工業(yè)現(xiàn)場計算機(jī)應(yīng)用

1、第第3章章 單片機(jī)在工業(yè)現(xiàn)場中的應(yīng)用單片機(jī)在工業(yè)現(xiàn)場中的應(yīng)用n變頻器：變頻器：用計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)交流變頻調(diào)速的專用裝置用計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)交流變頻調(diào)速的專用裝置n運動控控制器：運動控控制器：插入計算機(jī)與計算機(jī)構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)多插入計算機(jī)與計算機(jī)構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)多軸運動控制的板卡軸運動控制的板卡n交流伺服控制器：交流伺服控制器：實現(xiàn)交流伺服電動機(jī)位置和速度控制的專實現(xiàn)交流伺服電動機(jī)位置和速度控制的專用裝置用裝置 1.基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)中央中央處理器處理器CPUPWM生生成成A/D故障故障保護(hù)保護(hù)I/O電位器電位器速度給定速度給定數(shù)字量速數(shù)字量速度給定和度給定和運行控制運行控制M

2、驅(qū)動電路驅(qū)動電路交流輸入交流輸入（單相或三相）（單相或三相）I/O顯示顯示鍵盤鍵盤接口接口通訊通訊上位上位計計算算機(jī)機(jī)功能：功能： 1）接受操作命令，使被控制的交流三相電動機(jī)按用戶設(shè)定的速度運行或）接受操作命令，使被控制的交流三相電動機(jī)按用戶設(shè)定的速度運行或停止；停止； 2）對電動機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)）對電動機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)速度控制一、數(shù)字式交流變頻器一、數(shù)字式交流變頻器 2、脈沖寬度調(diào)制（、脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制）控制 單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)中央中央處理器處理器CPUPWM生生成成A/D故障故障保護(hù)保護(hù)I/O電位器電位器速度給定速度給定數(shù)字量速數(shù)字量速度給定和度給定和運行控制運行控制M驅(qū)動電路驅(qū)動

3、電路交流輸入交流輸入（單相或三相）（單相或三相）I/O顯示顯示鍵盤鍵盤輸入輸入接口接口通訊通訊上位上位計計算算機(jī)機(jī)PWM控制控制控制目的：控制目的： 給交流電動機(jī)上提供頻率和幅值成比例變化的交流電。給交流電動機(jī)上提供頻率和幅值成比例變化的交流電。單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)中央中央處理器處理器CPUPWM生生成成A/D故障故障保護(hù)保護(hù)I/O電位器電位器速度給定速度給定數(shù)字量速數(shù)字量速度給定和度給定和運行控制運行控制M驅(qū)動電路驅(qū)動電路交流輸入交流輸入（單相或三相）（單相或三相）I/O顯示顯示鍵盤鍵盤輸入輸入接口接口通訊通訊上位上位計計算算機(jī)機(jī)整流電路：將交流電變?yōu)橹绷麟娔孀冸娐罚簩⒅绷麟娮優(yōu)轭l率和幅值均

4、可調(diào)的交流電逆變：逆變：如果使如果使VS1與與VS4，VS2與與VS3交替的的導(dǎo)通和關(guān)斷，且導(dǎo)通和關(guān)斷交替的的導(dǎo)通和關(guān)斷，且導(dǎo)通和關(guān)斷的時間相同。負(fù)載上得到交流電壓。的時間相同。負(fù)載上得到交流電壓。整流電整流電路提供路提供PWM控制：控制：如果使如果使VS1與與VS4，VS2與與VS3通過高頻調(diào)制控制，能在半個周通過高頻調(diào)制控制，能在半個周期內(nèi)重復(fù)導(dǎo)通和關(guān)斷期內(nèi)重復(fù)導(dǎo)通和關(guān)斷N次，則其輸出電壓波形為一系列被調(diào)制的矩形脈沖次，則其輸出電壓波形為一系列被調(diào)制的矩形脈沖（稱（稱載波載波）。）。 逆變器輸出電壓的幅值是通過改變脈沖逆變器輸出電壓的幅值是通過改變脈沖總的導(dǎo)通時間與總的關(guān)斷時間的比總的導(dǎo)通

