总线型伺服阀（精选6篇）
总线型伺服阀 篇1
摘要：针对传统的装车站液压及控制系统存在故障多、集成化程度低的问题, 提出了一种基于总线型伺服阀的装车站液压及控制系统的设计方案;给出了该系统的硬件结构, 详细介绍了该系统的软件设计, 即伺服阀参数设置、工业网关配置及工业网关与PLC系统的集成。实际应用表明, 该系统运行稳定、可靠, 满足了煤炭运输的需求。
关键词：装车站,总线型伺服阀,液压及控制系统,Atos Profibus总线,Contrologix PLC,工业网关
0 引言
我国煤炭资源北多南少、西富东贫, 煤炭消费基地主要在东部地区, 而煤炭的生产与供应基本在中、西部地区, 并且今后煤炭的生产有向西北部地区转移的趋势, 这种错位布局导致我国煤炭运输基本上形成了北煤南运、西煤东运的格局。因此, 精确快速的装车站在煤炭运输过程中起到了关键作用。目前, 装车站液压及控制系统存在故障频发、集成化程度低等问题。为解决该问题, 山东博润工业技术有限公司把当今最先进的总线型伺服阀引入到装车站液压及控制系统中, 具有一定的实用性。
1 Atos Profibus总线型伺服阀技术特点
Atos Profibus总线型伺服阀是Atos开发的最新、最先进的伺服阀, 具有如下特点:
(1) 结构:比例伺服阀[1]和伺服液压缸集成式安装;伺服轴放大器与比例伺服阀集成式安装。
(2) 控制指令:提供模拟量与总线 (Profibus) 2种控制方式;模拟量控制包含电压 (标准型) 、电流2种控制指令。
(3) 控制特性:高频响、滞环小、重复精度高。
(4) 实时控制:通过外部指令或内部信号发生器可实现位置或压力/力的实时控制。
(5) 位置控制:可实现位置闭环控制, 定位精度高。
(6) 压力/力控制:选项/SP、/SF、/SL的伺服轴, 除基本的位置控制外, 可实现压力/力闭环控制。
(7) 位置/力 (压力) 复合控制:可实现位置、压力/力的复合控制, 有位置控制优先、压力/力控制优先2种方式。
(8) 友好的图形交互界面:提供专为伺服轴开发的数字软件, 可实时在线调整伺服轴的控制参数, 并且在数字软件中开发了示波器功能, 可实时动态监控最多4个控制参数。
2 系统硬件组成
基于总线型伺服阀的装车站液压及控制系统由计算机、AB Contrologix PLC、以太网通信模块、AB交换机、集成了Atos Profibus总线型伺服阀和MTS直线位移传感器的液压油缸、液压站、工业网关及Profibus通信附件[2]组成。其网络拓扑如图1所示。
AB Contrologix PLC是该系统的核心, 通过添加相应通信模块可以支持Ethernet/IP、ControlNet、DeviceNet三层网络协议。该系统采用传输速率最快的Ethernet/IP总线, 通信速率达到100 Mbit/s。为了实现对Atos Profibus总线型伺服阀的控制, 系统中加入了Hilscher公司生产的Ethernet/IP从/Profibus主工业网关, 使得工业网关成为Ethernet/IP总线的一个从站。AB Contrologix PLC可实时与工业网关交换数据, 例如伺服阀的使能、当前位置的读取等;同时工业网关作为Profibus总线的主站, 通过接收来自PLC的指令实现对伺服阀的全面控制。
3 系统软件设计
基于总线型伺服阀的装车站液压及控制系统软件设计主要包括以下几个部分:
(1) 伺服阀参数配置:在系统运行前首先要通过Atos专用的配置软件配置伺服阀参数, 配置步骤如下:
① 通信参数设置:首先设置伺服阀各项参数:通过软件扫描硬件并设置正确的Profibus节点地址和波特率, 出厂设定的Profibus节点地址为126, 这个地址不能使用, 可以设置2～125之间的任何数值, 地址1留给作为主站的工业网关。这里设置Profibus节点地址为3, 波特率为1.5 Mbit/s。设置完通信参数后, 软件才可以设置和监控伺服阀其它参数。
② 油缸行程、速度和加减速度参数设置:油缸行程参数要根据所选油缸设置, 在设置时注意不要超过油缸的实际行程, 以防油缸运行过程中在最大行程位置发生撞击;速度设置值决定了油缸运动过程中速度的最高上限;加减速度根据工艺和需要进行设置;速度和加减速度可在运动过程中实时调整, 以满足不同工况。
