服装流水线速度怎么控制的控制器怎么调

河南机电高等专科学校 毕业设计(论文) 自动化流水线速度怎么控制控制系统之机械手 系部: 自动控制 专业: 电气自动化 班级:112 班 姓名:张璐燕 学号: 指导老师:宋守云 二零一四年四朤 编 号编 号2 3 5 2 4 8 2 摘要 I 摘 要摘 要 现代化的自动生产设备即自动化流水线速度怎么控制控制系统的最大特点是它的综合性 和系统性。机械手是自動化流水线速度怎么控制控制系统中传统的任务执行机构是机器人的 关键部件之一。 本文中机械手涉及到 8 个动作过程我们将通过各种編程软件操作简单方便, 而且可通过和计算机的通信实时的对工作程序进行模拟调试和修改械手是自动 化流水线速度怎么控制控制系统嘚一部分,是机电一体化的结合为了使工业机械手的操作自 动化程度提高,机械手可人机界面控制通过触摸屏的来对机械手的运功过程进 行操作,人机界面能更加直观方便的对机械手的运动过程进行控制和实时监控 使用 PLC 编程控制器和人机界面一起对工业机械手的运动過程进行控制。 本文介绍的机械手是主要由 PLC 控制通过交流电机的正反转来控制机械手 手爪的张合,从而实现机械手精确运动的功能本課题机械手可在空间抓、放、 搬运物体,动作灵活多样适用于可变换生产品种的中、小批量自动化流水线速度怎么控制生 产,广泛应用於柔性自动线动作灵活多样。机械手一般由耐高温抗腐蚀的材 料制成,以适应现场恶劣的环境可代替人工在高温和危险的作业区进荇作业, 并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。大大降低了工人的 劳动强度提高了工作效率。 关键词:关键词:機械手;PLC;人机界面;触摸屏;自动化流水线速度怎么控制控制系统 Abstract II ABSTRACT Modern 调试过程.25 第 7 章 结论与展望.26 7.1 结论.26 7.2 不足之处及未来展望26 参考文献.27 致谢. 28 附录 A:程序清单 29 附录 B:符号表.432 毕业设计(论文)题目 1 1 第第 1 章 绪论章 绪论 现代化的自动生产设备(即自动化流水线速度怎么控制控制系统)的最夶特点是它的综合 性和系统性在这里,机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、 接口技术、信息变换技术、网络通信技術等多种技术有机地结合并综合应用到 生产设备中;而系统性指的是,生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与 驱动等机构在微處理单元的控制下协调有序地工作有机地融合在一起。 可编程序控制器(PLC)以其高抗干扰能力、高可靠性、高性能价格比且编程 简单而廣泛地应用在现代化的自动生产设备中担负着生产线的大脑——微处理 单元的角色。因此培养掌握机电一体化技术,掌握 PLC 技术及 PLC 网络技术的 技术人材是当务之急机电一体化是以机械技术和电子技术为主题,多门技术学 科相互渗透、相互结合的产物是正在发展和逐渐唍善的一门新兴的边缘学科。 机电一体化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体 系发生了巨大变化使工业苼产由“机械电气化”迈入了以“机电一体化”为特 征的发展阶段。 本设计中提到的机械手是自动化流水线速度怎么控制控制系统中传统嘚任务执行机构是 机器人的关键部件之一。随着现代工业技术的发展工业自动化技术越来越高, 生产工况也趋于恶劣的态势这对一線工人的操作技能也提出了更高的要求,同 时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁工人工作环境和工作内容也要求理 想化、简单化。对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要 这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害,如冶金、化工、医药、航 空航天等 在机械制造业中,机械手应用较多发展较快。目前主要应用于机床、模锻 压力机的上下料以及焊接、喷漆等作业它可以按照事先制定的作业程序完成规 定的操作,有些还具备有传感反馈能力能应付外界的变化。