專利名稱：感應(yīng)電機(jī)的網(wǎng)絡(luò)控制方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制感應(yīng)電機(jī)的控制領(lǐng)域，特別是指是一種感應(yīng)電機(jī)的網(wǎng)絡(luò) 控制方法及其裝置。具體地說，是基于以太網(wǎng)的感應(yīng)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控方法和裝 置，電機(jī)的控制指令和運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)通過以太網(wǎng)在前端控制器和上位機(jī)之間 交互傳輸，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的在線實(shí)時監(jiān)測。
背景技術(shù)：
感應(yīng)電機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，工作可靠，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)而被廣 泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)，是一種重要的動力設(shè)備。
目前，現(xiàn)有的現(xiàn)代電機(jī)控制自動化程度日益提高，系統(tǒng)維護(hù)人員越來越 少，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)集中監(jiān)控及自動故障診斷系統(tǒng)已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要 組成部分，值班人員通過監(jiān)控系統(tǒng)可以方便快捷地了解現(xiàn)場設(shè)備的在線運(yùn)行 狀況，在發(fā)生故障時立即采取相應(yīng)措施進(jìn)行故障處理。相對于以往的控制方 式，工業(yè)通訊在現(xiàn)代感應(yīng)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的地位表現(xiàn)得日益突出，尤其對于 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號相對控制室距離較遠(yuǎn)且地理位置分散或環(huán)境惡劣的場合。 傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中主要采用以下兩種通訊方式 一是基于工業(yè)控制接口 (如 串口、并口、 PCI及USB)，但這種方式只能在近距離實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；二是 基于現(xiàn)場總線，但現(xiàn)場總線只能傳輸少量數(shù)據(jù)，且傳輸距離有限，難以滿足
需要大容量遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用場合。
以太網(wǎng)(Ethernet)是在1975年由美國Xerox公司的ALTO研究中心和
Stanford大學(xué)合作研制的，并以歷史上用于表示傳播電磁波的物質(zhì)以太 (Ether)來命名。隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)技術(shù)逐漸走向成熟， 目前，大部分局域網(wǎng)都采用以太網(wǎng)技術(shù)，以太網(wǎng)在工業(yè)自動化和過程控制領(lǐng)域也得到了越來越多的應(yīng)用?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)向網(wǎng)絡(luò)化、開放性方向發(fā)展將是 控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的主要潮流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免傳統(tǒng)工業(yè)通訊技術(shù)的不足之處而提供一種電機(jī)
網(wǎng)絡(luò)控制的方法和裝置，它采用基于TCPIP協(xié)議的以太網(wǎng)通訊方式，以滿足 工業(yè)現(xiàn)場對遠(yuǎn)程控制和大容量數(shù)據(jù)傳輸日益迫切的要求。該網(wǎng)絡(luò)控制方法能 夠很好的實(shí)現(xiàn)大容量監(jiān)控數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸，在滿足可靠性和實(shí)時性的同 時，實(shí)現(xiàn)設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)，控制層網(wǎng)絡(luò)和管理層網(wǎng)絡(luò)的開放式互聯(lián)，保證數(shù)據(jù)的 透明傳輸。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于以太網(wǎng)通信的感應(yīng)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制
