基于C8051F500微控制器的船舶液压泵站控制装置的设计与实现

姜应战，王艳华，吴猛猛

(海军潜艇学院，山东 青岛 266199)

基于C8051F500微控制器的船舶液压泵站控制装置的设计与实现

姜应战，王艳华，吴猛猛

(海军潜艇学院，山东 青岛 266199)

文章给出了一种基于C8051F500微控制器的船舶液压泵站控制装置的实现方案，描述了硬件组成和软件设计方法，为船舶液压泵站控制系统设计提供了一种有效的方法。

液压泵站；CAN总线；设计

1 船舶液压泵站的组成及工作原理

船舶液压泵站主要由液压泵、蓄压器、液压气瓶、油箱、过滤器、控制阀、控制装置、仪表和其它附件等组成。液压泵站有两泵自动、单泵自动、手动3种工况，可由工况选择开关进行选择。当选择开关置于“手动”位置时，液压泵只能进行手动启动和手动停止操作；当选择开关置于“两泵自动”位置时，2台液压泵可在蓄压器、行程开关和控制装置联合控制下，自动完成启动和停止动作；当选择开关置于“单泵自动”位置时，泵站的其中1台液压泵必须与整个系统隔离，而另1台泵在蓄压器、行程开关和控制装置联合控制下自动完成启动和停止动作。

行程开关是用来控制信号装置显示和控制液压泵启停的自动化元件。它受液压蓄压器的控制进行动作：当蓄压器充满油时，在蓄压器杠杆的作用下，行程开关控制液压泵停止，同时控制信号装置的白灯灭而绿灯亮；当系统用油时，蓄压器开始放油，在蓄压器复回滑阀作用下，信号装置的绿灯灭而白灯亮，同时液压泵准备启动；当蓄压器放完油时，行程开关控制液压泵启动，同时控制信号装置的白灯灭而红灯亮；当蓄压器充油时，行程开关的工作恰好相反。蓄压器是否放油是由液压执行机构来控制的。

2 控制装置硬件设计

船舶液压泵站控制装置的组成如图1所示。以微控制器为核心，外围电路由控制方式选择模块、蓄压器状态检测模块、液压泵电动机电流检测模块、液压泵电动机保护模块、液压系统保护模块、蓄压器状态指示模块、液压泵电动机控制模块及通信模块等组成，以完成液压泵站的自动控制和保护。

图1 船舶液压泵站控制装置组成

船舶液压泵站控制装置的控制电路及端口分配如图2所示。

图2 船舶液压泵站控制电路

2.1 微控制器

C8051F500是完全集成的混合信号片上系统型微控制器，下面列出了一些主要特性[1]。

1)高速、流水线结构的8051兼容的CIP-51内核(50 MIPS)。

2)片内全速、非侵入式的在系统调试接口。

3)控制器局域网(CAN2.0B)控制器，具有32个消息对象，每个消息对象有自己的标识掩码。

4)64 KB可系统编程的FLASH存储器。

5)4 352 (4K+256)字节的片内RAM。

6)40个数字I/O接口。

7)可寻址64 KB地址空间的外部数据存储器接口。

8)内部晶振24 MHz。

9)片上电压调节器。

10)外部数据接口为64 KB地址空间。

2.2 控制方式选择模块

控制方式信号实现液压泵站控制装置的停止、手动、双泵自动和单泵自动4种运行工况的选择；当选择“单泵自动”时，通过P27或P30输入的信号选择1#泵单独自动运行或2#泵单独自动运行。

2.3 蓄压器状态检测模块

将蓄压器上的行程开关输入至P14～P17及P20，以检测主备蓄压器的状态(充满、放空或备9/10)，控制液压泵站的运行，包括蓄压器的充油放油、液压泵的启停等。

2.4 液压泵电动机电流检测模块

将电流传感器采集主泵和备泵电动机的电流信号，送至电流表及模拟量输入端口P36、P37进行AD变换，以检测主泵和备泵电动机电流，如图3所示。

2.5 液压泵电动机保护模块

当电动机出现缺相、过流时，通过缺相、过流保护模块输出触点至P21和P22，通过软件控制电动机停车。

2.6 液压系统保护模块

当液压系统出现油箱油位低、系统压力高或液压油质超标的情形，经传感器将上述开关量分别送至P40 、P41和P42，通过软件控制电动机停车。

图3 液压泵控制电路

2.7 蓄压器状态指示模块

检测到的主备蓄压器的状态信号(充满、放空或备9/10)，由P32～P35、P01～P03送至达林顿驱动器ULN2803，以控制主备蓄压器状态的指示。

2.8 液压泵控制电路

主备液压泵的启停控制通过微控制器的P31和P32端口经达林顿驱动器ULN2803控制继电器、接触器来实现。

2.9 通信模块

微控制器内部CAN通过IS01050收发驱动电路，将液压系统状态送至船舶集控室，实现集控室对液压泵站的遥控控制及运行参数的集中指示。

3 控制装置软件设计

液压泵站控制装置软件用于实现液压泵站的工作方式选择、状态指示、液压泵的启停控制、保护控制等，具体流程如图4所示。

图4 船舶液压泵站控制装置软件流程

4 结束语

本文提出的基于C8051F500微控制器的船舶液压泵站控制装置的设计与实现方法，经实际应用证明，设计方案合理、经济，系统运行稳定可靠。

[1] 潘琢金．C8051F500/1/2/3/4/5/6/7混合信号ISP FLASH 微控制器数据手册[M]．北京：电子工业出版社，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

姜应战(1962-)，男，山东文登人，副教授，硕士，研究方向为舰船电气控制。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.04.008

2017-02-20