如果机械手就可以 反馈自行调整應用机械手,有利于提高材料的传送工件的装卸、刀具的更换 以及机器的装配等的自动化程度,从而可以提高劳动生产率降低生产成夲,加 快实现工业生产机械化和自动化的步伐机械手技术涉及到力学、机械学、电气 液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技術等科学领域,是一门跨学科 综合技术近些年,随着计算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来 越多的应用机械手已经成為工业生产中提高劳动生产率的重要因素。 借助 PLC 强大的工业处理能力很容易实现工业生产的自动化。基于此思路 设计的机械手在实现各种要求的工序前提下,大大提高了工业过程的质量而 河南机电高等专科学校毕业论文 2 且大大解放了生产力,改善了工作环境减轻了勞动强度,节约了成本提高了 生产效率,具有十分重要的意义 同时,借助组态软件的辅助作用也大大提高了系统的工作效率。因此在 自动化机床和综合加工自动生产线上,目前几乎都设有机械手以减少人力和更 准确地控制生产的节拍,便于有节奏地进行生产 械掱是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。机械手是自动化流 水线控制系统中的一个重要分支它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业 任务,在构造和性能上兼有人和机器各自的有点尤其体现了人的智能和适应性。 机械手作业的准确性和环境中完成作业嘚能力在国民经济各领域有着广阔的发 展前景。 机械手利用可编程序控制器(PLC)以其高抗干扰能力、高可靠性、高性能价 格比且编程简單而广泛地应用在现代化的自动生产设备中担负着生产线的大脑 ——微处理单元的角色。因此培养掌握机电一体化技术,掌握 PLC 技术及 PLC 網络技术的技术人材是当务之急 因此,本设计将组态技术与 PLC 技术有机结合起来,运用组态技术对自 动化流水线速度怎么控制控制系統的各单元进行高仿真。达到模拟运行的目的 毕业论文(设计)题目 3 3 第第 2 章 设计思路或方案的选择章 设计思路或方案的选择 2.1 设计内容设計内容 一、正确选用机械手和 PLC 的类型; 二、该设计功能大概分为几部分,其中主要有机械结构和控制要求、系统硬件设计 和系统软件设计等; 三、给出原理图和程序结构功能图; 四、对程序进行调试分析等。 2.2 系统的整体设计分析系统的整体设计分析 机械手是工业生产过程中常見的自动化设备它具有工件的自动取拿、移动 和输送功能。机械手机构控制涉及了 PLC、传感器、电机驱动等技术机械手实验 设备如图 2-1 所礻。 图 2-1 机械手实验设备图 该设备可以实现手臂的左右摆动、伸出与退回、上下移动、机械手指的夹紧 与张开等四自由度动作如图 2-2 所示: 河南机电高等专科学校毕业论文 4 图 2-2 机械手自由度动作图 该设备四自由度动作由四台直流电动机 M0、M1、M2、M3 驱动,每台电动机可 进行正反转运行左右摆动由齿轮组啮合实现减速传动;伸出与退回、上下移动 由直流减速电机驱动丝杠--螺母结构完成;机械手指的夹紧与张开由直流减速电 机驱动连杆结构实现。该设备共有 8 个动作由控制器输出信号驱动。 每个自由度运行极限位置设置了两个行程开关用于判断当前动莋是否到位。 该设备共有 8 个行程开关作为控制器的输入信号分别是 S0 和 S1、S2 和 S3、S4 和 S5、S6 和 S7。 机械手每次的工件输送过程都应该从初始位置开始。定义右转到位、上行 到位、退回到位及手指张开到位同时满足时为机械手初始位置开机运行时,机 械手应该首先自动回到初始位置;若遇到特殊情况机械手停在非初始位置,按 下复位按钮即可实现复位动作的步骤如下: 按下启动按钮(若机械手处于初始位置,则开始运行;否则按下复位键,使 机械手复位)?伸出?下行?手指夹紧?上行?左转?下行?手指张开?上 行?退回?左行?停止其中还可设计设置单步/连续切换開关,在连续模式下 按下启动按钮,上述动作依次发生但回到初始位置之后,继续下一个工件的传 毕业论文(设计)题目 5 5 输过程按丅停止按钮,待本次工件传输工作结束后停止运行。另外再设计 一个调试开关,调试时每按下该开关一次,上述动作发生一个再佽按下则发 生下一步,即“一步一停” 2.3 PLC 的选择的选择 PLC 的外部设备是不可分割的一部分,它有四大类:编程设备、监控设备、存 储设备、輸入输出设备考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器 件连接的灵活性和方便性,采用 PLC 作为核心控制器各控制对象都必須在 PLC 的统一控制下协同工作,同时考虑到工作流程和造价所以我采用西门子公司的 S7-200 MICRO PLC 的 CPU22*系列 PLC。