方法，所述感應(yīng)電機(jī)的網(wǎng)絡(luò)控制方法，其特征在于其中上位機(jī)與前端控制 器通過以太網(wǎng)進(jìn)行通信，上位機(jī)通過以太網(wǎng)向前端控制器發(fā)出控制感應(yīng)電機(jī) 轉(zhuǎn)速的指令，前端控制器收到指令后根據(jù)指令產(chǎn)生調(diào)制信號控制變頻器，由 變頻器驅(qū)動電動機(jī)運(yùn)行，傳感器組檢測電動機(jī)的狀態(tài)參數(shù)傳輸?shù)角岸丝刂?器，經(jīng)前端控制器處理后發(fā)送到上位機(jī)顯示，上位機(jī)與前端控制器采用基于
TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)進(jìn)行通訊方法，包括通訊雙方建立TCP連接、實(shí)現(xiàn)數(shù)
據(jù)通訊、通訊雙方釋放TCP連接，具體實(shí)施方式
如下 雙方建立TCP連接
步驟h上位機(jī)的TCP向前端控制器的TCP發(fā)出連接請求報文段，其 首部的同步比特SYN應(yīng)置1 ，序號為0 ;
步驟2:上位機(jī)TCP收到連接請求報文段后，如同意，則發(fā)回確認(rèn)，確 認(rèn)號為l，自身序號為x;
步驟3:上位機(jī)收到確認(rèn)后，向前端控制器發(fā)出確認(rèn)，序號為l，確認(rèn) 號為x+l。
上位機(jī)與前端控制器間數(shù)據(jù)通訊
步驟1:上位機(jī)首先向前端控制器發(fā)送ARP詢問幀査詢前端控制器的 MAC地址，完成前端控制器IP地址和硬件地址的映射；步驟2:前端控制器查詢相應(yīng)寄存器的位判斷是否有幀需要接收，如果 有，則對協(xié)議類型進(jìn)行判斷，錯誤的協(xié)議類型的幀被丟棄；
步驟3:如果是ARP幀，則轉(zhuǎn)入步驟l;如果是IP數(shù)據(jù)報，判斷IP類
型字段為ICMP還是TCP，如果是ICMP報文，則需要判斷為何種報文類型， 然后決定是否發(fā)送ICMP應(yīng)答，如果是TCP報文，則可以直接讀取，并對 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
改變電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)
步驟l:判斷收到的TCP報文第21字節(jié)是否為有效的控制指令，若無 效，丟棄該數(shù)據(jù)，若有效，將該數(shù)據(jù)賦值給DSP事件管理器的周期寄存器； 步驟2: DSP根據(jù)收到的控制指令重新計(jì)算，并配置比較寄存器； 步驟3:由硬件完成調(diào)制信號的分配，改變電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。 通訊雙方釋放連接
步驟l:上位機(jī)應(yīng)用進(jìn)程向其TCP發(fā)出釋放請求，并不再發(fā)送數(shù)據(jù)； 步驟2: TCP通知前端控制器釋放連接，將發(fā)往前端控制器的TCP報文 段首部的終止比特FIN置1;
步驟3:前端控制器的TCP收到釋放連接通知后即發(fā)出確認(rèn)，其序號為
y，確認(rèn)號為x+l，釋放上位機(jī)到前端控制器的連接；
步驟4:前端控制器的應(yīng)用進(jìn)程通知其TCP釋放連接，將發(fā)往上位機(jī)的
TCP報文段首部的終止比特FIN和確認(rèn)值A(chǔ)CK置1，使序號為y;
步驟5:上位機(jī)的TCP收到釋放連接通知后發(fā)出確認(rèn)，其序號為x+l， 確認(rèn)號為y+l，將前端控制器到上位機(jī)的連接釋放。
所述的感應(yīng)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制方法，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電機(jī)的調(diào)制方法，其 特征在于交流電機(jī)控制采用空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)SVPWM和正弦脈寬調(diào)制 技術(shù)SPWM，此外，也可采用消除指定次數(shù)諧波的PWM控制技術(shù)SHEPWM 和電流滯環(huán)跟蹤PWM控制技術(shù)CHBPWM。以上控制方法的具體實(shí)施方式
如 下
SVPWM調(diào)制算法的具體實(shí)施過程為步驟l:前端控制器與上位機(jī)通訊完成后，判斷收到的TCP報文第21個 字節(jié)是否為有效的控制指令；若數(shù)據(jù)有效，將該數(shù)據(jù)賦值給DSP事件管理器的 周期寄存器；
步驟2: CPU進(jìn)入SVPWM生成子程序，確定合成電壓空間矢量w,，計(jì) 算、在al3坐標(biāo)上的分量^和 ；
步驟3:確定合成電壓空間矢量^所在的扇區(qū)，根據(jù)合成電壓空間矢量"， 所在的扇區(qū)確定基本電壓空間矢量",和"4+1;
步驟4:根據(jù)改變后的周期寄存器值重新計(jì)算基本電壓矢量的作用時間7;、
步驟5:確定開關(guān)導(dǎo)通順序并將7;、 7;+1和7;分配到相應(yīng)的比較寄存器；
步驟6:執(zhí)行完返回主程序。 SPWM調(diào)制算法的具體實(shí)施過程為
步驟1:前端控制器與上位機(jī)通訊完成后，判斷收到的TCP報文第21
個字節(jié)是否為有效的控制指令，若數(shù)據(jù)有效，將該數(shù)據(jù)賦值給DSP事件管
理器的周期寄存器；
步驟2: CPU進(jìn)入SPWM生成子程序，重新計(jì)算并生成正弦函數(shù)表； 步驟3:等待定時器下溢中斷，如果發(fā)生中斷，查正弦函數(shù)表并配置相