③ 直线位移传感器参数设置及零点标定:Atos Profibus总线型伺服阀支持SSI数据格式的直线位移传感器 (如MTS RH系列) , 伺服阀可自动检测传感器参数, 一般不需要设置;零点标定需要在油缸杆全部收回的状态下进行, 设置相关参数使此时直线位移传感器的位移信号在零点附近。
④ PID参数整定:PID参数出厂默认值适合大多数情况, 在保证油缸动作稳定性的前提下, 可根据本身液压系统和实际工作情况适当调整参数, 从而满足快速响应的需求。如图2所示, 增加P值可以使油缸的响应速度加快, 但是P值过大容易造成油缸动作超调。每次调整完参数都需要做运动测试, 以保证运动的平滑。
配置完以上参数后, 点击Store User按钮, 以上所有改动的参数均写入伺服阀。
(2) 工业网关配置[3]:工业网关在该系统中起到协议转换的作用, 把AB Contrologix PLC不支持的Profibus总线协议转换为支持的Ethernet/IP总线协议, 从而实现系统的数据通信功能。在实现该功能前, 还需对工业网关做以下配置:
① 网络配置:在工业网关配置软件中导入伺服阀的GSD文件, 在线连接工业网关, 上传工业网关的硬件信息, 然后在Profibus网络上加入伺服阀节点, 设定地址, 地址必须与伺服阀内部的设定地址一致, 网关的IP地址设置为192.168.1.11, 子网掩码为255.255.255.0, 数据输入输出区设置为100, 该数据区大小不能小于伺服阀Profibus报文数据区的大小。
② IO数据映射:工业网关的输入数据区对应伺服阀Profibus报文的输出区, 输出区对应Profibus报文的输入区, 数据区数据格式为字节。表1和表2列出了伺服阀的输入输出数据区Profibus报文格式, 工业网关可根据需要选择相应的数据区进行IO映射, 如图3所示。PKW区是非实时性数据区, 在该数据区可根据需要修改加速度、减速度等参数, 是非必要的数据区;PZD区是实时性数据区, 可进行伺服阀使能、禁止、油缸目标位移设定、运行速度设定等操作, 也可实时读取伺服阀的状态、油缸的实际位移及实际运行速度。
以上配置完成后, 右键点击工业网关图标, 选择download, 将配置下载到工业网关中。
(3) 网关与AB Contrologix PLC系统的集成:要实现AB Contrologix PLC对伺服阀的控制, 还需要在编程软件RSLogix 5000中对工业网关进行配置及编程。
① 模块配置:在RSLogix 5000编程软件中找到硬件配置 (见图4) , 在Ethernet网络下加入一个ETHERNET―MODULE模块, 命名为NT100, 设置模块IP地址为192.168.1.11, 该地址与工业网关的IP地址必须一致, 数据格式改为SINT (字节) , 保证与工业网关中数据格式一致。
② PLC程序编写:完成以上配置后, 根据Profibus报文及控制字节详表 (见表3) 编制PLC控制程序, PLC部分梯形图程序如图5所示, 伺服阀上电后默认状态为Init, 在动作前应开启液压站, 压力保持在12 MPa左右。该压力是装车站实际运行中的工作压力, 然后在程序内使伺服阀处于Active, 即处于使能状态, 输入期望的油缸位移, 此时油缸动作, 并实时返回当前位移及速度。
③ 创建油缸动作曲线:在RSLogix 5000软件中建立实时曲线, 实时捕获油缸的位移及速度曲线。图6为油缸一个动作的实时曲线。从图6可看出, 油缸位移没有明显超调, 速度曲线基本属于梯形, 系统压力变化不明显。
4 结语
详细介绍了基于总线型伺服阀的装车站液压及控制系统的硬件及软件设计, 同时通过现场实际操作并调整参数, 使得油缸的动作曲线趋于平滑, 减少了高速运动过程中的冲击, 为装车站实现精确、快速、稳定的运行提供了保障。总线型伺服阀应用于现代化装车站液压及控制系统中尚属国内首例, 该系统运行一年多来, 6条装有伺服阀的油缸仍在可靠运行。实践表明, 总线型伺服阀的高集成化、高响应性及高可靠性满足了装车站对煤炭运输的需求。该系统中应用了Hilscher工业网关, 将2种不同的现场总线集成在一起, 为目前工业通信中出现的多种协议共存、相互间无法兼容的现状提供了一种可行方案。
参考文献
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[2]张胜前, 袁海峰.德国赫优讯netTAP100网关在杜尔涂装废气处理控制系统中的应用[J].国内外机电一体化技术, 2010 (1) :40-42.
