Diseño de un sistema industrial de control de polarización de agua circulante basado en un solo chip STM32
0 Prefacio
El sistema de agua circulante en la producción industrial consume mucha agua dulce durante la operación. Al mismo tiempo, para evitar la incrustación de equipos industriales y otros fenómenos, es necesario agregar continuamente varios agentes químicos al agua circulante, y es necesario descargar continuamente las aguas residuales y complementar el agua dulce. No solo causó una gran pérdida de recursos hídricos, sino que también contaminó el medio ambiente. En vista de esto, el autor ha diseñado un sistema industrial de control de polarización de agua circulante basado en ARM. El sistema realiza la función de tratamiento del agua de circulación industrial a través del efecto de polarización del campo de polarización en el agua, para reducir el consumo de recursos hídricos, evitar el uso de agentes químicos y prevenir eficazmente la contaminación de los recursos hídricos.
1 Plan de diseño general del sistema
El sistema de control de polarización de agua circulante industrial basado en ARM utiliza el microcontrolador STM32F103 de ST como el núcleo de control principal. El circuito de detección de energía de polarización detecta los parámetros de calidad del agua circulante en tiempo real. Después del proceso de cálculo STM32F103, el circuito de salida de energía de polarización ajusta la polaridad El circuito de la pantalla LCD muestra la salida de la energía química en tiempo real para mostrar los parámetros operativos y los parámetros de configuración, la entrada de la señal de control por el circuito de entrada digital y los datos operativos se guardan en la RAM de expansión.
2 Diseño de hardware del sistema
2.1 Controlador principal
El sistema de control de polarización de agua de circulación industrial basado en ARM utiliza el microcontrolador de memoria flash mejorado de 32 bits STM32F103 basado en el núcleo Cortex-M3 como núcleo de control, que tiene las características de alto rendimiento, bajo consumo de energía y buen rendimiento en tiempo real. La frecuencia de funcionamiento de STM32F103 puede alcanzar 72 MHz, con 512 KB de memoria flash y 64 KB de SRAM, ADC de aproximación sucesiva de 12 bits, que se puede convertir en modo único, continuo, de exploración o discontinuo; el tiempo de muestreo del canal es programable y el tiempo de conversión total se puede reducir Hasta 1 μs, y admite transferencia de datos DMA.
STM32F103 puede usar el modo de inyección síncrona iniciada por temporizador para realizar el muestreo síncrono de múltiples señales analógicas; tiene tres interfaces de comunicación serie USART, un generador de velocidad en baudios incorporado y la velocidad en baudios compartida para enviar y recibir es 4.5Mbit / s; el controlador de memoria estática flexible FSMC se puede conectar a la interfaz de la tarjeta de PC de 16 bits a través de la memoria síncrona o asíncrona, que es conveniente para la expansión externa de la memoria y la pantalla LCD.
2.2 circuito de salida de energía polarizada
El circuito de salida de energía polarizada sintetiza, aísla y amplifica la señal de control de energía polarizada PWM emitida por el STM32F103 por lógica de hardware, y luego emite y conduce el cuerpo polarizado para generar un campo eléctrico polarizado y actuar sobre el agua en circulación. Como se muestra en la Figura 2, el circuito de salida de energía de polarización se compone de control lógico de salida PWM, aislamiento fotoeléctrico, accionamiento de salida, refuerzo de energía y salida.
El control lógico de salida PWM consta de NO puertas U1A a U1D y puertas NAND U2 y U4. PWM tiene tres señales, PWM0, PWM1 y PWM2, y una señal de control de salida CON. El período de las tres señales de salida PWM es exactamente el mismo, y la relación de trabajo de las dos salidas PWM0 y PWM1 se ajusta de acuerdo con las necesidades reales de operación de energía de polarización. PWM 2 es una señal PWM con una relación de trabajo de 5 0%, que es lo mismo que PWM0, PWM1_______ Los transistores de potencia N-MOS Q1 y Q2 se controlan para conducir en el rango de 0 a 180 ° y 180 ° a 360 ° en un ciclo, para garantizar que Q1 y Q2 no se emitan al mismo tiempo, evitando efectivamente el cortocircuito de salida.
Para mejorar la estabilidad de trabajo del sistema y la capacidad antiinterferente, y realizar la conversión del nivel de salida, los fotoacopladores U3 y U5 están diseñados para realizar la transmisión aislada de la señal PWM de salida. R2 y R3, R6 y R7 forman respectivamente un circuito divisor de voltaje para realizar la función de activación de Q1 y Q2, y R4, C1, R8 y C2 forman un circuito de protección de absorción de resistencia-capacitancia, que se utiliza para absorber la generación instantánea de la bobina primaria del transformador de refuerzo. Pulso de alto voltaje para proteger Q1 y Q2.
2.3 Circuito de detección de energía de polarización.
El circuito de detección de energía de polarización se compone de circuito de muestreo, circuito de filtro activo, amplificación de señal y circuito de protección limitante, como se muestra en la Figura 4. R9 y R10 constituyen un circuito de muestreo. R9 y R10 seleccionan resistencias precisas, de baja temperatura, enrolladas con alambre para garantizar una adquisición de señal estable y confiable cuando el sistema funciona en un entorno de temperatura amplia. R11, C2 y U6 forman un circuito de filtro activo de paso bajo de primer orden. La frecuencia de corte del filtro está diseñada para ser de 45Hz, que puede filtrar efectivamente la señal de interferencia de la frecuencia de potencia industrial de 50Hz. El circuito de protección del limitador utiliza el componente de protección de descarga electrostática TVS, que evita de manera efectiva que los pulsos o señales de alto voltaje generados por el arranque y la parada de motores grandes y otros equipos en el sitio industrial excedan el límite y afecten el circuito posterior.
3 Diseño de software del sistema
El software del sistema de control de polarización basado en ARM se utiliza para desarrollar agua de circulación industrial en el entorno KeiluVision 4. Utiliza programación en lenguaje C y diseño modular. Los módulos principales del programa incluyen módulo de inicialización, módulo de recopilación de datos de energía de polarización, recopilación de datos de temporización y módulo de cálculo de función PID, LCD Módulo de accionamiento de pantalla, módulo de función de protección.
La función principal del programa principal es completar la configuración del pin de E / S, el modo de trabajo del temporizador y la configuración constante, el modo de trabajo del puerto serie y el control de arranque, el modo de trabajo PWM, la inicialización de la fuente de interrupción y la configuración de los parámetros del sistema; el módulo del controlador de la pantalla LCD implementa los parámetros Conversión de datos y funciones de visualización, incluida la inicialización del chip controlador, separación de bits de visualización, conversión de códigos de fuente de visualización y escritura en el área de imagen de visualización.
Dado que la salida de la energía de polarización de este sistema actúa sobre el sistema de circulación de agua industrial, su efecto de salida se refleja como un sistema rezagado con gran inercia, por lo tanto, el control de la salida de energía de polarización adopta el método de control de ajuste PID digital.
4. Conclusión
El sistema de control de polarización de agua circulante industrial basado en ARM se utiliza en un sistema de agua circulante de una central eléctrica (definido como equipo A y equipo B), y deja de agregar productos químicos en el sistema de agua circulante. El sistema ha estado funcionando durante más de 1 año, y sus efectos antical, descalcificación, esterilización y eliminación de algas son ideales.