應(yīng)的比較寄存器；
步驟4:清除中斷應(yīng)答和中斷標(biāo)志，退出中斷并返回主函數(shù)。
為實(shí)現(xiàn)上述方法，本發(fā)明提供的感應(yīng)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制方法裝置，其中裝置
包括上位機(jī)，前端控制器，變頻器電動機(jī)系統(tǒng)，傳感器組。 所述上位機(jī)為普通的PC機(jī)；
所述前端控制器包括數(shù)字信號處理器DSP，網(wǎng)絡(luò)通信控制器，信號調(diào)理 電路，驅(qū)動電路；
所述變頻器為電壓源型變頻器，作為電動機(jī)的驅(qū)動器，所述電動機(jī)為普 通異步電機(jī)；所述傳感器組包括電流傳感器，速度傳感器，溫度傳感器，用于檢測變 頻器電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)；
本發(fā)明感應(yīng)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制裝置，所述數(shù)字信號處理器為TMS320F2812， 用于完成對變頻器電動機(jī)系統(tǒng)的控制，前端控制器與上位機(jī)的通信，檢測信 號的處理；所述數(shù)字信號處理器DSP內(nèi)含事件管理器模塊EV，用于產(chǎn)生電 動機(jī)的控制信號；
本發(fā)明感應(yīng)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制裝置，所述網(wǎng)絡(luò)通信控制器包括以太網(wǎng)控制器 CS8卯0A，隔離變壓器，RJ45接口；
本發(fā)明感應(yīng)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制裝置，所述數(shù)字信號處理器DSP連接有信號 調(diào)理電路，所屬信號調(diào)理電路用于對模擬量輸出的傳感器，開關(guān)量輸出的傳 感器和數(shù)字量輸出的傳感器的輸入信號進(jìn)行變換；
本發(fā)明感應(yīng)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制裝置，所述變頻器包括整流模塊，濾波電容， 逆變模塊，驅(qū)動電路，光耦隔離電路。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于以太網(wǎng)的感應(yīng)電機(jī)控制方法和裝置具有以下效果和優(yōu)
點(diǎn)
(1) 采用基于TCPIP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)大容量的數(shù)據(jù)傳 輸，同時，網(wǎng)絡(luò)開放性好，基礎(chǔ)設(shè)施完善，能與管理層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無縫連接， 保證監(jiān)控數(shù)據(jù)在設(shè)備層、控制層和管理層透明傳輸。
(2) 由于采用開放協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)接口，上位機(jī)只要有以太網(wǎng)接口就可以 很方便地組建一個模塊化的異步電機(jī)控制系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際需要很容易改變系 統(tǒng)中異步電機(jī)控制器數(shù)量，方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。
(3) 可通過Intemet進(jìn)行遠(yuǎn)程集中操作，減少了現(xiàn)場大量布線工作和相 關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，節(jié)省布線的開銷和人工開銷，同時使用商用網(wǎng)可以大大降 低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。
(4) 網(wǎng)絡(luò)升級方便。采用新技術(shù)后，可以使用現(xiàn)有布線，不用額外增 加投資。
(5) 采用先進(jìn)的微控制器TMS320F2812，大大提高了電機(jī)控制系統(tǒng)的性能，在環(huán)境比較惡劣的現(xiàn)場，系統(tǒng)有較高的可靠性和穩(wěn)定性,同時減小了 系統(tǒng)的體積和重量。
(6)采用了先進(jìn)的控制策略，電機(jī)在運(yùn)行過程中具有調(diào)速范圍寬、動 態(tài)響應(yīng)速度快、諧波轉(zhuǎn)矩脈動小、附加損耗小和功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。