[3]张鹏, 王海波.赫优讯netTAP网关在SICK条码扫描器通信上的应用[J].世界仪表与自动化, 2008 (1) :53-54.
总线型伺服阀 篇2
1 故障现象
某数控机床开机发生软件报警, 经检查是伺服串行总线报警。一般来说, 出现此报警是由于连接数控机床 (CNC) 和伺服FSSB的环节发生故障, 引起连接轴控制卡的FSSB、光缆和伺服放大器出现问题, 如果请设备生产厂家来修理, 不仅周期长, 而且费用大。
2 分析和判断故障的位置
2.1 使用伺服放大器上的LED判断
使用伺服放大器上的7段LED可以确认故障的位置, FANUC系统FSSB的连接如图1所示:
如果虚线所示的A部分出现了故障, 伺服放大器上的LED显示则如图2所示。根据显示情况, 分析如下:
(1) 检查那些LED显示为“L”或“–”的到那些LED显示为“U”的伺服放大器之间的连接光缆, 判断图1中A部分的连接光缆有接触不良。
(2) 检查那些LED显示为“L”或“–”的到那些LED显示为“U”的伺服放大器两侧的任何一个放大器, 判断图1中放大器2或3中必有一个出现了故障。
(3) 如果图1中虚线所示的B部分出现了故障, 伺服放大器上LED的显示如图3所示。
这种情况, 一般是检查连接到CNC的光缆, 根据经验多是图1中B部分的连接光缆出现接触不良。应进一步检查CNC中的轴控制卡与插槽找出故障。
还遇到的一种情况是, 放大器上的7段LED显示为B部分出现了故障, 由于当时没有轴控制卡, 在更换了CNC光缆和第1个伺服放大器后报警依然出现, 在购买了轴控制卡并把新卡换上后报警消除, 由此可见故障出现在轴控制卡上。
2.2 根据CNC 画面上的显示判断
如果发生了926报警, 信息就会显示在CNC画面的底部, 如图4所示, 根据该信息也可以确认故障的位置。
MODE信息的12～15位显示了报警驱动部分的号码, 离CNC最近的单元 (如伺服放大器) 被系统认定驱动号码位为“0”。例如, 对于一个2轴放大器, 第1轴放大器号码被认定为“0”, 第2轴放大器号码被认定为“1”。MODE信息的详情如图5所示。
结合使用STATUS信息位, 故障就能够被定位。STATUS信息详情如图6所示, 根据STATUS的信息样式, 判断如下。
(1) 图6中如果STATUS信息的样式为A, 则可能出现下列3种情况:
①MODE信息中的第12位到第15位对应的从属部分, 以及前级的从属部分的连接光缆可能不良;或者光缆两侧的从属部分 (伺服放大器) 可能出现故障;②伺服放大器的电源电压下降, 或者放大器的电源出现故障;③CNC侧的轴控制卡可能出现故障。
(2) 图6中如果STATUS信息的样式为B, 则可能出现下列两种情况:
①MODE信息中的第12位到第15位对应的从属部分, 以及前级的从属部分的连接光缆可能不良;或者光缆两侧的从属部分 (伺服放大器) 可能出现故障;②伺服放大器的电源电压下降, 或者放大器的电源出现故障。
(3) 图6中如果STATUS信息的样式为C, 则可能出现下列两种情况:
①MODE信息中的第12位到第15位对应的从属部分可能出现故障;②伺服放大器的电源电压下降, 或者放大器的电源出现故障。
在本例遇到的这台FANUC 0i-c系统数控机床在926报警发生时出现的MODE和STATUS报警信息如下:
该报警的MODE信息是“0”号轴放大器, STATUS信息的样式为A。在排除了光缆和“0”号轴放大器故障的可能性后, 基本可以把故障定位在轴控制卡上, 因为放大器的电源如果出现故障的话, 那么在放大器电源模块上的LED也会出现相应的报警。另外, 在定位这个故障时也可以综合利用如图7所示的主板上的报警信息, 把故障部位进一步确定。
在报警发生时主板上的报警指示为SVALM和SEMG红色灯亮, 其余为绿色, 可见是系统内部的硬件发生了故障。根据以上的分析就可以把故障发生的部位准确定位在轴控制卡上, 在排除了轴控制卡插槽没有接触不良的情况后, 更换轴控制卡就可以消除该报警。注意在更换轴控制卡后, 系统的轴数据一般已经丢失, 所以在更换了轴控制卡后, 还必须利用系统的1815参数重新建立各个轴的机械坐标原点, 否则系统在开机时会出现原点复归要求的报警。
