基于TMS320C2812DSP的智能循环水控制器的设计

1 引 言 

    工业循环水处理的关键环节是按照工艺要求投加各种药剂，以此来保证优良的水质。传统的药剂投加主要是依靠人工进行。操作者的实际经验在这种加药方法中起决定作用，不能满足药剂的精确投加。为此，我们针对国内工业水处理行业的工艺要求，并吸取了国内外同行加药控制系统的优点，研制了适合国内特点的智能循环水加药控制器。该控制系统由下位机和上位机两部分组成，实现了现场控制和远程监控的结合。

2 系统总体结构 

    智能循环水加药控制系统是针对循环水处理现场设计的。需要满足的功能是实现水处理过程中的自动加药和自动排污。比如说在现场pH值高于一定值时系统要能实现自动加酸，而低于一定值时要实现自动加碱；而在杂质多于一定值时要能自动加氯排污等。本系统主要由上位机和下位机两部分组成。下位机实现现场水质数据采集以及控制现场各个泵的动作，上位机主要实现远程监控。上位机和下位机之间的通信方式采用RS．485实现。下位机主要由输入信号调理部分、DSP控制部分、输出信号调理部分、本地面板显示部分组成。首先将现场的传感器采集信号诸如pH值传感器信号、ORP传感器信号、TEMP传感器信号、COND传感器信号等进行调理，使这些传感器的输出信号统一调理成0．6— 3 V的电平信号，控制器采用TI公司的32位定点TMS320C2812，该DSP芯片带有16路12位的AD输入，足够满足现场精度要求，所以本系统不需要另外加A／D转换芯片。我们把调理的0～3 V的电平信号直接接人TMS320C2812的A／D口。根据这些电平信号的大小就能知道现在水的各种时参数值。比如pH值，当pH为7时，转换的输入信号为1．8 V，当pH为14时．转换的输入信号为0．6 V，当pH为0时，转换的输入信号为3 V，然后系统希望的pH值通过上位机设定发送给DSP。DSP把系统希望的值作为设定值，而把刚才pH通道A／D输入的值作为反馈值，采用位置增量PID算法，设定值和反馈值的差作为偏差来实现加酸加碱量的计算。DSP再把这个计算结果值送给D／A。本系统中D／A我们采用 
MAX5250B和DSP产生的PWM信号调理实现，然后再把D／A的输出电压信号进行调理和电压转电流变成4～20 mA的电流信号来控制现场加酸加碱泵的动作。其它信号的控制思路和pH控制完全一样。同时在控制现场还有一个显示面板，该显示面板由显示和键盘输入两部分组成。显示主要显示当前水质的一些重要参数，比如pH值、ORP值、TEMP值、COND值等。键盘输入主要完成一些传感器的标定作用，这将在本文的后续部分作具体介绍。显示板和控制器之间采用RS．485通信方式实现。用一台工控机作为上位机实现远程监控作用，上位机和下位机之间的通信方式也采用RS．485。上位机主要显示当前水质的参数和各泵的工作状态，并将水质参数的历史数据保存人数据库，可在需要的时候进行查询。同时还实现一些设定操作，手动控制等功能。当上位机设置为手动操作时，此时控制器所有输出为0，现场各泵的操作可以由人来手动控制，这样可以实现检修工作。同时在监控现场还有一台PLC控制器作为备用监控系统。该PLC控制器采用西门子公司的$7-200系列的CPU221XP，加上一些扩展数字输入、模拟输入模块等组成。PLC和控制器间的通信采用RS一485通信协议(其优点在于通信距离较长)。系统整个硬件框图如图1所示。

3 利用TMS320C2812的I／O， 口产生PWM 信号作为D／A输出

    本系统的模拟量输出有10路，如果都采用D／A转换芯片无疑增加了系统的硬件成本。由于TMS320C2812具有两个事件管理器，可以用来产生六路独立的PWM波信号。本系统的一个创新点就是直接利用TMS320C2812的时间管理器产生六路独立的PWM信号滤波后作为系统需要的D／A输出。另外4路输出信号采用一块MAX5250B的D／A芯片来实现。

    本系统设计中采用事件管理器来产生PWM输出。这需要对事件管理器中的寄存器进行设置，步骤如下：① 设置和装载ACTRX；② 初始化CMPR；@设置和装载COMCONX；④设置和装载T1 CON(对应于EVA)或T3CON(对应于EVB)来启动操作；⑤ 将新变化的值重新写入CMPRX。 

    按以上步骤编程后产生的PWM信号要想作为本系统的DA输出，还必须对其进行滤波调理，该滤波调理电路如图2所示。

图2 PWM信号滤波调理作为D／A输出电路图

    首先将输出的PWM信号通过光耦隔离器进行隔离，保证外接输出系统不会反过来烧坏本控制器，然后对隔离的输出PWM信号进行两级RC滤波，变成平滑的电压输出，经过一个射极跟随电路增强输出能力，再通过电压变电流电路输出4—20 mA的电流信号给现场控制泵。这样就完成了利用TMS320C2812的事件管理器输出PWM信号进行调理来产生D／A输出，降低了系统的硬件成本，也简化了系统的结构。