綜上所述，本異步電機(jī)控制系統(tǒng)具有簡潔、靈活、可靠性高和可接入因 特網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)。所以，基于以太網(wǎng)的感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)對應(yīng)用于各種場合的感 應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)，尤其是應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)有一定的應(yīng)用 價值。同時，本發(fā)明為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的開發(fā)提供了新的途徑，為網(wǎng)絡(luò)控制產(chǎn) 品的研制和工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，也為家庭自動化、工業(yè)分布式系統(tǒng)、機(jī) 器人控制等其它領(lǐng)域應(yīng)用提供了經(jīng)濟(jì)、可靠的網(wǎng)絡(luò)解決方案，具有重要的理 論、實(shí)用和商用價值。


圖1示出感應(yīng)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制方法的結(jié)構(gòu)圖
圖2示出前端控制器結(jié)構(gòu)框圖
圖3示出變頻器-電動機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖4示出接入的傳感器組示意圖
圖5示出TCPIP建立連接示意圖
圖6示出TCPIP釋放連接示意圖
圖7示出以太網(wǎng)接收子程序流程圖
圖8示出了 TCP報文格式示意圖
圖9示出SVPWM波生成子程序流程圖
圖10示出SPWM波生成子程序流程圖
圖11示出接收控制指令并改變調(diào)制信號的軟件流程圖
具體實(shí)施例方式
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一、網(wǎng)絡(luò)控制裝置中感應(yīng)電機(jī)由全數(shù)字控制變頻器驅(qū)動，控制系統(tǒng)采用先
進(jìn)的嵌入式微控制器/處理器TMS320F2812及其配套軟件CCS3.1，因此電機(jī)運(yùn) 行過程中全部的物理參量都能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化和智能化的實(shí)時控制，全數(shù)字交流電 機(jī)控制采用空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)SVPWM，使得三相交流異步感應(yīng)電機(jī)實(shí)現(xiàn) 高效率的運(yùn)行。
具體實(shí)施方式
為-
圖l示出了感應(yīng)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制方法的結(jié)構(gòu)圖，由以下幾部分組成上位機(jī) 101、以太網(wǎng)102、前端控制器103、變頻器104、電機(jī)105和傳感器106。其中 上位機(jī)101采用普通的PC機(jī)，上位機(jī)101與前端控制器103通過以太網(wǎng)102 進(jìn)行通信，前端控制器103根據(jù)上位機(jī)101發(fā)出的控制指令產(chǎn)生調(diào)制信號給變 頻器104，由變頻器104驅(qū)動電動機(jī)105運(yùn)行，傳感器組106檢測電動機(jī)105 的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，傳輸?shù)角岸丝刂破?03，前端控制器103處理后經(jīng)以太網(wǎng)102 傳送到上位機(jī)101顯示。
圖2示出了前端控制器的結(jié)構(gòu)框圖，由以下幾部分組成DSP控制器201， 以太網(wǎng)控制器203，隔離變壓器204，標(biāo)準(zhǔn)通信接口 (RJ45) 205，傳感器信號 調(diào)理電路206和AD接口 207，其中DSP控制器201采用先進(jìn)的嵌入式微控制 器/處理器TMS320F2812，開發(fā)軟件采用其配套軟件CCS3.1 ，事件管理器202 和AD接口 207包含在DSP控制器201中，屬于DSP控制器201的外設(shè)，DSP 控制器201控制以太網(wǎng)控制器203和上位機(jī)進(jìn)行通信，以太網(wǎng)控制器203的型 號為CS8卯0A， CS8900A可以完成網(wǎng)絡(luò)中PHY層和MAC層的所有工作；隔 離變壓器204用于電壓隔離，使得通信接口 205具有熱插拔的功能，其具體型 號為HR601627;傳感器信號調(diào)理電路206可接入開關(guān)量、數(shù)字量和模擬量三 種信號，經(jīng)處理后作為反饋信號進(jìn)入AD接口 207進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。上位機(jī)發(fā)來 的控制指令經(jīng)以太網(wǎng)到RJ45接口，經(jīng)隔離變壓器204到以太網(wǎng)控制器203，之 后DSP控制器201根據(jù)該控制指令，通過事件管理器202產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)制信號給逆變器，改變電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。
圖3示出了變頻器一電動機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，由以下三部分組成整流部分
