[發明專利]一種基于FPGA的裝卸料機運動控制系統及方法

有效

• 申請號: 202010460337.6
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111665752B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 張鵬;何志軍;李波;張志強;袁駿
• 申請（專利權）人: 中國核電工程有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;任曉航

1.一種基于FPGA的裝卸料機運動控制系統，用于對核電站的裝卸料機進行運動控制，所述裝卸料機由若干不同的運行機構構成，所述裝卸料機的所述運行機構包括大車、小車和主提升機構，其特征是：包括主控制器（1）以及與所述主控制器（1）相連的FPGA裝置（2），所述FPGA裝置（2）用于根據所述主控制器（1）發出的運動指令選擇與所述運動指令相應的運動模式，并采用所述運動模式控制所述裝卸料機的運動，所述主控制器（1）用于根據操作人員的輸入和選擇以及所述裝卸料機的各個所述運行機構的狀態進行邏輯判斷，針對各個所述運行機構發出不同的所述運動指令；所述主控制器（1）發出的所述運動指令包含運動相關的參數，所述參數包括如速度、加速度、方向、目標位置；

所述FPGA裝置（2）為設置有FPGA芯片的FPGA控制平臺，所述FPGA裝置（2）包括與所述主控制器（1）相連的數據通訊模塊（3），還包括依次串聯的運動模式選擇模塊（4）、運動執行模塊（5）、結果輸出模塊（6），所述數據通訊模塊（3）還分別連接所述運動模式選擇模塊（4）和所述運動執行模塊（5），還包括與所述運動執行模塊（5）相連的高速信號采集模塊（8）；

所述數據通訊模塊（3）用于建立所述主控制器（1）與所述FPGA裝置（2）之間的數據交換通道，將所述運動指令發送至所述運動模式選擇模塊（4）和所述運動執行模塊（5）；所述數據通訊模塊（3）還用于定義數據的數量、名稱、數值；所述數據是指所述主控制器（1）與所述FPGA裝置（2）之間交換的數據，所述數據包括所述運動指令；

所述高速信號采集模塊（8）與設置在所述裝卸料機上的若干外部傳感器相連，所述外部傳感器用于采集外部信號，所述高速信號采集模塊（8）用于對所述外部傳感器的采集的所述外部信號進行并行采集和數學運算處理，同時將所述外部信號和所述數學運算處理的結果傳遞給所述運動執行模塊（5）；所述外部信號包括開關量、模擬量和編碼器數字信號；所述外部信號的采集和所述數學運算處理均為并行完成；

所述運動模式選擇模塊（4）用于根據所述外部信號和所述主控制器（1）發出的所述運動指令，基于所述裝卸料機的設備狀態，選擇正確的運動模式，并將選擇的所述運動模式傳遞給所述運動執行模塊（5）；

所述運動模式包括：

自動模式下的大車兩軸同步運行、大車和小車和主提升機構同步運行、聯鎖旁路運行；

手動模式下的大車兩軸同步運行、大車和小車和主提升機構同步運行、聯鎖旁路運行；

所述運動執行模塊（5）用于根據所述運動模式和所述外部信號，調用所述FPGA芯片的內核對與所述運行機構的運動相關的位置、速度、加速度進行運算；所述運動執行模塊（5）能夠調用所述FPGA芯片的不同的所述內核分別對各個不同的所述運行機構進行所述運算；所述運算的結果能夠控制各個所述運行機構分別實現各自的運行，從而實現所述運動模式的運行；所述運算的結果包括速度給定，方向、使能信號；

所述結果輸出模塊（6）與外部的伺服驅動器相連，所述裝卸料機的所述運行機構通過伺服電機驅動，所述伺服驅動器用于驅動所述伺服電機；所述結果輸出模塊（6）用于將所述運動執行模塊（5）的所述運算的結果輸出給所述伺服驅動器，并通過所述伺服驅動器驅動所述伺服電機，實現所述裝卸料機的所述運行機構按照所述運動模式運行。

2.如權利要求1所述的基于FPGA的裝卸料機運動控制系統，其特征是：還包括故障錯誤處理模塊（7），所述故障錯誤處理模塊（7）分別與所述數據通訊模塊（3）、所述運動執行模塊（5）、所述結果輸出模塊（6）、所述高速信號采集模塊（8）相連，所述故障錯誤處理模塊（7）用于同時處理所述運動執行模塊（5）和所述高速信號采集模塊（8）傳遞的錯誤信息，分析后進行分類并發出響應指令給所述運動執行模塊（5）停止運動，同時經過所述數據通訊模塊（3）將相關的所述錯誤信息和所述響應指令傳遞給所述主控制器（1）。

3.如權利要求2所述的基于FPGA的裝卸料機運動控制系統，其特征是：所述數據通訊模塊（3）、所述運動模式選擇模塊（4）、所述運動執行模塊（5）、所述結果輸出模塊（6）、所述故障錯誤處理模塊（7）、所述高速信號采集模塊（8）均由所述FPGA芯片中的可編輯電路構成和實現相互間的連接。