基于C8051F500微控制器的船舶液壓泵站控制裝置的設計與實現

姜應戰，王艷華，吳猛猛

(海軍潛艇學院，山東 青島 266199)

基于C8051F500微控制器的船舶液壓泵站控制裝置的設計與實現

姜應戰，王艷華，吳猛猛

(海軍潛艇學院，山東 青島 266199)

文章給出了一種基于C8051F500微控制器的船舶液壓泵站控制裝置的實現方案，描述了硬件組成和軟件設計方法，為船舶液壓泵站控制系統設計提供了一種有效的方法。

液壓泵站；CAN總線；設計

1 船舶液壓泵站的組成及工作原理

船舶液壓泵站主要由液壓泵、蓄壓器、液壓氣瓶、油箱、過濾器、控制閥、控制裝置、儀表和其它附件等組成。液壓泵站有兩泵自動、單泵自動、手動3種工況，可由工況選擇開關進行選擇。當選擇開關置于“手動”位置時，液壓泵只能進行手動啟動和手動停止操作；當選擇開關置于“兩泵自動”位置時，2臺液壓泵可在蓄壓器、行程開關和控制裝置聯合控制下，自動完成啟動和停止動作；當選擇開關置于“單泵自動”位置時，泵站的其中1臺液壓泵必須與整個系統隔離，而另1臺泵在蓄壓器、行程開關和控制裝置聯合控制下自動完成啟動和停止動作。

行程開關是用來控制信號裝置顯示和控制液壓泵啟停的自動化元件。它受液壓蓄壓器的控制進行動作：當蓄壓器充滿油時，在蓄壓器杠桿的作用下，行程開關控制液壓泵停止，同時控制信號裝置的白燈滅而綠燈亮；當系統用油時，蓄壓器開始放油，在蓄壓器復回滑閥作用下，信號裝置的綠燈滅而白燈亮，同時液壓泵準備啟動；當蓄壓器放完油時，行程開關控制液壓泵啟動，同時控制信號裝置的白燈滅而紅燈亮；當蓄壓器充油時，行程開關的工作恰好相反。蓄壓器是否放油是由液壓執行機構來控制的。

2 控制裝置硬件設計

船舶液壓泵站控制裝置的組成如圖1所示。以微控制器為核心，外圍電路由控制方式選擇模塊、蓄壓器狀態檢測模塊、液壓泵電動機電流檢測模塊、液壓泵電動機保護模塊、液壓系統保護模塊、蓄壓器狀態指示模塊、液壓泵電動機控制模塊及通信模塊等組成，以完成液壓泵站的自動控制和保護。

圖1 船舶液壓泵站控制裝置組成

船舶液壓泵站控制裝置的控制電路及端口分配如圖2所示。

圖2 船舶液壓泵站控制電路

2.1 微控制器

C8051F500是完全集成的混合信號片上系統型微控制器，下面列出了一些主要特性[1]。

1)高速、流水線結構的8051兼容的CIP-51內核(50 MIPS)。

2)片內全速、非侵入式的在系統調試接口。

3)控制器局域網(CAN2.0B)控制器，具有32個消息對象，每個消息對象有自己的標識掩碼。

4)64 KB可系統編程的FLASH存儲器。

5)4 352 (4K+256)字節的片內RAM。

6)40個數字I/O接口。

7)可尋址64 KB地址空間的外部數據存儲器接口。

8)內部晶振24 MHz。

9)片上電壓調節器。

10)外部數據接口為64 KB地址空間。

2.2 控制方式選擇模塊

控制方式信號實現液壓泵站控制裝置的停止、手動、雙泵自動和單泵自動4種運行工況的選擇；當選擇“單泵自動”時，通過P27或P30輸入的信號選擇1#泵單獨自動運行或2#泵單獨自動運行。

2.3 蓄壓器狀態檢測模塊

將蓄壓器上的行程開關輸入至P14～P17及P20，以檢測主備蓄壓器的狀態(充滿、放空或備9/10)，控制液壓泵站的運行，包括蓄壓器的充油放油、液壓泵的啟停等。

2.4 液壓泵電動機電流檢測模塊

將電流傳感器采集主泵和備泵電動機的電流信號，送至電流表及模擬量輸入端口P36、P37進行AD變換，以檢測主泵和備泵電動機電流，如圖3所示。

2.5 液壓泵電動機保護模塊

當電動機出現缺相、過流時，通過缺相、過流保護模塊輸出觸點至P21和P22，通過軟件控制電動機停車。

2.6 液壓系統保護模塊

當液壓系統出現油箱油位低、系統壓力高或液壓油質超標的情形，經傳感器將上述開關量分別送至P40 、P41和P42，通過軟件控制電動機停車。

圖3 液壓泵控制電路

2.7 蓄壓器狀態指示模塊

檢測到的主備蓄壓器的狀態信號(充滿、放空或備9/10)，由P32～P35、P01～P03送至達林頓驅動器ULN2803，以控制主備蓄壓器狀態的指示。

2.8 液壓泵控制電路

主備液壓泵的啟停控制通過微控制器的P31和P32端口經達林頓驅動器ULN2803控制繼電器、接觸器來實現。

2.9 通信模塊

微控制器內部CAN通過IS01050收發驅動電路，將液壓系統狀態送至船舶集控室，實現集控室對液壓泵站的遙控控制及運行參數的集中指示。

3 控制裝置軟件設計

液壓泵站控制裝置軟件用于實現液壓泵站的工作方式選擇、狀態指示、液壓泵的啟停控制、保護控制等，具體流程如圖4所示。

圖4 船舶液壓泵站控制裝置軟件流程

4 結束語

本文提出的基于C8051F500微控制器的船舶液壓泵站控制裝置的設計與實現方法，經實際應用證明，設計方案合理、經濟，系統運行穩定可靠。

[1] 潘琢金．C8051F500/1/2/3/4/5/6/7混合信號ISP FLASH 微控制器數據手冊[M]．北京：電子工業出版社，2004．

A plan is given for achieving a kind of marine hydraulic pump station controlling apparatus based on C8051F500 microcontroller with its hardware composition and software design described,which provides an effective method for designing marine hydraulic pump station controlling system.

hydraulic pump station;CAN bus；design

姜應戰(1962-)，男，山東文登人，副教授，碩士，研究方向為艦船電氣控制。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.04.008

2017-02-20