301、濾波電容302、逆變部分303、電動機(jī)304、光耦隔離電路305和驅(qū)動 電路306。其中整流部分301由不可控整流橋組成；濾波電容302由鋁電解 電容組成；逆變部分303是電動機(jī)304的驅(qū)動器，由六個功率器件組成；驅(qū) 動電路306為集成驅(qū)動器。變頻器主電路采用交-直-交電壓源型變壓變頻裝 置，其工作原理是將三相交流電通過不可控整流變?yōu)槊}動直流電壓，濾波電 容濾除電壓脈動，逆變部分將經(jīng)過濾波的直流變?yōu)殡妷汉皖l率可調(diào)的三相交 流提供給電動機(jī)；光耦隔離電路305起到隔離強(qiáng)電的功能，防止主電路出現(xiàn) 故障時對DSP控制器造成損壞和干擾；驅(qū)動電路306將控制信號放大，驅(qū) 動逆變部分303功率器件的開通與關(guān)斷。
圖4示出了接入的傳感器組示意圖，由以下幾種傳感器組成電流傳感 器401和402，溫度傳感器403，光電傳感器404和霍爾傳感器405等四種 傳感器，電流傳感器401和402采用閉環(huán)磁補(bǔ)償式霍爾傳感器，電流傳感器 401串接在電機(jī)的A相，電流傳感器402串接在電機(jī)的B相，對異步電機(jī)的 兩相電流進(jìn)行檢測；溫度傳感器403貼裝在電機(jī)外殼的凹槽內(nèi)，對電機(jī)運(yùn)行 過程中的熱力學(xué)過程進(jìn)行最直接的檢測，從而為熱力學(xué)計(jì)算提供依據(jù)；此外， 為了適應(yīng)對轉(zhuǎn)速檢測精度要求較高的場合，裝置中應(yīng)用了兩種類型的轉(zhuǎn)速傳 感器光電測速傳感器404和霍爾測速傳感器405，光電測速傳感器404和
霍爾測速傳感器405安裝在電機(jī)的軸上，檢測數(shù)據(jù)經(jīng)前端控制器處理后發(fā)送 到上位機(jī)，在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示。
二、通訊方法采用基于TCPIP協(xié)議的以太網(wǎng)通訊方法，基本過程包括通訊 雙方建立TCP連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，通訊雙方釋放TCP連接。
具體實(shí)施方式
如下
圖5示出了TCPIP建立連接示意圖，具體實(shí)施過程為上位機(jī)的TCP 向前端控制器的TCP發(fā)出連接請求報文段，其首部的同步比特SYN應(yīng)置1 ， 序號為O，表明后面?zhèn)魉蛿?shù)據(jù)是第一字節(jié)的序號為1 ;上位機(jī)TCP收到連接請求報文段后，如同意，則發(fā)回確認(rèn)，在確認(rèn)報文段中ACK為1，同時
為自己選擇一個序號X;上位機(jī)收到前端控制器的確認(rèn)后，向前端控制器 發(fā)出確認(rèn)，序號為l，確認(rèn)號為x+l，這樣前端控制器與上位機(jī)的連接就建立了。
圖6示出了 TCPIP釋放連接示意圖，具體實(shí)施過程為上位機(jī)的應(yīng)用 進(jìn)程先向其TCP發(fā)出釋放請求，并且不再發(fā)送數(shù)據(jù)，TCP通知前端控制器 釋放連接，將發(fā)往前端控制器的TCP報文段首部的終止比特FIN置1，其序 號x等于前面?zhèn)魉偷臄?shù)據(jù)的最后一個字節(jié)的序號加1;前端控制器的TCP收 到釋放連接通知后即發(fā)出確認(rèn)，其序號為y，確認(rèn)號為x+l，這樣上位機(jī)到 前端控制器的連接就釋放了；前端控制器的應(yīng)用進(jìn)程通知TCP釋放連接， 將發(fā)往上位機(jī)的TCP報文段首部的終止比特FIN和確認(rèn)值A(chǔ)CK置1,使序 號為y;上位機(jī)的TCP收到釋放連接通知后即發(fā)出確認(rèn)，其序號為x+l，確 認(rèn)號為y+l，這樣前端控制器到上位機(jī)的連接就釋放了。
圖7示出了以太網(wǎng)接收子程序流程圖。上位機(jī)首先向前端控制器發(fā)送TCP 幀，同時啟動節(jié)點(diǎn)程序。首次發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，上位機(jī)不知道前端控制器的MAC 地址，因此會先自動向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送ARP (Address Resolution Protocol (地址 解析協(xié)議))詢問幀進(jìn)行詢問，ARP幀是廣播幀，連接在局域網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)都能 收到該幀，前端控制器收到詢問幀后將發(fā)送ARP響應(yīng)幀到上位機(jī)。上位機(jī)在收 到來自前端控制器發(fā)出的ARP響應(yīng)幀后，就在其高速緩存中記入前端控制器IP 地址和硬件地址的映射，此后上位機(jī)將連續(xù)發(fā)送TCP幀，而不再出現(xiàn)ARP幀。 前端控制器首先通過查詢相應(yīng)寄存器的位來判斷是否有幀需要接收，而對于進(jìn) 入以太網(wǎng)控制器前端的數(shù)據(jù)幀，需要先對協(xié)議類型進(jìn)行判斷，錯誤的協(xié)議類型 的幀將被丟棄，如果是ARP幀則進(jìn)入ARP處理，并確定是否需要回發(fā)ARP響 應(yīng)幀，如果是IP數(shù)據(jù)報，則需要在IP層之上進(jìn)一步判斷IP類型字段為ICMP 還是TCP，如果是ICMP幀，則需要判斷為何種報文類型，然后決定是否發(fā)送 ICMP應(yīng)答，'如果是TCP幀，則可以直接讀取，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
