多电机高精度同步控制系统的研制

作者：空军雷达学院 刘建涛 王钦泽 张尊泉

欢迎访问e展厅 展厅 1 电动机展厅 三相异步电动机, 单相电机, 马达, 伺服电机, 直流电机, ... 摘要：采用单片机和大规模可编程逻辑器件，通过RS 485接口对各变 频器进行控制的方法，控制各路电机的转速，从而达到各路电机同步运动的目的。 关键词：单片机；大规模可编程逻辑器件；RS 485；同步转动 1 引言 在工业领域中，利用变频器对电机进行控制是常用的方法之一，应用极为广泛。但由于变 频器和电机的个体性能差异，在使用中难以保证各电机高精度同步运转。这些缺点是一些对 电机同步转动精度要求较高的系统所不允许的。如在凹印系统中，若各电机间的相位误差较 大，则会出现印制图案偏离正常位置的现象。 本系统采用单片机技术，通过RS 485串行接口实现与多路变频器进行数据通信的方法，实 现对各电机的高精度同步控制，此方案结构简单，在降低系统成本的同时提高了系统的稳定 性。 在系统运行中，单片机通过不断读取同一时刻的各电机的转角，并进行转角比较，根据比 较的结果对相应路的变频器输出频率进行调整(改变该路电机的转速)，使各电机工作同步。 2 系统硬件组成 控制系统由电机转角采集、转角比较、输出控制及手动调节4部分组成，其系统硬件结构 组成如图1所示。 电机转角采集部分由旋转编码器、光电隔离器、计数器、三态锁存和译码单元组成，旋转 编码器送出的角度脉冲经光电隔离器隔离后，送到计数器进行脉冲计数，由单片机送出锁存 信号对各路计数结果同时进行锁存，再由译码单元决定把哪一路锁存器内容输出到总线上 。单片机根据其送出到译码单元的地址可以控制各锁存器把其锁存的值(某一时刻电机的 转角)输出到总线上；其中计数器、译码单元及锁存输出由1片CPLD实现。转角比较及输出 控制部分由单片机实现，单片机对电机转角采集部分送来的转角进行比较，并根据比较结果 改变相应路变频器的输出电压频率，改变后的数据按变频器通信协议格式从单片机的TxD口 输出，经接口转换电路转换为RS 485信号后，送到变频器进行电机的转速调节；手动调节部 分是根据实际需要通过手动调节的方法实现对某路电机转角超前或滞后的控制。 3 单片机软件组成 单片机控制的软件由初始化、开机、手动调整、自动调整、报警和关机等部分组成，程序流 程如图2所示。 初始化部分实现计数器清零、清关机标志及相关寄存器复位操作。开机部 分首先判断有无 关机标志，若有关机标志则使所有电机降速，并转至自动调整部分，否则判断第一路(系统 以第一路为基准)电机是否达到即定转速。若未达到即定转速，则使所有电机升速。手动调 整包含关机和调整2个部分，当程序判定为关机操作时，则关机标志置位，否则对相应路电 机的转动速度进行相应调节。当系统处于自动调整时，单片机首先送出锁存信号，同时对各 计数器的计数值进行锁存，然后通过给译码单元送不同的地址信号把各锁存器的内容依次读 出，并与基准路的值相比较，根据比较的结果是超前、滞后或同相进行相应的处理。报警部 分实现对各路电机与基准路电机的转角差值进行监视，若超过规定的上限值则报警，并 自动停止整个系统的运行。 4 通信数据格式 系统采用单片机并通过RS 485接口实现对变频器间的数据控制，其控制方法是通过 对变频 器进行频率写入实现对电机的转速控制。下面以Danfoss公司的VLT2800变频器为例，其频率 写入的格式如下： 其中起始数据、数据长、变频器站号、总校验和各占1 B，指令代码与频率数据各占2 B。每 个字节传送时传送格式如下(共11 b)： 5 结语 文章描述的多路电机同步转动控制系统已调试成功，经试用，系统具有以下特点： (1)系统结构简单，系统的核心部分由1片单片机和1片EPM7128及少量的其他元器件实现 ，大大缩小了PCB板的面积，提高系统的整体性能，系统运行可靠。 (2)系统采用数字通信技术，控制精度高，其对变频器调整的精度可达到0.005 Hz的精 度。系统运行时，各电机与基准电机的相位误差不超过1个脉冲(旋转编码器为每周1 024个 脉冲)，并可识别电机的转向。 (3)控制方式灵活，通过一个RS 485接口可实现同时对多达31台变频器进行控制。 同时若改变某电机的转动频率及转角比较方法，可实现某电机转速与基准电机的转速成一定 的比例。 参考文献 ［1］孙涵芳，徐爱卿.MCS 51/96系列单片机原理及应用［M］.北京 ：北京航空航天大学出版社，1996. ［2］侯伯亨，顾新.VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计［M］.第2版 .西安：西安电子科技大学出版社，1999. ［3］Danfoss公司.VLT2800变频器技术说明书. ［4］邬宽明.单片机外围器件实用手册数据传输接口器件分册［M ］.北京：北京航空航天大学出版社，1998.(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (1/5/2006)