5、時間與總的關(guān)斷時間的比率率來控制的，這有兩種基本的方法：來控制的，這有兩種基本的方法： 第一種方法是維持恒定的脈沖寬第一種方法是維持恒定的脈沖寬度而改變每一半周期內(nèi)的脈沖數(shù)。度而改變每一半周期內(nèi)的脈沖數(shù)。 第二種方法是改變脈寬，而維第二種方法是改變脈寬，而維持每一半周期內(nèi)的脈沖數(shù)不變。持每一半周期內(nèi)的脈沖數(shù)不變。3 、運行控制方式運行控制方式 運行控制包括起動、停止以及正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制兩個方面。運行控制包括起動、停止以及正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制兩個方面。面板控制面板控制 運行控制方式由用戶自己確定，通過設(shè)定變頻器提供的運運行控制方式由用戶自己確定，通過設(shè)定變頻器提供的運行方式專用參數(shù)來實現(xiàn)。行方式專用參數(shù)

6、來實現(xiàn)。中央中央處理器處理器CPUPWM生生成成A/D故障故障保護(hù)保護(hù)I/O電位器電位器速度給定速度給定數(shù)字量速數(shù)字量速度給定和度給定和運行控制運行控制I/O顯示顯示鍵盤鍵盤輸入輸入接口接口通訊通訊上位上位計計算算機(jī)機(jī)外部輸入外部輸入信號控制信號控制4、運行速度設(shè)定方式、運行速度設(shè)定方式 運行速度確定電動機(jī)的運行速度。運行速度確定電動機(jī)的運行速度。 運行速度設(shè)定方式由用戶自己確定，通過設(shè)定變頻器提供運行速度設(shè)定方式由用戶自己確定，通過設(shè)定變頻器提供的運行速度專用參數(shù)來實現(xiàn)。的運行速度專用參數(shù)來實現(xiàn)。面板鍵面板鍵盤設(shè)定盤設(shè)定中央中央處理器處理器CPUPWM生生成成A/D故障故障保護(hù)保護(hù)I/O電位

7、器電位器速度給定速度給定數(shù)字量速數(shù)字量速度給定和度給定和運行控制運行控制I/O顯示顯示鍵盤鍵盤輸入輸入接口接口通訊通訊上位上位計計算算機(jī)機(jī)外部數(shù)字外部數(shù)字信號設(shè)定信號設(shè)定外部電位外部電位器設(shè)定器設(shè)定面板電位面板電位器設(shè)定器設(shè)定5、應(yīng)用、應(yīng)用松下小型變頻器外部接線圖1）操作面板 參數(shù)設(shè)定 運行速度設(shè)定 運行控制 運行參數(shù)顯示MODERUNSETSTOP50.050.0HzMINMAX電源輸入電壓輸出外部速度設(shè)定與控制輸入自帶操作面板2）變頻器供電與電動機(jī)的連接空氣斷路器：電源總開關(guān)以及過載、短路保護(hù)接觸器：電源接通或斷開控制三相交流電動機(jī)：被控制的對象？單相交流電供電，三相交流電輸出3）外部電位

8、器速度設(shè)定外部接線調(diào)節(jié)電位器的位置可改變設(shè)定速度的大小參數(shù)設(shè)定在這款變頻器中，有一個參數(shù)（參數(shù)號為P09）專門用來設(shè)定速度輸入方式。參數(shù)號為P09設(shè)定數(shù)據(jù)控制方式設(shè)定內(nèi)容操作方式0面板電位器設(shè)定頻率設(shè)定電位器1數(shù)字設(shè)定鍵設(shè)定2外控電位器端子1、2、3連接的電位器305V電壓端子2、3間的電壓信號4010V電壓端子2、3間的電壓信號5420mA電流端子2、3間的電流信號參數(shù)設(shè)定在這款變頻器中，有一個參數(shù)（參數(shù)號為P08）專門用來設(shè)定運行控制方式。4）外部控制方式外部接線兩個信號控制電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)和運行、停止參數(shù)號為P08設(shè)定數(shù)據(jù)控制方式操作面板復(fù)位功能操作方式0面板有運行：RUN 停止：STOP