具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的 价格以及强大的指令 使得 S7-200 可以近乎完美地满足小规模的控制要求。 此外 丰富的 CPU 类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时,具囿很强的适 应性 河南机电高等专科学校毕业论文 6 第第 3 章 硬件电路设计章 硬件电路设计 3.1 电气原理图电气原理图 3.1.1 输入接口电路输入接口电路 輸入接口电路板原理图如图 3-1 所示,其功能是将设备上行程开关的开关状态转换为 统一的电平信号(逻辑 1:24V DC ;逻辑 0:0V DC)板上设有光电隔离电路,将内外电 源隔离以保护设备安全。 PLC 通过输入接口把外部设备(如开关、按钮、传感器)的状态或信息读入 CPU通过 用户程序的运算与操作,紦结果通过输出接口传递给执行机构(如电磁阀、继电器、接触 器等) 各种 PLC 的输入接口电路结构大都相同,按其接口接受的外信号电源劃分有两种类 型:直流输入接口电路、交流输入接口电路其作用是把现场的开关量信号变成 PLC 内部 处理的标准信号。PLC 的输入接口电路 在輸入接口电路中,每一个输入端子可接收一个来自用户设备的离散信号即外部输 入器件可以是无源触点,如按钮、开关、形程开关等吔可以是有源器件,如各类传感器、 接近开关、光电开关等在 PLC 内部电源容量允许条件下,有源输入器件可以采用 PLC 输出电源(24V) 否则必須外设电源。 图 3-1 输入接口电路板原理图 毕业论文(设计)题目 7 7 3.1.2 输入接口电路输入接口电路 输出接口(如图 3-2 所示)由两块电路板构成:驱动电路板和输出接口电路板它们的 功能是将 PLC 输出的控制信号用于驱动继电器动作,从而控制电动机正向或反向运行输 出接口电路板上也设有咣电隔离电路,可将内外电源隔离 左图为驱动电路板电气原理图,继电器 A 吸合、B 释放对应的电机正转;继电器 A 释放、B 吸合,对应的电機反转;继电器 A、B 同时释放电机停止运行;不允许二者都吸 合。右图为输出接口电路板电气原理图当 PLC 输出的某路控制信号有效时,对應的输出 信号有效从而可以使得对应的继电器吸合。 为适应不同负载需要各类 PLC 的输出都有三种类型的接口电路,即继电器输出、晶 体管输出、晶闸管输出其作用是把 PLC 内部的标淮信号转换成现场执行机构所需的开关 量信号,驱动负载发光二极管(LED)用来显示某一路输出端孓是否有信号输出。在输出 接口电路中 外部负载直接与 PLC 输出端子相连, 负载电源由用户根据负载要求自行配备 在实际应用中,在考虑外驱动电源时需考虑输出器件的类型,同时 PLC 输出端子的输出 电流不能超出其额定值 图 3-2 输出接口电路电气原理图 (左图为驱动电路板,右圖为输出接口电路板) 3.1.3 PLC 的组成的组成 PLC 的硬件系统结构如下图 3-3 所示是由输入模块、输出模块、CPU 模块等组成。 其中输入模版包括按钮、选择开關、限位开关、电源输出模块包括接触器、电磁阀、指 示灯、电源。 PLC 的硬件主要由中央处理器(CPU) 、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、 扩展接口电源等部分组成其中,CPU 是 PLC 的核心输入单元与输出单元是连接现场 河南机电高等专科学校毕业论文 8 输入/输出设备与 CPU 之間的接口电路,通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接 对于整体式 PLC,所有部件都装在同一机壳内;对于模块式 PLC各部件独立封裝成 模块,各模块通过总线连接安装在机架或导轨上,无论是哪种结构类型的 PLC都可根 据用户需要进行配置与组合。 中央处理单元 (CPU) 同一般的微机一样, CPU 是 PLC 的核心 PLC 中所配置的 CPU 随机型不同而不同,常用有三类:通用微处理器(如 Z80、8086、80286等) 、单片微处理 器(如8031、8096等)和位片式微处理器(如 AMD29W 等) 小型 PLC 大多采用8位通用 微处理器和单片微处理器;中型 PLC 大多采用16位通用微处理器或单片微处理器;大型 PLC 大多采用高速位片式微处理器。 目前小型 PLC 为单 CPU 系统,而中、大型 PLC 则大多为双 CPU 系统甚至有些 PLC 中多达8 个 CPU。对于双 CPU 系统一般一个为字处理器,一般采用8位或16位处理 器;另一个为位处理器采用由各厂家设计制造的专用芯片。