摘要：数控设备是现代制造业的关键设备, 数控系统中FANUC系统是主流。通过对FANUC系统报警中比较典型而又较难诊断的情况进行总结, 可以为类似应用提供参考。
总线型伺服阀 篇3
在目前的自动化生产线中, 电气控制技术的发展越来越快。随着生产线自动化程度的不断提高, 伺服控制器的应用也越来越广, 其具有控制精度高, 动态响应快, 稳定性高等优点, 可以实现高精度的位置, 速度控制完成复杂的生产工艺要求。但是在产品设计中要控制较大转动惯量的机械负载还是比较困难的, 以目前市场上所提供的伺服电机功率很难用单台电机来实现控制。
本文以我公司设计的旋转热飞锯产品为依据, 采用LENZE 9300EK伺服控制器设计, 介绍了基于伺服控制器can总线的主从同步控制技术, 通过主从同步控制实现了两台伺服电机共同拖动同一负载, 进而增大了伺服电机的功率, 通过现场实际运行, 该控制方式运行稳定, 可靠, 相信随着伺服技术的不断发展该技术可以广泛应用在现代化的自动化生产线中。
2 系统组成
由于本产品机械转动惯量较大, 在设计中已经无法选择适合功率的伺服电机, 因此我们选用两台55KW伺服电机, 共同拖动同一负载来增大电机功率。伺服驱动器采用两台LENZE9300EK, 该控制器具有丰富的控制接口。本系统采用的是PROFIBUS-DP总线与上位机进行通讯, 传递生产工艺参数, 并且对设备的运行状态进行监控。两台伺服控制器之间采用CAN总线来进行主从同步控制。系统框图如图1所示。
3 LENZE 9300EK伺服控制器简介
LENZE 9300EK伺服控制器属于电子凸轮型伺服驱动器, 除了基本的伺服功能外其内部还内置了电子凸轮发生器, 可同时自由编程8条凸轮曲线。与传统机械式凸轮系统相比, 更易于实现复杂轮廓的曲线修改和工艺的快速更新, 并有效克服机械凸轮系统易磨损, 改造周期长, 成本高等缺点, 广泛应用在生产工艺复杂, 控制精度要求较高的生产线中。LENZE9300EK伺服控制器还具有如下特点:
1) 接口能力强, 其具有数字输入/输出, 模拟量输入/输出接口, CAN总线接口, 旋转变压器和增量编码器测速反馈接口等等;
2) 具有故障标号, 运行中检查的故障功能, 故障分类清楚, 故障提示信息多, 便于故障处理。主要保护有:过流、过压、过速、断电、反馈断线、堵转、电机过热、过载等等;
3) 强大的电子凸轮功能, 如凸轮曲线之间可在线切换, 且没有时滞, 内置寻零及纠偏等功能, 内置延展/压缩及x/y方向的偏置等等;
4) 可视的调试软件GDC, 利用内置的曲线编辑工具可方便的编辑各种曲线, 可在微机上调试编程诊断。而且本身具有软件保护设置, 以保证软件的安全性。
4 主从同步控制设计
伺服控制器间的主从同步控制采用CAN总线设计, CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议, 它是一种多主总线, 通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1MBPS。CAN总线属于工业现场总线的范畴与一般的通信总线相比, CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计, CAN总线越来越受到人们的重视。
本设计中两台伺服控制器的CAN总线的同步参数设置如表1。