9、正、反轉(zhuǎn)用dr模式設(shè)定1正轉(zhuǎn)：RUN 反轉(zhuǎn)：RUN停止：STOP2外控?zé)o5與3端：ON運行 OFF停止6與3端：ON正轉(zhuǎn) OFF反轉(zhuǎn)4有3外控?zé)o5與3端：ON正轉(zhuǎn)運行6與3端：ON反轉(zhuǎn)運行5有5）總體連線與控制P08參數(shù)：3P09參數(shù)：2外部接線參數(shù)設(shè)定PLC控制程序變頻器通電控制 按下“啟動”，通電并保持； 按下“復(fù)位”，斷電并保持正轉(zhuǎn)控制 按下“正向”，正轉(zhuǎn)運行，直到按“反向”或“復(fù)位”才停止正轉(zhuǎn)運行。 反轉(zhuǎn)控制 按下“反向”，反轉(zhuǎn)運行，直到按“正向”或“復(fù)位”才停止正轉(zhuǎn)運行。 M交流輸入交流輸入（單相或三相）（單相或三相）中央中央處理器處理器CPUPWM位置反饋位置反饋驅(qū)動電路驅(qū)動電路強

10、電強電電路電路高速高速I/O位置位置速度速度單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)高速高速I/O故障故障保護(hù)保護(hù)I/O運行控制運行控制I/O顯示顯示鍵盤鍵盤輸入輸入接口接口通訊通訊上位上位計計算算機(jī)機(jī) 二、數(shù)字式交流伺服驅(qū)動器二、數(shù)字式交流伺服驅(qū)動器 1.基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 功能：功能： 1）接受操作命令，使被控制的交流伺服電動機(jī)按位置速度輸入端輸入的）接受操作命令，使被控制的交流伺服電動機(jī)按位置速度輸入端輸入的速度和角度速度和角度； 2）對電動機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)）對電動機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)M交流輸入交流輸入（單相或三相）（單相或三相）中央中央處理器處理器CPUPWM位置反饋位置反饋驅(qū)動電路驅(qū)動電路強電強電電路電路高速高速

11、I/O位置位置速度速度單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)高速高速I/O故障故障保護(hù)保護(hù)I/O運行控制運行控制I/O顯示顯示鍵盤鍵盤輸入輸入接口接口通訊通訊上位上位計計算算機(jī)機(jī) 2.PWM控制和強電電路控制和強電電路 根據(jù)速度設(shè)定值根據(jù)速度設(shè)定值使強電電路輸出使強電電路輸出不同的電壓，從不同的電壓，從而使電動機(jī)以不而使電動機(jī)以不同的速度運行同的速度運行M交流輸入交流輸入（單相或三相）（單相或三相）中央中央處理器處理器CPUPWM位置反饋位置反饋驅(qū)動電路驅(qū)動電路強電強電電路電路高速高速I/O位置位置速度速度單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)高速高速I/O故障故障保護(hù)保護(hù)I/O運行控制運行控制I/O顯示顯示鍵盤鍵盤輸入輸入接口

12、接口通訊通訊上位上位計計算算機(jī)機(jī) 3.位置反饋位置反饋 檢測電動機(jī)檢測電動機(jī)轉(zhuǎn)過的角度，轉(zhuǎn)過的角度，反饋給系統(tǒng)。反饋給系統(tǒng)。反饋檢測元件：一般為旋轉(zhuǎn)編碼器，與電動機(jī)同軸運轉(zhuǎn)。反饋信號的單位為反饋檢測元件：一般為旋轉(zhuǎn)編碼器，與電動機(jī)同軸運轉(zhuǎn)。反饋信號的單位為p/r系統(tǒng)把位置給定值與位置反饋值進(jìn)行比較，實現(xiàn)位置的準(zhǔn)確控制。系統(tǒng)把位置給定值與位置反饋值進(jìn)行比較，實現(xiàn)位置的準(zhǔn)確控制。M交流輸入交流輸入（單相或三相）（單相或三相）中央中央處理器處理器CPUPWM位置反饋位置反饋驅(qū)動電路驅(qū)動電路強電強電電路電路高速高速I/O位置位置速度速度單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)高速高速I/O故障故障保護(hù)保護(hù)I/O運行控制運

13、行控制I/O顯示顯示鍵盤鍵盤輸入輸入接口接口通訊通訊上位上位計計算算機(jī)機(jī) 4.位置速度控制位置速度控制 給定電動機(jī)的運行速度，控制電動給定電動機(jī)的運行速度，控制電動機(jī)的運行角度，即控制電動機(jī)以給機(jī)的運行角度，即控制電動機(jī)以給定的速度運行給定的角度。定的速度運行給定的角度。在數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)系統(tǒng)中，外部給定的在數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)系統(tǒng)中，外部給定的信號為脈沖信號信號為脈沖信號脈沖頻率脈沖頻率電動機(jī)運行速度電動機(jī)運行速度脈沖個數(shù)脈沖個數(shù)電動機(jī)運行角度電動機(jī)運行角度同時要控制電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)同時要控制電動機(jī)的正反轉(zhuǎn) 單片機(jī)系統(tǒng)軟件：單片機(jī)系統(tǒng)軟件： 1.根據(jù)輸入頻率的周期控制強電電路的輸出電壓，從而控

