基于CPLD的输油管道加热测控系统设计

　　1 引言

　　随着输油管道的大面积建设，管道维护已成为保障石油安全的一项重要工程。石油管道的安全运行问题日趋重要，而其中的一个主要工作就是要减小原油粘度。管道加热装置在减小原油粘度方面有着广泛的应用，据资料统计，实际线路中平均20km就要一个加热器，因此一套好的加热装置对保障石油管道的平稳运行至关重要。本文正是在这种背景下，提出一种新的以 CPLD为基础的加热测控系统的设计思路，此系统的设计减少了硬件电路的使用量，提高了抗干扰能力，实现了实时监控，可以根据外界环境的变化实时启动加热装置，大大降低了能耗。另外，系统还设置了过欠电压保护，以保障整个系统的安全运行，更重要的是，该系统的核心部分可以方便地移植和修改，尤其在大规模生产和应用中可以大量节约成本，方便地进行整个系统的升级。

　　2 设计框图及工作原理

　　该系统的整体原理框图如图1所示，两路输入信号粘度和电压通过粘度传感器和电压检测电路获得，由于信号微弱不利于处理，需经放大器放大后再送给ADC0809转换，然后送给中央处理器，根据相应的条件进行判断。其中对AD的采样控制、中央处理器的判断输出和数据的显示以及输出信号的锁存均由CPLD来完成，即用VHDL语言硬件编程实现。整个系统在较少的外围硬件的支持下实现了对环境的实时控制。

　　3 主要单元电路工作原理分析

　　CPLD 单元电路包括分频器、中央处理器、AD采样控制器、锁存器和译码控制5个部分。

　　3.1 分频器

　　该系统外接时钟为50MHz，而AD的工作时钟仅为500kHz左右。故需要一个分频器来产生AD的工作时钟。设计选用256分频，则CLK分频后的时钟周期T=256×(1/50M H z)= 0.0 0 0 0 0512s，约195k H z，在AD正常工作频率范围之内。

　　3.2 A/D采样控制器

　　A / D转换电路采用逐次逼近式8位A D C 0809芯片，0809有8路模拟输入通道，本系统只用了其中两个通道IN0-IN1。其中IN0作为粘度检测通道，IN1作为电源电压检测通道。0809的A、B、C3端通过地址锁存器接于中央控制器中，该3端根据控制器发出的地址信息控制模拟通道号的选择，AD采样控制器还要输出ALE、START和OE端所要求的时序，控制0809的启动、读和写。转换结束信号EOC直接加到0809的输入端，用来控制其采样。

　　ADC0809的工作时序：START是转换启动信号，一个正脉冲过后A/D开始转换;ALE是3位通道选择地址(ADDC 、ADDB 、A D DA)信号锁存信号。当模拟量送至一个输入端IN0，地址信号有ALE锁存;EOC是转换情况状态信号，当启动转换约100μs后，EOC产生一个负脉冲，以示转换结束;在EOC的上升沿后，且输出使能信号ENABLE，则控制打开三态缓冲器，把转换好的8位数据送至数据总线。至此ADC0809的一次转换结束，实际系统中就是这样不断的交替采集两路数据以实现对环境的实时监测。单路仿真波形如图2所示。