第九章網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

第九章

網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)華南理工大學(xué)內(nèi)容提要數(shù)字化調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字位置隨動(dòng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

華南理工大學(xué)引言 隨著微電子技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)從以往的單機(jī)控制發(fā)展到多機(jī)和網(wǎng)絡(luò)控制。特別是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展使得網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)更易于實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)具有功能強(qiáng)、集成度高、模塊化結(jié)構(gòu)、體積小、數(shù)據(jù)傳輸快、可靠等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛用于汽車、電梯、大型工業(yè)裝備及生產(chǎn)線等領(lǐng)域。

華南理工大學(xué)9.1數(shù)字化調(diào)速系統(tǒng)

數(shù)字化調(diào)速系統(tǒng)指的是用微機(jī)處理器代替以往的模擬調(diào)速器的系統(tǒng)。數(shù)字化調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

優(yōu)點(diǎn):體積小實(shí)現(xiàn)方便可以實(shí)現(xiàn)一般的PID控制編程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的矢量控制、非線性魯棒控制、模糊控制等方法華南理工大學(xué)西門子變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能組合例子 該調(diào)速系統(tǒng)采用矢量控制方法，用戶可以通過(guò)模塊選擇給定轉(zhuǎn)速、起停特性（斜波發(fā)生器）、運(yùn)行轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)速控制）以及控制電機(jī)電流允許的最大頻率和力矩。在許多場(chǎng)合對(duì)起停特性都有一定的要求，例如電梯的起動(dòng)和停止時(shí)間是不同的，過(guò)快可能造成故障或人員傷亡，過(guò)慢會(huì)增加電梯的運(yùn)行時(shí)間，降低它的效率。

華南理工大學(xué)9.2數(shù)字位置隨動(dòng)系統(tǒng)位置隨動(dòng)系統(tǒng)

能使被控裝置準(zhǔn)確無(wú)誤地跟隨并復(fù)現(xiàn)給定量，這類控制系統(tǒng)稱為位置隨動(dòng)系統(tǒng)。數(shù)字位置隨動(dòng)系統(tǒng) 采用了數(shù)字化技術(shù)的位置隨動(dòng)系統(tǒng)稱為數(shù)字位置隨動(dòng)系統(tǒng)華南理工大學(xué)數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成多了位置控制環(huán)功能：

通過(guò)電機(jī)上的光碼盤檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)位置，再與給定位置比較計(jì)算出它們的偏差。 通過(guò)位置調(diào)節(jié)器（如PID）輸出作為電機(jī)的速度給定量。華南理工大學(xué)9.3網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線

PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線

CAN現(xiàn)場(chǎng)總線概述

華南理工大學(xué)

在現(xiàn)代化的生產(chǎn)過(guò)程中，所有控制設(shè)備都是以網(wǎng)絡(luò)形式連接的，特別是現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，使設(shè)備的控制和通訊變得更方便，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的調(diào)速及控制參數(shù)的設(shè)定等。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向:多電機(jī)及設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接和控制華南理工大學(xué)9.3.1網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)華南理工大學(xué)控制設(shè)備層 功能是直接控制交直流電機(jī)的變頻器、矢量控制器、伺服控制器、直流調(diào)速裝置，以及PLC控制器、可編程調(diào)節(jié)器、傳感器等?，F(xiàn)場(chǎng)總線層 功能是將所有的設(shè)備連接起來(lái)，通過(guò)總線協(xié)議進(jìn)行設(shè)備之間的通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)交換，設(shè)備控制方式可以采用主從站方式和觸摸屏設(shè)定及人工控制等方式。工業(yè)以太網(wǎng)層

該層主要完成的工作是任務(wù)控制、調(diào)度和管理，還可以與上層公司或總部進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，接受任務(wù)和上報(bào)生產(chǎn)狀況。華南理工大學(xué)9.3.2現(xiàn)場(chǎng)總線

現(xiàn)場(chǎng)總線是20世紀(jì)80年代中期在國(guó)際上發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)。它是應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通訊的底層控制網(wǎng)絡(luò)。 現(xiàn)場(chǎng)總線負(fù)責(zé)設(shè)備的通信與控制，它的數(shù)據(jù)傳輸速度和可靠性決定了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的有效性，是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。因此，現(xiàn)場(chǎng)總線的研究與開發(fā)是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用的重要工作。

華南理工大學(xué)

現(xiàn)場(chǎng)總線是用于過(guò)程控制現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室之間的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、開放的、雙向的多站數(shù)字通信系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、集成電路技術(shù)的發(fā)展，以全數(shù)字式現(xiàn)場(chǎng)總線（FIELDBUS）為代表的互聯(lián)規(guī)范，正在迅猛發(fā)展和擴(kuò)大。由于采用現(xiàn)場(chǎng)總線將使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)安裝費(fèi)用減少并且易于維護(hù)；用戶可以自由選擇不同廠商、不同品牌的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成等一系列的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)正越來(lái)越受到人們的重視。華南理工大學(xué)現(xiàn)場(chǎng)總線的種類主要有基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FFProfiBusWorldFIPControlNet/DeviveNetCANHART

