基于以太網的遠程電機監控系統及仿真

廣東工業大學　張健生

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基于以太網的遠程電機監控系統及仿真

廣東工業大學張健生

【摘要】隨著工業電機的數字化發展，DSP在永磁同步電機的控制中廣泛應用，永磁電機的遠程實時狀態監視和遠程實現電機的調速日益收到人們的關注。針對工業的需求，結合實際，在一些高危場合下，用基于ENC28J60網絡模塊和DSP2812實現以太網遠程實時控制和監控永磁同步電機。

【關鍵詞】以太網；永磁同步電機；ENC28J60；DSP2812

1　以太網模塊簡介

ENC28J60可配備有標準SPI接口適用攜帶SPI接口的控制器，使用IEEE802.3標準規范，帶有過濾機制可以對接收的數據包進行校驗。內部攜帶DMA模塊，可以實現數據的高速接收和IP的計算。通過SPI和中斷與主控制器通信，傳輸最大速率可以達到10Mb/s。通過兩個專用的LED信號引腳，顯示網絡連接狀態。ENC28J60相比于其他網絡模塊還擁有體積小等優勢。

在TMS320F2812中植入uIP協議棧，以實現單片機和以太網的通信。uIP是瑞典計算機科學學院負責開發的。軟件完全由C語言編寫而且完全開放。uIP協議去掉了TPC/IP協議中繁瑣的邏輯，保留了網絡通信必要的協議如:IP/TCP/ICMP/UDP/ARP協議，確保通信結構的穩定。uIP協議棧提供的大部分接口函數在uip.h中定義，大部分以宏實現，以減少支出。

2　主控制電路設計

TMS320F2812將測得的永磁同步電機的轉速和運行情況通過ENC28J60以太網控制器將信息通過以太網傳送給PC機，PC機在網頁中顯示具體每臺電機的轉速和運行情況，正常允許的時候網頁顯示該臺電機為綠色，當出現異常情況時，網頁中該臺電機的運行情況會被顯示為紅色從而實現電機的以太網遠程監視。在網頁中還顯示接入以太網的每臺電機的轉速，每臺電機提供三個可以選擇的速度檔，在網頁上對電機的速度實行遠程控制，實現了在以太網上遠程電機的調速。

采用雙閉環控制系統，由反電勢法檢測位置信號，通過DSP進行數字型號處理，與外部電路，構成雙閉環系統。逆變電路由六個IGBT組成的三相橋式逆變電路，TMS320F2812產生PWM電機控制信號通過驅動電路的放大以后控制逆變電橋中IGBT的通斷，實現逆變電橋的三相PWM信號輸出，實現電機的的控制。

電機的驅動電路可以根據應用場合的不同，我們可以在三相交流電源和單相交流電源，我們這里選擇的是單相的交流電源。我們選擇的整流電路是全相整流電路。

3　系統軟件設計

在網頁中分別顯示各個電機的轉速、運行情況，實現電機的局域網遠程監視。在網頁中，應用IP尋址，對每臺電機都可以進行速度調節。該函數在連接建立的時候，通過handle_connection函數處理http數據，該函數調用handle_input處理http輸入的電機調速數據，通過調用handle_output實現http網頁輸出。

對我們來說最重要的是handle_input函數。這里，我們uIP是把顯示電機轉速和運行狀況的網頁的文件存放在date.htm文件中，發送給瀏覽器，瀏覽器就會顯示出我們所設計的顯示電機轉速和各個電機速度檔的選擇界面了。當用戶在網頁調整數度檔時，瀏覽器通過get發送消息給服務器，服務器對數據進行處理，執行完成用戶的操作以后，修改頁面數據，發送給瀏覽器。這樣用戶就可以看到操作結果了。控制電機的轉速我們是通過發送不同的頁面請求來實現的，這里我們采用的是Get方法，將請求參數放到URL里面，然后WEB服務器根據URL的參數來相應內容，這樣實際上TMS320F2812就是從URL獲取控制參數，以控制電機的轉動速度。uIP在得到Get請求后判斷URL內容，然后做出相應控制，最后修改date.htm里面的部分內容（比如指示燈圖標的變化，以及提示文字的變化等），再將date.htm發送給瀏覽器，顯示新的界面。

4　系統仿真與實現

仿真系統由直流電源、逆變器與直流無刷電機構成，由給定轉速模塊、轉速調節器模塊、控制單元模塊與PWM脈寬調制器模塊等組成控制的部分，控制信號由轉速調節器輸出，脈沖寬度由脈寬調節器控制，通過調節電機的三相電壓調節轉速。六個IGBT的控制順序由控制器根據轉子位置分配電機三相繞組的通電順序控制。通過檢測得轉子的位置角計算得出方波脈沖，通過脈寬調節器與該脈沖的運算，得出6路驅動信號該。永磁電機的控制仿真模型如下圖4.1所示，電機的電阻為R=2.0，等效電感L=0.008，轉子磁鏈ω=0.175Wb，級數為6，轉動慣量為J=0.00090Kgm2，力矩常數Kt=0.57。

在本系統中采用的是id=0的控制，我們調節PI調節器的參數，速度控制環PI的參數設置為，Kp=0.15，Ki=0.1，電流控制環的PI參數設置為Kp=8.2，Ki=85，雖然系統的調節時間比較長，但是系統超調量比較小。

參考文獻

[1]馬曉偉,馬鈞華.以太網在電機控制系統中的應用[J].輕工機械,2006,24(3).

[2]顧春雷,陳中.電力拖動自動控制系統與MATLAB仿真[M].北京:清華大學出版社,2011.