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基于以太網(wǎng)的電機控制與診斷的研究
點(diǎn)擊次數:1034 發(fā)布時(shí)間:2019/7/13 11:12:46

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?;谝蕴W(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。

  
0 引言

  隨著(zhù)Internet技術(shù)的發(fā)展、普及和單片機技術(shù)的進(jìn)步,基于單片機的小型嵌入式系統正逐步走向工業(yè)過(guò)程控制的底層,也就是設備層,這就給工業(yè)設備帶來(lái)了新的控制和診斷方法?;谝蕴W(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。而這一實(shí)現不僅帶來(lái)了控制技術(shù)的改變,同時(shí)也給診斷技術(shù)帶來(lái)了生機,可以遠程甚至跨國界進(jìn)行設備的在線(xiàn)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。

 

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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。

1_2(9).jpg

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
1_3(9).jpg

 

 

  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。

  SA:源地址,48位,表明該幀的數據是哪個(gè)網(wǎng)卡發(fā)的,即發(fā)送端的網(wǎng)卡地址,同樣是6個(gè)字節。

  TYPE:類(lèi)型字段,表明該幀的數據是什么類(lèi)型的數據。

  DATA:數據段,該段數據不能超過(guò)1500字節。

  FCS:32位數據校驗位。

4 系統軟件設計

  本系統軟件的實(shí)現包括系統時(shí)鐘、定時(shí)器、網(wǎng)卡RTL8019AS的初始化,初始化ARP協(xié)議,TCP協(xié)議和HTTP協(xié)議等來(lái)完成對電機參數的接收和發(fā)送,然后由主程序循環(huán)查詢(xún)r(jià)tl8019as看是否有新數據包到來(lái)。系統根據判斷事件的標志,來(lái)讀取電機的參數,如圖3所示。其中事件的判斷執行由單片機定時(shí)器中斷來(lái)完成,它貫穿了程序的始末。如TCP序列號每隔20ms增加6250,ARP地址解析時(shí)候的重發(fā)請求,每隔0.5s重發(fā)1次,連續2次重發(fā)的請求沒(méi)回應,則終止重發(fā),認為這個(gè)IP地址不存。

  ARP映射表管理,如果ARP地址映射表內所記錄的MAC地址60s內沒(méi)被使用,則從映射表中刪除該條映射記錄,進(jìn)行自動(dòng)更新。最后本控制系統的WEBSERVER界面如圖4所示。


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圖3系統軟件流程

 

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圖4系統的WEBSERVER界面

 

 5 結論

  本文提出了1種基于以太網(wǎng)的單片機的電機控制與診斷,在文中采用了具有高性?xún)r(jià)比的以太網(wǎng)RTL8019AS芯片,實(shí)現了數據的接收與發(fā)送,系統實(shí)現了基于8位單片機的TCP/IP協(xié)議的移植,并實(shí)現了網(wǎng)頁(yè)數據傳輸功能和電機參數的查詢(xún)和電機的控制,在這里應用僅僅是一個(gè)實(shí)例,且由于嵌入式以太網(wǎng)的價(jià)格低廉,相信在不久的將來(lái)一定會(huì )在工業(yè)領(lǐng)域得到更廣泛的應用。

 

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