重點(diǎn)介紹基于PROFIBUS－DP現(xiàn)場(chǎng)總線和CAN總線及其在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用華南理工大學(xué)9.3.3PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線概述

基于PROFIBUS－DP現(xiàn)場(chǎng)總線的多機(jī)調(diào)速系統(tǒng)華南理工大學(xué)9.3.3.1PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線概述

PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線最早是由德國(guó)西門子公司開發(fā)的專用總線，公開后成為德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的現(xiàn)場(chǎng)總線。PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線系列

PROFIBUS－DP DP型用于分布式外設(shè)間的高速數(shù)據(jù)傳輸，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用

PROFIBUS-FMS FMS意為現(xiàn)場(chǎng)信息規(guī)范，PROFIBUS－FMS適用于紡織，樓宇自動(dòng)化，可編程控制器，低壓開關(guān)等

PROFIBUS－PA 用于工程自動(dòng)化的總線華南理工大學(xué)PROFIBUS－DP的總線結(jié)構(gòu) PROFIBUS－DP總線最多可以連結(jié)127個(gè)站，用雙絞線傳輸?shù)淖畲缶嚯x為9km，用玻璃光纖傳輸?shù)淖畲缶嚯x可以達(dá)到90km，傳輸波特率為9.6K-12Mbit/s。

PROFIBUS－DP具有傳輸速度快、連接方便等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于多機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。 DP型用于分布式外設(shè)間的高速數(shù)據(jù)傳輸，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用。華南理工大學(xué)9.3.3.2基于PROFIBUS－DP現(xiàn)場(chǎng)總線的多機(jī)調(diào)速系統(tǒng)華南理工大學(xué)9.3.4CAN現(xiàn)場(chǎng)總線及在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

9.3.4.1CAN現(xiàn)場(chǎng)總線概述9.3.4.2CAN現(xiàn)場(chǎng)總線在電梯群控中的應(yīng)用華南理工大學(xué)9.3.4.1CAN現(xiàn)場(chǎng)總線概述 CAN（ControllerAreaNetwork）現(xiàn)場(chǎng)總線最初是由德國(guó)的BOSCH汽車公司為汽車檢測(cè)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。由于CAN總線具有通信速率高、可靠性強(qiáng)、連接方便、性能價(jià)格比高等諸多的優(yōu)良特點(diǎn)，其應(yīng)用已經(jīng)不再局限于汽車行業(yè)而是逐步走向過(guò)程控制、機(jī)械工業(yè)、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等等，且已經(jīng)形成了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并已被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。 CAN是一個(gè)多主機(jī)局部網(wǎng)，它的串行通信鏈路采用一條多個(gè)單元均可連接的總線。理論上，單元數(shù)目可以無(wú)限增加，實(shí)際上受到延遲時(shí)間和總線電氣負(fù)載的限制，單元數(shù)目只能控制在百余個(gè)。總線可以用多種方法實(shí)現(xiàn)，如差分驅(qū)動(dòng)平衡雙絞線、單線（加地線）、光纖等。華南理工大學(xué)一個(gè)典型的CAN總線智能節(jié)點(diǎn)

華南理工大學(xué)9.3.4.2CAN現(xiàn)場(chǎng)總線在電梯群控中的應(yīng)用基于CAN總線的電梯控制系統(tǒng)

門廳呼梯信號(hào)、轎廂目的樓層登記信號(hào)等采用的是CAN現(xiàn)場(chǎng)總線通信方式。 安全回路、變頻器和門機(jī)系統(tǒng)等重要的、時(shí)間延遲容忍度較小的信號(hào)是采用并行I/O直接連接到系統(tǒng)控制主板的方式。華南理工大學(xué)電梯控制系統(tǒng)CAN總線連接方式華南理工大學(xué) 單臺(tái)電梯雖然能完成運(yùn)送乘客的任務(wù)，但是不能滿足大客流量的需求。較高層的建筑物都是幾臺(tái)電梯同時(shí)工作，為了提高這些電梯的效率，減少乘客等待的時(shí)間，必須對(duì)這些電梯進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，即構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的電梯群控系統(tǒng)。華南理工大學(xué)基于CAN總線的電梯群控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

前面所講的基于CAN總線的電梯控制系統(tǒng)增加群控制接口 群控制程序接受到各單梯數(shù)據(jù)后，通過(guò)分析、計(jì)算，決定出針對(duì)每個(gè)呼梯信號(hào)的最適宜的電梯進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。

電梯群控制的目的是尋求優(yōu)化控制策略，利用網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化調(diào)度多部電梯以提高電梯的運(yùn)行效率和服務(wù)質(zhì)量。

華南理工大學(xué) 在我們介紹的電梯群控系統(tǒng)中，采用的是2級(jí)CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)。如果所有電梯群內(nèi)電梯呼梯盒連成一個(gè)大網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的通訊量將大大增加，很有可能導(dǎo)致響應(yīng)延遲，因此將每臺(tái)電梯內(nèi)部呼梯盒間構(gòu)成一個(gè)完整的CAN網(wǎng)絡(luò)，在不采用群控技術(shù)時(shí)，單臺(tái)電梯無(wú)須做軟硬件上的更改仍然正常能夠使用。