圖8示出了TCP報文格式示意圖，詳細(xì)內(nèi)容如下TCP報文段首部的前20個字節(jié)是固定的，后面的字節(jié)是根據(jù)需要而增加的選項(xiàng)，因此TCP的首部最
小長度是20字節(jié)。本系統(tǒng)中TCP報文的首部只有20個字節(jié)，沒有用到選項(xiàng)段， 所以第21個字節(jié)是有用數(shù)據(jù)，即上位機(jī)發(fā)來的控制指令。各個數(shù)據(jù)段的作用如
下
TCP域說明
源端口發(fā)出數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序使用的端口號
目的端口數(shù)據(jù)所訪問的應(yīng)用或服務(wù)的端口號
序列號確保數(shù)據(jù)到達(dá)序列正確的編號
確認(rèn)號期望的下一個數(shù)據(jù)包的編號
數(shù)據(jù)偏移TCP頭的長度
保留位該位保留，置位為o
代碼位負(fù)責(zé)開始，終止會話之類的控制功能
窗口值滑動窗口的大小
檢驗(yàn)和頭和數(shù)據(jù)域計(jì)算的校驗(yàn)和，負(fù)責(zé)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否出錯
緊急指針指示緊急數(shù)據(jù)末端
選項(xiàng)提供任選服務(wù)，可不用
數(shù)據(jù)段上層協(xié)議的數(shù)據(jù)
圖9示出了 SVPWM波生成子程序流程圖，具體實(shí)施過程為進(jìn)入SVPWM 生成子程序，確定合成電壓空間矢量"，，計(jì)算"，在otp坐標(biāo)上的分量、和"p ，
確定合成電壓空間矢量"，所在的扇區(qū)，根據(jù)合成電壓空間矢量"，所在的扇區(qū)
確定基本電壓空間矢量"4和ww，計(jì)算基本電壓矢量的作用時間y;、 7;+1和7;， 確定開關(guān)導(dǎo)通順序并將 ;、 7;+1和7;分配到相應(yīng)的比較寄存器，執(zhí)行完返回主程序。
圖IO示出了 SPWM波生成子程序流程圖，具體實(shí)施過程為系統(tǒng)初始化， 生成正弦函數(shù)表，進(jìn)入SPWM生成子程序，等待定時器下溢中斷，如果發(fā)生中 斷，査正弦函數(shù)表并配置相應(yīng)的比較寄存器，清除中斷應(yīng)答和中斷標(biāo)志，退出 中斷并返回主函數(shù)。圖11示出了接收控制指令及改變調(diào)制信號的軟件流程圖，具體實(shí)施過程 為首先確定前端控制器和上位機(jī)是否建立了TCP連接，若連接已經(jīng)建立，則 等待査詢接收，進(jìn)入査詢接收子程序，啟動接收程序，判斷是否接收成功，若 沒有成功接收，繼續(xù)等待接收，若成功接收，判斷其第21個字節(jié)的數(shù)據(jù)是否為
所需要的數(shù)據(jù)，若是，將該數(shù)據(jù)賦值給DSP的周期寄存器，DSP根據(jù)收到的控
制指令重新計(jì)算，并配置相應(yīng)的比較寄存器，由硬件完成調(diào)制信號的分配，從 而改變電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。
實(shí)施例如下
一種感應(yīng)電機(jī)的網(wǎng)絡(luò)控制方法和裝置，如附圖1所示，以太網(wǎng)上只連
接一套變頻器-電動機(jī)系統(tǒng)。裝置包括一臺PC機(jī)，以太網(wǎng)傳輸介質(zhì)采用普通 網(wǎng)線，上位機(jī)和前端控制器通過通訊接口 RJ45連接，前端控制器主控制器 采用TMS320F2812，以太網(wǎng)控制器為CS8900，變頻器-電動機(jī)系統(tǒng)采用普通 異步電機(jī)并以全數(shù)字控制變頻器驅(qū)動，電動機(jī)型號為國產(chǎn)YZR90型三相鼠 籠式Y(jié)接異步電動機(jī)，額定值如下 額定功率&=55()『
額定電壓^=22^ (線電壓有效值) 額定電流"=2^ 額定轉(zhuǎn)速 =145Q^m
;=&550 =3.62W.m w (2"1450) 額定轉(zhuǎn)矩 60
極對數(shù)"p = 2
如附圖4，傳感器組包括電流傳感器(宇波模塊)，溫度傳感器(PT100)， 光電開關(guān)(FHB8E10NT-N)，霍爾傳感器(FKB12E12NT)等4種類型的傳感 器，電流傳感器采用閉環(huán)磁補(bǔ)償式霍爾傳感器，串接在電機(jī)的輸入側(cè)，對異 步電機(jī)的兩相電流進(jìn)行檢測；溫度傳感器貼裝在電機(jī)外殼的凹槽內(nèi)，對電機(jī) 運(yùn)行過程中的熱力學(xué)過程進(jìn)行最直接的檢測，從而為熱力學(xué)計(jì)算提供依據(jù)； 光電傳感器和霍爾傳感器安裝在電動機(jī)的軸上。檢測數(shù)據(jù)經(jīng)前端控制器處理后發(fā)送到上位機(jī)，在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示。控制方式采用開關(guān)
損耗優(yōu)化SVPWM控制策略。
經(jīng)測試該實(shí)施例中電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)平穩(wěn)，能滿足不同工況下對電機(jī)運(yùn)行實(shí) 時性和穩(wěn)定性的要求，電機(jī)有較寬的調(diào)速范圍、動態(tài)響應(yīng)速度快、諧波轉(zhuǎn)矩 脈動小；通訊系統(tǒng)能夠在工業(yè)現(xiàn)場正常通信，并能保證控制信號和監(jiān)測數(shù)據(jù) 及時可靠的傳輸，而且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，容易實(shí)現(xiàn)，成本較低，有較好的 開放性，新加入的設(shè)備能夠通過標(biāo)準(zhǔn)接口直接聯(lián)網(wǎng)，便于網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。