伺服程序设计包括主机和从机的程序设计, 下面主要对CAN总线的接口程序进行说明。因为主机需要实时向从机传递转速和转矩信号, 所以将主机的CAN总线控制字CAN-OUT2.W3和CAN-OUT2.W2设置为从机的转速和转矩信号给定。从机采用的是转矩控制方式, 将MCTRL-N/M-SWT参数设置为1时, 从机选择转矩控制方式。MCTRL-N-SET作为速度限制上限端口与MCTRL-N2-LIM端口一起构成速度的上下限幅端口来使用。从机MCTRL-M-ADD是由主机的MCTRL-M-SET2通过CAN-IN2.W2给出。从机的速度限制值是由主机MCTRL-N-SET2通过CAN-IN2.W3给到从机, 然后取绝对值乘以一定的比例系数作为上下极限值给到MCTRL-N-SET和MCTRL-N2-LIM作为速度的上下限制, 防止电机由于转矩的突然变化而造成电机失控的现象发生, 本设计采用的限制的范围值为±110%。通过实际现场应用该程序可以很好的实现主从同步功能, 满足生产工艺要求。MCTRL功能块如图2所示。
5 结论
目前采用主从同步控制技术的旋转热飞锯已经应用在实际的冶金生产线中, 通过现场应用的情况来看, 该产品运行稳定, 可靠, 客户反馈较好。可见随着伺服产品的逐渐推广, 基于CAN总线的主从同步控制技术会越来越多的应用在大型的自动化生产线设备中。
参考文献
[1]伦茨传动.Lenze伺服在无缝化钢管生产线上的应用[J].伺服控制, 2009 (10) .
[2]LENZE.SHB9300CRV EN2.0, 2007.
[3]LENZE.EDSVS9332K-EXT EN1.0, 2007.
总线型伺服阀 篇4
关键词：串行伺服总线,设定方法,参数
1 总述
FSSB是FANUC数控系统的高速串行伺服总线, 是Fanuc Serial Servo Bus的简称, 是1台主控器 (CNC装置) 和多台从控器用光缆连接起来, 在CNC与伺服放大器间进行通信。主控器指CNC本体, 从控器是指伺服放大器 (主轴放大器除外, 主轴放大器是用光缆连接, 但不是FSSB总线) 及分离型位置检测器用的接口装置。FSSB在硬件上连接好后, 还需设定FSSB总线参数。
使用FSSB对进给轴控制时, 需要设定下列参数将FSSB上所连接的放大器分配给对应的机床坐标轴:No.1023、No.1905、No.1936、1937、No.14340-14349、No.14376-14391。
2 设定方法
(1) 自动设定
一是设定系统的总控制轴数。系统总控制轴数参数为8130, 进给轴有几轴在8130中相应设定为几, 如图1的配置设定为5。二是伺服参数初始化。按实际伺服电动机的连接形式、控制功能及电动机ID代码, 正确设定伺服参数, 执行系统伺服参数初始化操作。三是正确设定伺服轴名和伺服轴属性。1020是系统伺服轴名设定参数, 参考表1根据实际情况设定, 1022是伺服轴属性参数, 设定时参看表2。四是在自动设定之前将参数1902#0设置为“0”, 1902#0设定为0时指FSSB的设定方式为自动设定方式, 设定为1时是手动设定方式2;1902#1设定为0时自动设定未完成, 当自动设定成功实现时, 该位自动设定为1, 系统断电再重新上电, 进行轴设定的自动计算。五是利用FSSB设定页面, 输入轴和放大器的关系。首先是FSSB (AMP) 设定-建立驱动器与轴号之间的对应关系, 进入“参数设定支援”页面, 单击【操作】, 将光标移动至“FSSB (AMP-放大器) ”处, 单击【选择】, 出现参数设定页面如图2所示。
从图2可知, 如果FSSB总线及线上所连接的硬件正常, CNC自动识别驱动器号, 且自动按照从控装置号顺序分配给各轴。如果默认这些设置, 按以下步骤进行设定即可。如果需要改变这些默认设置, 则需在轴选项中改变轴号。在设定上完轴号后, 单击【操作】, 再单击【设定】。
其次是FSSB (轴) 设定-建立驱动器号同分离式检测器接口单元号及伺服功能之间的对应关系。进入“参数设定支援”页面, 单击【操作】, 将光标移动至“FSSB (AXIS-轴) ”处, 单击【选择】, 出现参数设定页面如图3所示。在设定上述分离式检测器接口项目后, 单击【操作】, 再单击【设定】。