14、制電動機(jī)的運根據(jù)輸入頻率的周期控制強電電路的輸出電壓，從而控制電動機(jī)的運行速度；行速度； 2.總是把反饋的脈沖個數(shù)與輸入的脈沖個數(shù)進(jìn)行比較，從而控制準(zhǔn)確定總是把反饋的脈沖個數(shù)與輸入的脈沖個數(shù)進(jìn)行比較，從而控制準(zhǔn)確定位。位。 3.根據(jù)脈沖的形式控制正反轉(zhuǎn)根據(jù)脈沖的形式控制正反轉(zhuǎn) 脈沖輸入接口形式脈沖輸入接口形式 輸入為兩個信號，通過這兩個信號控制電動機(jī)運行速度、旋轉(zhuǎn)方向以輸入為兩個信號，通過這兩個信號控制電動機(jī)運行速度、旋轉(zhuǎn)方向以及旋轉(zhuǎn)角度。及旋轉(zhuǎn)角度。PULSH1PULSH2SIGNH1SIGNH2PULSSIGN傳到單片機(jī)的脈沖信號傳到單片機(jī)的脈沖信號外部提供的外部提供的脈沖信號脈沖信號 在

15、交流伺服系統(tǒng)中，每轉(zhuǎn)反饋的脈沖數(shù)是固定的，但電動機(jī)轉(zhuǎn)一圈所需在交流伺服系統(tǒng)中，每轉(zhuǎn)反饋的脈沖數(shù)是固定的，但電動機(jī)轉(zhuǎn)一圈所需要輸入的脈沖個數(shù)是可以設(shè)定的（專用設(shè)定參數(shù)）。要輸入的脈沖個數(shù)是可以設(shè)定的（專用設(shè)定參數(shù)）。 軟件根據(jù)專用設(shè)定的參數(shù)自動計算應(yīng)該反饋的脈沖個數(shù)控制定位。軟件根據(jù)專用設(shè)定的參數(shù)自動計算應(yīng)該反饋的脈沖個數(shù)控制定位。 如：編碼器為如：編碼器為2500p/r ，電動機(jī)轉(zhuǎn)一圈需，電動機(jī)轉(zhuǎn)一圈需10000p。在實際的控制中，。在實際的控制中，軟件自動將反饋脈沖乘軟件自動將反饋脈沖乘4在與給定脈沖比較。在與給定脈沖比較。輸入脈沖有兩種形式：輸入脈沖有兩種形式：雙脈沖雙脈沖和和脈沖脈沖+方

16、向方向雙脈沖雙脈沖：PULSSIGN正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) PULS端輸入脈沖正轉(zhuǎn)，端輸入脈沖正轉(zhuǎn)， SIGN輸入脈沖反轉(zhuǎn)輸入脈沖反轉(zhuǎn)，兩端不能同時發(fā)脈沖兩端不能同時發(fā)脈沖 兩端同時沒有脈沖輸入停止運行兩端同時沒有脈沖輸入停止運行脈沖脈沖+方向方向：PULSSIGN正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) PULS端輸入脈沖運行，端輸入脈沖運行， SIGN確定正反轉(zhuǎn)；確定正反轉(zhuǎn)； PULS端輸入脈沖沒有脈沖輸入停止運行端輸入脈沖沒有脈沖輸入停止運行設(shè)定專用設(shè)定專用參數(shù)確定參數(shù)確定脈沖形式脈沖形式M交流輸入交流輸入（單相或三相）（單相或三相）中央中央處理器處理器CPUPWM位置反饋位置反饋驅(qū)動電路驅(qū)動電路強電強電電路電路高速高速I/O位置位置速度速度單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)高速高速I/O故障故障保護(hù)保護(hù)I/O運行控制運行控制I/O顯示顯示鍵盤鍵盤輸入輸入接口接口通訊通訊上位上位計計算算機(jī)機(jī) 5.運行控制運行控制 伺服系統(tǒng)工作所伺服系統(tǒng)工作所需要的控制信號。需