權(quán)利要求
1、一種感應(yīng)電機(jī)的網(wǎng)絡(luò)控制方法，其特征在于其中上位機(jī)與前端控制器通過以太網(wǎng)進(jìn)行通信，上位機(jī)通過以太網(wǎng)向前端控制器發(fā)出控制感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的指令，前端控制器收到指令后根據(jù)指令產(chǎn)生調(diào)制信號控制變頻器，由變頻器驅(qū)動電動機(jī)運(yùn)行，傳感器組檢測電動機(jī)的狀態(tài)參數(shù)傳輸?shù)角岸丝刂破?，?jīng)前端控制器處理后發(fā)送到上位機(jī)顯示，上位機(jī)與前端控制器采用基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)進(jìn)行通訊方法，包括通訊雙方建立TCP連接、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊、通訊雙方釋放TCP連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述感應(yīng)電機(jī)的網(wǎng)絡(luò)控制方法，其特征在于上位機(jī)與前端控制器采用基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，包括通訊雙方建 立TCP連接、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊、通訊雙方釋放TCP連接，具體實(shí)施方式
如下 雙方建立TCP連接步驟l:上位機(jī)的TCP向前端控制器的TCP發(fā)出連接請求報文段，其 首部的同步比特SYN應(yīng)置1 ，序號為0;步驟2:上位機(jī)TCP收到連接請求報文段后，如同意，則發(fā)回確認(rèn)，確認(rèn)號為1 ，自身序號為x;步驟3:上位機(jī)收到確認(rèn)后，向前端控制器發(fā)出確認(rèn)，序號為l，確認(rèn) 號為X+1;上位機(jī)與前端控制器間數(shù)據(jù)通訊步驟1:上位機(jī)首先向前端控制器發(fā)送ARP詢問幀査詢前端控制器的 MAC地址，完成前端控制器IP地址和硬件地址的映射；步驟2:前端控制器査詢相應(yīng)寄存器的位判斷是否有幀需要接收，如果 有，則對協(xié)議類型進(jìn)行判斷，錯誤的協(xié)議類型的幀被丟棄；步驟3:如果是ARP幀，則轉(zhuǎn)入步驟l;如果是IP數(shù)據(jù)報，判斷IP類 型字段為ICMP還是TCP，如果是ICMP報文，則需要判斷為何種報文類型， 然后決定是否發(fā)送ICMP應(yīng)答，如果是TCP報文，則可以直接讀取，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；改變電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)步驟1:判斷收到的TCP報文第21字節(jié)是否為有效的控制指令，若無 效，丟棄該數(shù)據(jù)，若有效，將該數(shù)據(jù)賦值給DSP事件管理器的周期寄存器; 步驟2: DSP根據(jù)收到的控制指令重新計(jì)算，并配置比較寄存器； 步驟3:由硬件完成調(diào)制信號的分配，改變電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)； 通訊雙方釋放連接步驟l:上位機(jī)應(yīng)用進(jìn)程向其TCP發(fā)出釋放請求，并不再發(fā)送數(shù)據(jù)； 步驟2: TCP通知前端控制器釋放連接，將發(fā)往前端控制器的TCP報文 段首部的終止比特FIN置1;步驟3:前端控制器的TCP收到釋放連接通知后即發(fā)出確認(rèn)，其序號為 y，確認(rèn)號為x+l，釋放上位機(jī)到前端控制器的連接；步驟4:前端控制器的應(yīng)用進(jìn)程通知其TCP釋放連接，將發(fā)往上位機(jī)的 TCP報文段首部的終止比特FIN和確認(rèn)值A(chǔ)CK置1，使序號為y;步驟5:上位機(jī)的TCP收到釋放連接通知后發(fā)出確認(rèn)，其序號為x+l， 確認(rèn)號為y+l，將前端控制器到上位機(jī)的連接釋放。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的感應(yīng)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制方法，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電 機(jī)的調(diào)制方法，其特征在于交流電機(jī)控制采用空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)SVPWM 和正弦脈寬調(diào)制技術(shù)SPWM，此外，也可采用消除指定次數(shù)諧波的PWM控制 技術(shù)SHEPWM和電流滯環(huán)跟蹤PWM控制技術(shù)CHBPWM，以上控制方法的具體實(shí)施方式