六是CNC重启动。通过以上操作进行自动计算, 设定了参数No.1023;No.1905;No.1936、1937;No.14340-14349;No.14376-14391的值, 此外, 此时1902#1自动变为1, 表示上述参数的设定已经完成, 系统在进行电源的关机/开机操作时, 按照各参数进行了轴设定。
(2) 手动设定1
通过参数1023进行默认的轴设定, 此时不需要设定No.1905、No.1936、1937、No.14340-14349、No.14376-14391这些参数, 参数也不会自动设定, 但此种设定方法的设定有些功能无法使用。如分离型检测器接口不能使用, 高速电流回路和高速接口轴不能使用。
(3) 手动设定2
此种设定方法就是手动输入No.1023、No.1905、No.1936、1937;No.14340-14349、No.14376-14391的参数值, 在手动设置这些参数时, 需要清楚每一个参数的意义及如何设置, 才能正确的设置参数后激活FSSB的网络配置功能, 数控机床才能正常运行。
3 结束语
参数的正确设定是数控系统正常工作的前提条件, 数控系统可根据故障现象、原因选用参数进行工作的诊断与排除, 需熟悉数控系统参数。在进行FSSB总线配置时可根据数控机床配置选择设定方法, 若无分离式检测器接口装置, 可选择手动设定1, 在进行正常配置时可优先选择自动设定, 设定后若不能正常运行可选用手动设定2进行调试。
参考文献
[1]徐杰.论FANUC数控机床伺服设定与调整[J].工业技术, 2015 (4) .
[2]黄文广, 邵泽强, 韩亚兰.FANUC数控系统连接与调试[M].高等教育出版社, 2011 (5) .
总线型伺服阀 篇5
随着光电探测技术和新型武器装备的飞速发展, 靶场对光电测控设备提出了越来越高的要求, 大数据量数据存储与传输、多数据源的数据融合技术正逐步被应用于新型光电经纬仪的设计当中, 所以要求光电跟踪伺服系统具有快速稳定的跟踪能力和较强的数据处理能力。为此, 本文以DSP和FPGA为核心处理器, 采用PXI总线技术, 进行了嵌入式伺服控制系统的设计, 并给出了基于PXI总线的程序在线更新方法。
2、基于PXI总线的伺服控制器的硬件设计
本文设计的伺服控制系统是由高性能的TMS320F2812处理器和FPGA构成的先进的全数字化伺服控制处理平台。其硬件结构如框图如1所示。
2.1 DSP+FPGA控制模块的设计
核心控制器采用TMS320F2812, 它的CPU运行速率可以达到150MIPS, 数据总线为32位, 内部集成乘法累加器, 指令采用流水线处理, 使得处理数据的能力大大增强;同时在片内还集成了128KB×16位的Flash存储器和18KB×16位的SARAM存储器;另外具有主机接口引导模式、并行引导模式 (8bit/16bit) 、标准串口引导模式 (8bit/16bit) 等多种程序加载方式, 能够进行远程的程序更新。
FPGA用于辅助DSP对外围设备的逻辑控制, 采用Altera公司FLEX10K系列FPGA中的EPF10K30A, 具有12060个逻辑单元 (LE) 和173个I/O口, 可以内嵌4K的RAM。FPGA采用模块化的设计思想, 内部设计结构图如图2所示, 主要完成的功能有以下三个部分:
(1) 产生PWM调宽波信号;
(2) 实现DSP与串行通讯芯片、A/D芯片的接口逻辑;
(3) 内嵌双口RAM, 实现PXI总线接口芯片的本地仲裁。
串行通讯芯片采用ST16C654, 其具有64字节输入输出FIFO, 它由四个增强的16C650异步通信单元加驱动逻辑组成, 从而构成四个通道的串行通讯, 而且相互独立, 每个通道的最高通讯速率可以达到1Mbps。串行通讯芯片主要完成DSP与外部系统进行串行数据通讯。
单杆模拟数据采集接口采用AD7864芯片实现A/D转换功能, 并用FPGA实现对AD7864芯片的控制以及DSP的逻辑接口功能, AD7864主要特性有: (1) 4通道单端输入, 12位分辨率; (2) 输入模拟量电压范围±10V, ±5V可选; (3) 可达1.65μs转换速度。
