基于以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及仿真

廣東工業(yè)大學(xué)　張健生

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基于以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及仿真

廣東工業(yè)大學(xué)張健生

【摘要】隨著工業(yè)電機(jī)的數(shù)字化發(fā)展，DSP在永磁同步電機(jī)的控制中廣泛應(yīng)用，永磁電機(jī)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)視和遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速日益收到人們的關(guān)注。針對(duì)工業(yè)的需求，結(jié)合實(shí)際，在一些高危場(chǎng)合下，用基于ENC28J60網(wǎng)絡(luò)模塊和DSP2812實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制和監(jiān)控永磁同步電機(jī)。

【關(guān)鍵詞】以太網(wǎng)；永磁同步電機(jī)；ENC28J60；DSP2812

1　以太網(wǎng)模塊簡(jiǎn)介

ENC28J60可配備有標(biāo)準(zhǔn)SPI接口適用攜帶SPI接口的控制器，使用IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，帶有過(guò)濾機(jī)制可以對(duì)接收的數(shù)據(jù)包進(jìn)行校驗(yàn)。內(nèi)部攜帶DMA模塊，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速接收和IP的計(jì)算。通過(guò)SPI和中斷與主控制器通信，傳輸最大速率可以達(dá)到10Mb/s。通過(guò)兩個(gè)專用的LED信號(hào)引腳，顯示網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)。ENC28J60相比于其他網(wǎng)絡(luò)模塊還擁有體積小等優(yōu)勢(shì)。

在TMS320F2812中植入uIP協(xié)議棧，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和以太網(wǎng)的通信。uIP是瑞典計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院負(fù)責(zé)開發(fā)的。軟件完全由C語(yǔ)言編寫而且完全開放。uIP協(xié)議去掉了TPC/IP協(xié)議中繁瑣的邏輯，保留了網(wǎng)絡(luò)通信必要的協(xié)議如:IP/TCP/ICMP/UDP/ARP協(xié)議，確保通信結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。uIP協(xié)議棧提供的大部分接口函數(shù)在uip.h中定義，大部分以宏實(shí)現(xiàn)，以減少支出。

2　主控制電路設(shè)計(jì)

TMS320F2812將測(cè)得的永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速和運(yùn)行情況通過(guò)ENC28J60以太網(wǎng)控制器將信息通過(guò)以太網(wǎng)傳送給PC機(jī)，PC機(jī)在網(wǎng)頁(yè)中顯示具體每臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和運(yùn)行情況，正常允許的時(shí)候網(wǎng)頁(yè)顯示該臺(tái)電機(jī)為綠色，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，網(wǎng)頁(yè)中該臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行情況會(huì)被顯示為紅色從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的以太網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)視。在網(wǎng)頁(yè)中還顯示接入以太網(wǎng)的每臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，每臺(tái)電機(jī)提供三個(gè)可以選擇的速度檔，在網(wǎng)頁(yè)上對(duì)電機(jī)的速度實(shí)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)了在以太網(wǎng)上遠(yuǎn)程電機(jī)的調(diào)速。

采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，由反電勢(shì)法檢測(cè)位置信號(hào)，通過(guò)DSP進(jìn)行數(shù)字型號(hào)處理，與外部電路，構(gòu)成雙閉環(huán)系統(tǒng)。逆變電路由六個(gè)IGBT組成的三相橋式逆變電路，TMS320F2812產(chǎn)生PWM電機(jī)控制信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路的放大以后控制逆變電橋中IGBT的通斷，實(shí)現(xiàn)逆變電橋的三相PWM信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的的控制。

電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，我們可以在三相交流電源和單相交流電源，我們這里選擇的是單相的交流電源。我們選擇的整流電路是全相整流電路。

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在網(wǎng)頁(yè)中分別顯示各個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的局域網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)視。在網(wǎng)頁(yè)中，應(yīng)用IP尋址，對(duì)每臺(tái)電機(jī)都可以進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。該函數(shù)在連接建立的時(shí)候，通過(guò)handle_connection函數(shù)處理http數(shù)據(jù)，該函數(shù)調(diào)用handle_input處理http輸入的電機(jī)調(diào)速數(shù)據(jù)，通過(guò)調(diào)用handle_output實(shí)現(xiàn)http網(wǎng)頁(yè)輸出。

對(duì)我們來(lái)說(shuō)最重要的是handle_input函數(shù)。這里，我們uIP是把顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速和運(yùn)行狀況的網(wǎng)頁(yè)的文件存放在date.htm文件中，發(fā)送給瀏覽器，瀏覽器就會(huì)顯示出我們所設(shè)計(jì)的顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速和各個(gè)電機(jī)速度檔的選擇界面了。當(dāng)用戶在網(wǎng)頁(yè)調(diào)整數(shù)度檔時(shí)，瀏覽器通過(guò)get發(fā)送消息給服務(wù)器，服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，執(zhí)行完成用戶的操作以后，修改頁(yè)面數(shù)據(jù)，發(fā)送給瀏覽器。這樣用戶就可以看到操作結(jié)果了?？刂齐姍C(jī)的轉(zhuǎn)速我們是通過(guò)發(fā)送不同的頁(yè)面請(qǐng)求來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這里我們采用的是Get方法，將請(qǐng)求參數(shù)放到URL里面，然后WEB服務(wù)器根據(jù)URL的參數(shù)來(lái)相應(yīng)內(nèi)容，這樣實(shí)際上TMS320F2812就是從URL獲取控制參數(shù)，以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。uIP在得到Get請(qǐng)求后判斷URL內(nèi)容，然后做出相應(yīng)控制，最后修改date.htm里面的部分內(nèi)容（比如指示燈圖標(biāo)的變化，以及提示文字的變化等），再將date.htm發(fā)送給瀏覽器，顯示新的界面。

4　系統(tǒng)仿真與實(shí)現(xiàn)

仿真系統(tǒng)由直流電源、逆變器與直流無(wú)刷電機(jī)構(gòu)成，由給定轉(zhuǎn)速模塊、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器模塊、控制單元模塊與PWM脈寬調(diào)制器模塊等組成控制的部分，控制信號(hào)由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出，脈沖寬度由脈寬調(diào)節(jié)器控制，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的三相電壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。六個(gè)IGBT的控制順序由控制器根據(jù)轉(zhuǎn)子位置分配電機(jī)三相繞組的通電順序控制。通過(guò)檢測(cè)得轉(zhuǎn)子的位置角計(jì)算得出方波脈沖，通過(guò)脈寬調(diào)節(jié)器與該脈沖的運(yùn)算，得出6路驅(qū)動(dòng)信號(hào)該。永磁電機(jī)的控制仿真模型如下圖4.1所示，電機(jī)的電阻為R=2.0，等效電感L=0.008，轉(zhuǎn)子磁鏈ω=0.175Wb，級(jí)數(shù)為6，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J=0.00090Kgm2，力矩常數(shù)Kt=0.57。

在本系統(tǒng)中采用的是id=0的控制，我們調(diào)節(jié)PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)，速度控制環(huán)PI的參數(shù)設(shè)置為，Kp=0.15，Ki=0.1，電流控制環(huán)的PI參數(shù)設(shè)置為Kp=8.2，Ki=85，雖然系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間比較長(zhǎng)，但是系統(tǒng)超調(diào)量比較小。

參考文獻(xiàn)

[1]馬曉偉,馬鈞華.以太網(wǎng)在電機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].輕工機(jī)械,2006,24(3).

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