基于以太網(wǎng)的電機控制與診斷的研究

摘要：隨著(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統在工業(yè)領(lǐng)域得到初步的應用，針對工業(yè)的需求，結合實(shí)際，精選優(yōu)化各種方法，提出了1種基于以太網(wǎng)的電機控制與診斷方案，闡述了具體的實(shí)現過(guò)程。基于以太網(wǎng)的電機控制與診斷系統采用C8051F020單片機作為系統的核心控制器件，通過(guò)RTL8019AS網(wǎng)卡與Internet在物理上連接起來(lái)，并在C8051F020單片機嵌入了精簡(jiǎn)優(yōu)化后的TCP/IP協(xié)議，通過(guò)單片機本身產(chǎn)生SPWM脈沖，控制變頻器，實(shí)現對電機的調速控制，通過(guò)參數的采集，可以有效的對電機故障進(jìn)行在線(xiàn)診斷。

　　引言

　　基于以太網(wǎng)的單片機設備的控制與診斷結合先進(jìn)的WEB技術(shù)與嵌入式技術(shù)，實(shí)現了PC與設備的直接跨平臺的信息交互，這樣PC就可以共享設備運行的信息，有效的實(shí)現對設備的控制與診斷。

　　1 基于以太網(wǎng)的電機控制與診斷的結構設計

　　基于以太網(wǎng)的單片機設備控制與診斷是以工業(yè)現場(chǎng)的三相電機為研究對象，其中包括對電機運行轉速的測量與控制，對電樞電流的采集，采集電機電勢參數，其他模相關(guān)擬量的采集。本設計的結構主體就是WEB技術(shù)與單片機和客戶(hù)機的有機結合，建立電機設備的診斷與控制模型，其模型如圖1所示。模型主要由客戶(hù)機，網(wǎng)絡(luò )和過(guò)程控制底層，即單片機嵌入式系統組成，這里采用TCP/IP協(xié)議作為嵌入式系統的通信協(xié)議，嵌入式系統的WEB服務(wù)器與客戶(hù)機的WEB服務(wù)器進(jìn)行信息交互，上傳電機運行的參數，這樣客戶(hù)或是廠(chǎng)家均可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現對電機的控制與在線(xiàn)診斷。

　　2 系統硬件電路的實(shí)現

　　基于以太網(wǎng)的電機控制與診斷系統以C8051F020單片機作為嵌入式系統的CPU,內嵌TCP/IP協(xié)議，以RTL8019AS作為網(wǎng)絡(luò )通信芯片，通過(guò)控制采樣開(kāi)關(guān)采集電機參數和控制電機的轉速，并通過(guò)RTL8019AS網(wǎng)卡將采集到的溫度數據、轉速數據、電流數據、振動(dòng)數據、磁場(chǎng)數據上傳到服務(wù)器，客戶(hù)機通過(guò)服務(wù)器之間的交互，實(shí)現數據的共享，客戶(hù)根據具體的需求，利用單片機本身產(chǎn)生SPWM,在變頻器模擬量輸入端輸入0~10V或4~20mA信號，通過(guò)改變輸入模擬量的大小控制變頻器的輸出頻率調解變頻器，控制電機轉速，同時(shí)根據電機參數的數值，監控電機的運行和診斷電機的故障，其硬件電路框圖如圖2所示。

　　3 以太網(wǎng)幀格式

　　以太網(wǎng)協(xié)議有兩種，一種是IEEE802.2/IEEE802.3;另一種是以太網(wǎng)的封裝格式?，F代的操作系統均能同時(shí)支持這2種類(lèi)型的協(xié)議格式，因此對我們來(lái)說(shuō)只需要了解其中的一種就夠了，特別是對單片機來(lái)說(shuō)，不可能支持太多的協(xié)議格式。本系統采用IEEE802.3以太網(wǎng)協(xié)議，表1給出了以太網(wǎng)幀格式的封裝形式。

　　表1以太網(wǎng)幀格式的封裝形式

　　PR:同步位。

　　SD:分隔位。

　　DA:目的地址，以太網(wǎng)的地址為48位(6個(gè)字節)二進(jìn)制地址，表明該幀傳輸給哪個(gè)網(wǎng)卡。