指令所标识的其他任务，完成指令响应后，按照步骤1所确定协议的反馈格式，向双CAN总线发送反馈数据。
3.根据权利要求2所述的基于变频控制的双通道CAN总线控制器的双CAN仲裁方法，其特征在于：所述控制命令均由命令编号属性标识，由两路CAN总线接收到相同的命令，系统只响应前一条命令。
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