水泵變頻器硬件主控實(shí)現(xiàn)部分
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gygs2011 發(fā)布時(shí)間：2013-09-22 08:14:50
1）水泵變頻器硬件主控實(shí)現(xiàn)部分
系統(tǒng)的軟硬件控制如圖5，由DSP數(shù)字信號(hào)處理器作為主控CPU，可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)部分算法的計(jì)算和波形發(fā)生及各種信號(hào)的處理，AD采樣處理電流電壓反饋信號(hào)并傳到DSP，單元與主控板CPU的通信采用光纖串行高速通信方式，單元的狀態(tài)信息經(jīng)可編程邏輯器件進(jìn)行串行編碼后通過光纖發(fā)送到主控制器的接收板，主控制器接收板進(jìn)行串行到并行解碼后傳輸?shù)街骺谻PU；主控CPU根據(jù)單元狀態(tài)信息，調(diào)整系統(tǒng)的控制狀態(tài)；速度與位置傳感器的信號(hào)經(jīng)傳感器板可編程邏輯器件進(jìn)行串行編碼后經(jīng)高速串行傳輸?shù)街骺仄靼宓目删幊踢壿嬈骷?，可編程邏輯器件對傳感器反饋的速度位置信?hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，測速方式采用變M/T測速，可以實(shí)現(xiàn)高精度的測速要求，可編程邏輯器件計(jì)算出速度和位置的有效值，并對傳感器檢測有無故障狀態(tài)，上報(bào)主控CPU,同時(shí)主控CPU可以根據(jù)測速的要求動(dòng)態(tài)調(diào)整測速方式和時(shí)間；本系統(tǒng)中的電流檢測元件選擇了根據(jù)磁場補(bǔ)償原理制成的霍爾效應(yīng)電流互感器，以滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測電流的要求，電機(jī)的三相電流和電壓信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路處理后，變成模擬電壓信號(hào)輸入到主控板的AD轉(zhuǎn)換芯片，該AD芯片可以在瞬時(shí)情況下對三相的電壓電流信號(hào)進(jìn)行采樣保持并轉(zhuǎn)換，這樣能保證真實(shí)的再現(xiàn)電機(jī)瞬態(tài)三相電壓電流的波形，AD轉(zhuǎn)換芯片采樣完成后上傳三相的數(shù)據(jù)；主控制CPU與上位系統(tǒng)采用的是RS232通訊模式，實(shí)時(shí)的接收上位機(jī)給定的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)定值，并上報(bào)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和各項(xiàng)數(shù)據(jù)；系統(tǒng)的外部I/O輸入輸出經(jīng)隔離傳輸?shù)街骺谻PU的I/O口，主控CPU根據(jù)控制要求作出相應(yīng)的執(zhí)行控制；AT25128是串行EEPROM與主控CPU通信采用SPI方式，EEPROM主要起著保存上位系統(tǒng)各項(xiàng)設(shè)定參數(shù)值和存儲(chǔ)系統(tǒng)的一些運(yùn)行狀態(tài)信息；主控CPU采用的是DSP它是TI公司C2000系列的TMS320LF2407A，DSP是一種高速的微處理器，其最大特點(diǎn)是運(yùn)算速度快，比目前16/32位微處理器和單片機(jī)的運(yùn)算速度至少快一個(gè)數(shù)量級(jí)，DSP這種高運(yùn)算處理能力能夠滿足電流環(huán)實(shí)時(shí)控制的高要求，可以同時(shí)對電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和速度進(jìn)行辨識(shí)以實(shí)現(xiàn)無速度傳感器矢量控制要求，并且可以采用先進(jìn)的現(xiàn)代控制策略，獲得更高的控制性能，更完善的功能；整個(gè)硬件的原理框圖如圖6所示。
圖6主控制器結(jié)構(gòu)圖
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2）可編程邏輯器件的實(shí)現(xiàn)原理
單元模塊與主控制器的通訊采用光纖串行高速通訊模式，其通訊速率為4MHz這樣可以滿足實(shí)時(shí)控制要求，每個(gè)模塊與主控制板通訊采用雙工模式，可編程邏輯器件發(fā)出的PWM波形信號(hào)經(jīng)編碼后并串轉(zhuǎn)換，通過光纖驅(qū)動(dòng)發(fā)送到單元模塊，同時(shí)可編程邏輯器件接收單元的串行編碼進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，把單元的狀態(tài)信息和故障信號(hào)以中斷方式上傳給主控DSP,具體如圖7。
圖7單元通信處理模塊
傳感器信號(hào)的測速，對串行輸入的編碼進(jìn)行解碼輸出電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)數(shù)據(jù)，根據(jù)傳感器的轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)進(jìn)行測速，測速方式采用變M/T測速，根據(jù)測速的M值與T值進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算得出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，由于采用了可編程邏輯器件硬件邏輯測速方式，使得測速范圍很寬和精度很高，能夠滿足系統(tǒng)精度要求。
PWM信號(hào)生成，根據(jù)DSP運(yùn)算輸出的的數(shù)據(jù)可編程邏輯器件用高速時(shí)鐘生成數(shù)據(jù)，并進(jìn)行單元串聯(lián)的PWM波形移相，輸出到光纖發(fā)送模塊。
由于系統(tǒng)采用全數(shù)字化控制方式，所有的控制策略全由軟件編程來實(shí)現(xiàn),因而，軟件的設(shè)計(jì)決定著整個(gè)系統(tǒng)的性能。控制策略采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，其中轉(zhuǎn)速環(huán)采用PI調(diào)節(jié)、電流環(huán)采用PI調(diào)節(jié)，算法由DSP數(shù)字信號(hào)處理器軟件編程實(shí)現(xiàn)。速度環(huán)的輸入是速度反饋和速度給定的差值，輸出作為電流環(huán)的給定。電流環(huán)的輸出來控制PWM波形生成器，所生成的PWM波形控制逆變器中功率開關(guān)器件的通斷，以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的調(diào)速。整個(gè)軟件處理系統(tǒng)采用前后臺(tái)處理模式,程序的中斷服務(wù)采用嵌套處理的形式，以保證整個(gè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)信號(hào)的處理,中斷源有4種，包括系統(tǒng)保護(hù)中斷,片內(nèi)電流環(huán)定時(shí)處理中斷,速度環(huán)定時(shí)處理中斷,外部通訊中斷；
軟件系統(tǒng)上電進(jìn)行初始化，關(guān)中斷清各種標(biāo)志位，配置DSP的各個(gè)外設(shè)模塊和I/O口，讀取EEPROM中的參數(shù)信息，計(jì)算電機(jī)的位置信號(hào)和電角度，延時(shí)檢測高壓上電否？進(jìn)入系統(tǒng)主循環(huán)；
系統(tǒng)保護(hù)中斷，檢測單元模塊的故障狀態(tài)和系統(tǒng)的保護(hù)中斷，在出現(xiàn)過流、過壓、PLC等故障時(shí)，系統(tǒng)關(guān)斷IGBT的輸出并停機(jī)上報(bào)系統(tǒng)的故障信息；
系統(tǒng)主流程，系統(tǒng)上電后，對系統(tǒng)的RAM空間和各項(xiàng)外設(shè)模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，對RAM清零，接著對外部I/O和PLC進(jìn)行復(fù)位初始化，從EEPROM中讀取初始電機(jī)的轉(zhuǎn)子定位信息，檢測高壓是否就緒如就緒開放各種中斷進(jìn)入主循環(huán)，否則一直檢測高壓就緒狀態(tài)信息直到高壓就緒。主流程如圖8。
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