A/D转换主要完成的功能是采集单杆方位和俯仰传感器的模拟电压输出量, 并转换为12位数字量送给DSP。
PXI接口芯片采用PLX公司的PCI9054, 其工作于从模式, 通过PXI总线与工控机数据交换。工控机接收到多个电视脱靶量后, 进行融合预处理, 并将预处理的结果通过PXI总线送给DSP控制卡进行位置和速度回路校正运算。
DSP伺服控制卡3D图如图3所示。
2.2 PXI总线接口设计
PXI总线是PCI总线的扩展, 符合PCI的总线的电气特性, 同时PXI总线增加了VXI的局部总线和触发总线等, 所以在设计PXI硬件接口电路时应该考虑PCI总线和PXI的局部总线以及触发总线接口设计原则。
2.2.1 PCI接口设计
在本文的设计PCI接口电路时, 采用专用PCI接口芯片9054来进行接口设计。在对PCI接口进行硬件设计时应注意以下几个问题: (1) 为了防止DSP伺服控制卡对PXI背板的影响, 在从PCI9054的信号线和PXI连接器之间, 应该连接10欧姆终端匹配电阻, 以满足PXI接口的电气性能要求; (2) PCI9054的本地端信号线必须进行上下拉处理; (3) 在设计电路时, 应将PCI9054的V (I/O) 与电源针脚+3.3V连接。
2.2.2 PXI的局部总线的设计
PXI系统中各个板卡之间的通信是通过触发总线和局部总线实现的, 设计时, 将触发总线和局部总线都引入到FPGA中, 在硬件连接时, 要在PXI的J2的接口处连接一个10欧姆的匹配电阻。这种设计方法充分利用了FPGA的可编程特性, 只需要改动相应的软件, 就可以满足不同功能的要求。
3、系统DSP软件的设计
在本伺服系统的设计方案中, DSP软件程序分为两种。分别是DSP的伺服控制软件和引导装载程序, DSP的伺服控制程序主要完成光电经纬仪的伺服跟踪, 是伺服控制系统需运行时真正执行的部分, 而引导装载程序的主要作用是当伺服控制卡需要更新程序时, 完成接收上位机传送新程序的代码并将此新程序的代码烧制到FLASH的功能。
3.1 DSP的伺服控制软件的设计
DSP控制卡的软件开发环境采用TI公司的CCS, C语言编程, DSP程序接收编码器数据、电视脱靶量及跟踪状态, 完成状态的切换、捕获算法和位置回路, 速度回路的计算。DSP控制卡软件流程如图4所示。
3.2 引导装载程序
本伺服控制系统的引导装载程序的过程是:上位机通过PXI总线将伺服控制程序的代码存到伺服控制板上TMS320F2812内部R A M中, 再通过内嵌到主程序的程序加载模块自动完成内部FLASH的程序代码的更新, 当伺服控制卡重新启动后, 更新后的用户程序便可在FLASH中自动运行, 这样就实现了伺服控制程序的装载。
烧写过程包括如下步骤: (1) 编写一个用于程序下载的、运行于上位机的程序代码传输程序, 与伺服控制卡进行数据通讯, 完成将程序代码传输到伺服控制卡的RAM中; (2) 编写伺服控制系统主程序, 主程序包含一个子程序, 用于响应用户下载命令, 把要运行的程序的二进制代码覆盖原有的代码, 并将程序编译, 利用仿真器将伺服控制系统主程序下载到伺服控制卡中, 此时的伺服控制卡具有了在线下载程序的功能; (3) 当要更新伺服控制卡程序时, 运行上位机程序, 上电启动伺服控制卡, 与上位机建立通讯, 完成代码的程序代码的传输和更新。 (4) 重新上电后, 更新的程序就可在FLASH中运行, 完成了程序的远程下载更新功能。
4、结语
基于PXI总线的伺服控制系统的硬件电路已经调试完成, 并在多台光电经纬仪的中得到应用, 满足了伺服控制系统与主控计算机的快速的、准确的交换数据的需求, 并实现了在线下载程序的功能, 提高了系统的可维修性。
参考文献
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[3]T1.TMS320F28x DSP Boot ROM Reference Guide.2002.05.
