張瑤瑤 徐 寶
(1.中國空空導(dǎo)彈研究院凱邁機(jī)電 洛陽 471003)(2.山東大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 濟(jì)南 250100)(3.中央軍委后勤保障部工程兵科研三所 洛陽 471023)
隨著虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展,LabVIEW被廣泛應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)采集及實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)[1]。Lab?VIEW用戶可以根據(jù)實(shí)際需要靈活定義儀器的功能,通過不同功能模塊的組合實(shí)現(xiàn)各種功能,使用過程中不必受限于儀器廠商提供的特定功能,從而可以自主開發(fā)新功能。同時(shí),LabVIEW軟件硬件的局限性小,易與其他儀器設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行過程的數(shù)字化監(jiān)控,開發(fā)了電機(jī)控制系統(tǒng),該系統(tǒng)采用CAN通訊方式與變頻器交換數(shù)據(jù),抗干擾能力強(qiáng),性能穩(wěn)定。
系統(tǒng)硬件由ABB ACS850變頻器、西門子電機(jī)、編碼器、研華工控機(jī)等組成,如圖1所示。
圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)采用ABB ACS850變頻器控制22kw西門子電機(jī),實(shí)際轉(zhuǎn)速通過E6B2-CWZ6C編碼器采集,接線圖如圖2所示,其中A、B兩相分別需要接2k歐姆的上拉電阻,采集信號(hào)送入變頻器FEN-31模塊、變頻器接收到A、B兩相脈沖量處理成轉(zhuǎn)速信號(hào),再通過CAN通訊送給工控機(jī);NI8512CAN卡直接插在工控機(jī)接口上,工控機(jī)通過NI 8512CAN卡給變頻器發(fā)送控制字、轉(zhuǎn)速等,接收變頻器狀態(tài)字、實(shí)際轉(zhuǎn)速等。
圖2 編碼器接線圖
變頻器和電機(jī)連接好之后,先設(shè)置99組參數(shù)[2~7],完成電機(jī)辨識(shí)。
編碼器參數(shù)根據(jù)所選用編碼器的型號(hào)來設(shè)置,本系統(tǒng)編碼器有關(guān)參數(shù)設(shè)置如表1所示。
表1 編碼器設(shè)置參數(shù)
為了增加CAN通訊的可靠性,CAN通訊電纜采用雙絞屏蔽電纜,總線網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)端點(diǎn)各加上120Ω電阻。
正確實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與變頻器之間的通訊[8~9],必須將工控機(jī)CAN卡和變頻器對應(yīng)的參數(shù)設(shè)置一致,如波特率、ID等,變頻器的CAN參數(shù)設(shè)置方式如表2所示。
表2 CAN通訊設(shè)置參數(shù)
系統(tǒng)選用NI 8512 CAN卡,運(yùn)用NI Database Editor來管理CAN總線的幀格式,配置基本的網(wǎng)絡(luò);定義總線中的框架和數(shù)據(jù)交換。CAN卡與ACS850所設(shè)置的波特率、接收發(fā)送數(shù)據(jù)的ID要一致,在Database Editor軟件中,波特率對應(yīng)設(shè)成1M,RPDO21 ID需設(shè)成十進(jìn)制1025(十六進(jìn)制401),RPDO21定義的數(shù)據(jù)格式由4個(gè)字組成,每個(gè)字占16位,分別定義為控制字、設(shè)定轉(zhuǎn)速、設(shè)定扭矩、轉(zhuǎn)矩限福。TPDO21的ID設(shè)成十進(jìn)制897(十六進(jìn)制381),其定義的數(shù)據(jù)格式也由4個(gè)字組成,每個(gè)字占16位,分別定義為狀態(tài)字、實(shí)際轉(zhuǎn)速、實(shí)際扭矩、電流。
ACS850的相應(yīng)參數(shù)和Database Editor分別設(shè)置成功后,就可以在CAN總線上進(jìn)行數(shù)據(jù)交換了。
電機(jī)控制系統(tǒng)軟件采用模塊化的設(shè)計(jì)方法[10],如圖3所示界面中,能夠?qū)崟r(shí)顯示轉(zhuǎn)速,并同時(shí)以數(shù)值和波形兩種方式進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示,當(dāng)遇到超轉(zhuǎn)速報(bào)警時(shí),會(huì)通過指示燈進(jìn)行提醒,同時(shí)對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。當(dāng)按下STOP按鈕時(shí),電機(jī)會(huì)立即停機(jī)。
圖3 電機(jī)控制系統(tǒng)軟件主界面
變頻器和NI CAN卡按照2.2節(jié)中的參數(shù)設(shè)置好之后,就可以通過程序來控制變頻器了,流程圖如圖4所示,初始化時(shí)需要按照Database Editor中的定義格式,通過XNET Create Session函數(shù)創(chuàng)建輸入、輸出會(huì)話,之后就可以讀寫CAN數(shù)據(jù)。通過LabVIEW程序中XNET Read函數(shù)讀取變頻器中的數(shù)據(jù),分別為狀態(tài)字、實(shí)際轉(zhuǎn)速等。
通過XNET Write函數(shù)將控制字、設(shè)定轉(zhuǎn)速等發(fā)送給變頻器,通過變頻器控制電機(jī)運(yùn)行,其中本次試驗(yàn)發(fā)送起動(dòng)命令時(shí),控制字的命令為047F,變頻器停止命令為04FE。
圖4 CAN通訊流程圖
在恒轉(zhuǎn)速模式下,系統(tǒng)可穩(wěn)定控制轉(zhuǎn)速,控制精度為±2R/min。圖5和圖6所示的分別是在1500R/min和1800R/min恒轉(zhuǎn)速模式下,實(shí)際值與設(shè)定值的對比值。
圖5 實(shí)際值與設(shè)定值對比值(設(shè)定轉(zhuǎn)速1500R/min)
圖6 實(shí)際值與設(shè)定值對比值(設(shè)定轉(zhuǎn)速1800R/min)
基于NI LabVIEW,開發(fā)了一套管理軟件,與變頻器、電機(jī)、編碼器、工控機(jī)一起構(gòu)成了一套電機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過CAN通訊方式一直控制變頻器工作在恒轉(zhuǎn)速模式,轉(zhuǎn)速控制精度在±2R/min。系統(tǒng)具有軟件硬件急停功能,硬件拍急?;蜍浖醇蓖#姍C(jī)停機(jī)。