如下SVPWM調(diào)制算法的具體實(shí)施過程為步驟l:前端控制器與上位機(jī)通訊完成后，判斷收到的TCP報文第21個 字節(jié)是否為有效的控制指令；若數(shù)據(jù)有效，將該數(shù)據(jù)賦值給DSP事件管理器的 周期寄存器；步驟2: CPU進(jìn)入SVPWM生成子程序，確定合成電壓空間矢量"，，計(jì) 算"，在ap坐標(biāo)上的分量^和^ ;步驟3:確定合成電壓空間矢量"，所在的扇區(qū)，根據(jù)合成電壓空間矢量"， 所在的扇區(qū)確定基本電壓空間矢量^和"w ;步驟4:根據(jù)改變后的周期寄存器值重新計(jì)算基本電壓矢量的作用時間7;、步驟5:確定開關(guān)導(dǎo)通順序并將 ;、 7;+1和7;分配到相應(yīng)的比較寄存器；步驟6:執(zhí)行完返回主程序； SPWM調(diào)制算法的具體實(shí)施過程為步驟1:前端控制器與上位機(jī)通訊完成后，判斷收到的TCP報文第21 個字節(jié)是否為有效的控制指令，若數(shù)據(jù)有效，將該數(shù)據(jù)賦值給DSP事件管 理器的周期寄存器；步驟2: CPU進(jìn)入SPWM生成子程序，重新計(jì)算并生成正弦函數(shù)表； 步驟3:等待定時器下溢中斷，如果發(fā)生中斷，査正弦函數(shù)表并配置相 應(yīng)的比較寄存器；步驟4:清除中斷應(yīng)答和中斷標(biāo)志，退出中斷并返回主函數(shù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述感應(yīng)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制裝置，其特征在于其中所 述前端控制器包括數(shù)字信號處理器DSP，網(wǎng)絡(luò)通信控制器，信號調(diào)理電路， 驅(qū)動電路；所述變頻器為電壓源型變頻器，作為電動機(jī)的驅(qū)動器，所述電動機(jī)為普 通異步電機(jī)；所述傳感器組包括電流傳感器、光電傳感器、霍爾傳感器和溫度傳感器， 用于檢測變頻器電動機(jī)系統(tǒng)的電流、轉(zhuǎn)速和溫度等運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述感應(yīng)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制裝置，其特征在于其中數(shù) 字信號處理器為TMS320F2812，用于完成對變頻器電機(jī)系統(tǒng)的控制，前端 控制器與上位機(jī)的通信，檢測信號的處理；所述數(shù)字信號處理器DSP內(nèi)含 事件管理器模塊EV，用于產(chǎn)生電動機(jī)的控制信號。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述感應(yīng)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制裝置，其特征在于其中所 述網(wǎng)絡(luò)通信控制器包括以太網(wǎng)控制器CS8900A,隔離變壓器，RJ45接口。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述感應(yīng)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制裝置，其特征在于其中所述數(shù)字信號處理器DSP連接有信號調(diào)理電路，所述信號調(diào)理電路用于對模 擬量輸出的傳感器，開關(guān)量輸出的傳感器和數(shù)字量輸出的傳感器的輸入信號 進(jìn)行變換。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述感應(yīng)電機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制裝置，其特征在于其中所述變頻器包括整流模塊，濾波電容，逆變模塊，驅(qū)動電路，光耦隔離電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種感應(yīng)電機(jī)的網(wǎng)絡(luò)控制方法及其裝置，其方法及其裝置構(gòu)成如下其中上位機(jī)與前端控制器通過以太網(wǎng)進(jìn)行通信，上位機(jī)通過以太網(wǎng)向前端控制器發(fā)出感應(yīng)電機(jī)控制指令，前端控制器根據(jù)上位機(jī)發(fā)出的控制命令向變頻器發(fā)出控制PWM調(diào)制信號的指令，由變頻器驅(qū)動電動機(jī)運(yùn)行，傳感器組檢測電動機(jī)的狀態(tài)參數(shù)傳輸?shù)角岸丝刂破?，?jīng)前端控制器處理后發(fā)送到上位機(jī)顯示；采用基于TCPIP協(xié)議的以太網(wǎng)通信方法在上位機(jī)和前端機(jī)間進(jìn)行通訊，包括雙方建立TCP連接、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信、雙方釋放TCP連接。
文檔編號H04L12/28GK101419459SQ200810239828
公開日2009年4月29日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者華 葉, 張和生, 王金東, 鄭巨明 申請人:北京交通大學(xué)