总线型伺服阀 篇6
根据西门子通讯系统的应用特点和应用领域的不同, 在进行交流伺服系统设计时, 需要考虑Profibus-DP现场总线的技术特点, 它提供了DP、PA和FMS三种兼容版本的通信协议, 每一种版本在功能上差不多。其中, Profibus-DP是应用最为广泛的Profibus现场总线通讯控制技术, Profibus-DP采用的是总线型的拓扑结构, 这样可以有效地对整个系统进行控制, 总线上最多可以有126个站点, 每个站点之间相互联系。
根据系统的架构, Profibus-DP系统设备可分为主站和从站两类, 信息的控制在主站可以获得总线访问控制权, 通过对主站能够实现对从站信息的控制, 能够通过控制总线进行报文传输。从图1中可以看出, 主站又可分为1类主站、2类主站和3类主站等系列的相关主站, 通过控制总线完成系统的配置与故障诊断, 从站在收到信息后, 实现信息数据的传输。在数据传输的过程中, 采用令牌传输方式对数据进行传输。
二、基于Profibus-DP交流伺服驱动器控制系统设计
在对通信系统进行设计的过程中, 采用Profibus-DP协议设计交流伺服驱动器的控制系统, 需要采用Profibus现场数据控制的方式, 实现系统通讯的功能, 为了将现场总线通信接口集成到伺服驱动器中, 需要对原有的需要Profibus-DP原有的控制接口系统进行重新进行设计, 在设计的过程中, 控制系统主要是由控制电路, 通讯功率驱动电路以及Profibus-DP现场总线接口电路组成。
在系统设计中, 控制系统主要有伺服控制芯片TMS320F2812和电机控制系统IRMCK201等相关的芯片与相关的外围接口电路构成, 结合相应的编码器与硬件实现了对电流环、速度环控制算法等相关功能, 能够有效地简化了交流伺服电路的外围电路, 系统通过IPM与V相和W相绕组电流实现伺服控制系统的位置控制的功能, 并通过定向控制算法和速度控制算法, 产生SVPWM信号动智能的功能模块IPM, 实现对电机M的控制功能。
三、PROFBUS-DP接口设计
1. PROFBUS-DP接口的硬件设计。
硬件接口的设计需要根据各个芯片的特点与具体的需要进行设计, 交流伺服驱动器在PROFBUS-DP现场总线中作为从站设备, 需要能够及时地对控制系统发出的控制信息做出反应, 系统的设计主要采用PROFBUS-DP的从站芯片ASIC控制芯片VPC3+C来设计PROFBUS-DP的伺服系统的硬件接口电路, 在系统中VPC3+C芯片集成了PROFBUS-DP的大部分功能与协议, 能够自动识别9.6kbit/s到12Mbit/s的数字传输速率, 同时它还具有3V到5V的供电电源, 而且PROFBUS-DP系统的VPC3+C芯片具有5V的输入电压容量, 可以在DSP伺服系统中得到广泛的应用。
同时, VPC3+C芯片具有8位微处理器总线接口, 在具体工作的过程中, 将VPC3+C的工作模式设置为异步INTEL工作模式, 这样就能够方便地与伺服系统的外部接口相连, 就可以通过对VPC3+C的操作, 实现对外部RAM的控制与管理。由于VPC3+C芯片的功能简便, 能够实现PROFBUS-DP内部接口的数据连通, 而且不需要任何独立的分立元件, 电路的设计比较简单。
2. P R O F B U S-D P接口的软件设计。
软件设计时保证PROFBUS-DP系统正常工作的重要保证, 是对电路系统进行控制的重要方式, 它通过算法设计来实现对系统的全面控制。软件设计是PROFBUS-DP交流伺服驱动器现场总线接口设计的重点内容之一。它的功能是保证系统的信息从主站到从站的相关功能中实现控制的过程, VPC3+C芯片集成了PROFBUS-DP的主要功能和通讯协议, 完整的实现了信息从主站到从站的信息控制和管理的功能:
从站在上电复位后可以接收2类主站的设置从站地址报文, 通过一系列的软件处理的功能, 可以改变从站地址、然后从站进入Wait_Prm状态, 系统对相关的信息进行分析整理, 在经过整形之后, 从站可以接收参数设置报文、如果参数设置正确, 这样, 从站就可以进入到接受数据的状态, 即Wait_Cfg状态, 这时, 如果主站发送信息, 从站就可以有效的接受信息, 当参数发生改变时, 从站进入Data Exch数据交换状态, 这样通过数据周期性的变化, 就能够有效的实现系统数据的优先性变化, 进而能够完成伺服系统的通讯过程。
参考文献
[1]侯维岩, 费敏锐.PROFIBUS协议分析和系统应用「M].北京:清华人学出版社, 2006.