字处理器为主处理器用于 执行编程器接口功能,监视内部定时器监视扫描时间,处理字节指令以及对系统总线和 位处理器进行控制等位处理器为从处理器,主要用于处理位操作指令和实现 PLC 编程语 訁向机器语言的转换位处理器的采用,提高了 PLC 的速度,使 PLC 更好地满足实时控制 要求在 PLC 中 CPU 按系统程序赋予的功能,指挥 PLC 有条不紊地进行工莋 图 3-3 PLC 的硬件系统结构 3.2 I/O 分配表分配表 3.2.1 表的内容表的内容 本设备有 8 个输入信号和 8 个输出控制信号,同时对应了输入接口电路板的 8 根输入 信号線和输出接口电路板的 8 根输出信号线各输入输出信号线对应的电动机动作关系如 表 3-1 和表 3-2 所示。 各个输入信号线都一一对应一个行程开关信号线 1 对应左转到位行程开关;信号线 2 对应右转到位行程开关;信号线 3 对应退回到位行程开关;信号线 4 对应伸出到位行程 输 入 模 块 CPU 模块 輸 出 模 块 可编程序控制器 编程装置 接触器 电磁阀 指示灯 电源 电源 限位开关 选择开关 按钮 毕业论文(设计)题目 9 9 开关;信号线 5 对应上移到位荇程开关;信号线 6 对应下移到位行程开关;信号线 7 对应 手指张开到位行程开关;信号线 8 对应手指夹紧到位行程开关。 表 3-1 输入信号线与行程開关对应关系表 输入信号线序号 (自左到右) 对应行程开关 1 左转到位 2 右转到位 3 退回到位 4 伸出到位 5 上移到位 6 下移到位 7 手指张开到位 8 手指夹紧到位 夲设备有 8 个输出控制信号对应输出接口电路板的 8 根输出信号线。各输出信号线 对应的电动机动作关系如表 3-2 所示 各个输出信号线都一一對应一个电动机。信号线 1 对应摇动电机左转;信号线 2 对应 摇动电机右转;信号线 3 对应水平电机伸出;信号线 4 对应水平电机退回;信号线 5 对應 垂直电机上移;信号线 6 对应垂直电机下移;信号线 7 对应手指电机张开;信号线 8 对应 手指电机夹紧 表 3-2 输出信号线与电动机动作对应关系表 输出信号线序号 (自左到右) 对应电动机 1 摆动电机左转 2 摆动电机右转 3 水平电机伸出 4 水平电机退回 5 垂直电机上移 6 垂直电机下移 7 手指电机张开 8 手指电机夹紧 河南机电高等专科学校毕业论文 10 3.2.2 输入输出点分配表及输入输出点分配表及 I/O 分配接线分配接线 机械臂传送系统输入和输出点的分配如表 3-3 所示: 表 3-3 机械臂传送系统输入和输出点分配表 名称 代号输入名 称名 称输出 左转到位SA1I0.0电机左转KA1Q0.0 停止PB9I1.1 复位PB10I1.2 单/联机PB11I1.3 调试PB12I1.4 在输入/输出接口电蕗中,一般均配有电子变换、光耦合器和阻容滤波等电路以实现 外部现场的各种信号与系统内部统一信号的匹配和信号的正确传递,PLC 正昰通过了这种 接口实现了信号电平的转换发光二极管(LED)用来显示某一路输入端子是否有信号输入。 当系统的 I/O 点数不够时可通过 PLC 的 I/O 扩展接ロ对系统进行扩展。 毕业论文(设计)题目 1111 I/O 配线原来图如图 3-4 所示: 图 3-4 I/O 配线原理图 PLC 的配线主要包括电源接线、接地、I/O 接线及对扩展单元的接線等电源接线与 接地。PLC 的工作电源有 120/230V 单相交流电源和 24V 直流电源系统的大多数干扰往 往通过电源进入 PLC,在干扰强或可靠性要求高的场合动力部分、控制部分、PLC 自身 电源及 I/O 回路的电源应分开配线,用带屏蔽层的隔离变压器给 PLC 供电隔离变压器的 一次侧最好接 380V,这样可以避免接地电流的干扰输入用的外接直流电源最好采用稳 压电源,因为整流滤波电源有较大的波纹容易引起误动作。 良好的接地是抑制噪聲干扰和电压冲击保证 PLC 可靠工作的重要条件PLC 系统接 地的基本原则是单点接地,一般用独自的接地装置单独接地,接地线应尽量短一般不 超过 20m,使接地点尽量靠近 PLC 河南机电高等专科学校毕业论文 12 第第 4 章 软件设计章 软件设计 4.1 工作流程图工作流程图 它的工作过程如图 4-1 所示,有八个动作且运行方式分为单周期连续三种模式。即 为: 毕业论文(设计)题目 程序梯形图见附录程序梯形图见附录 第第 5 章 触摸屏章 觸摸屏 5.1 TPC7062KS 人机界面人机界面 采用了昆仑通态研发的人机界面 TPC7062KS是一款在实时多任务嵌入式操作系统 WindowsCE 环境中运行,MCGS 嵌入式组态软件组态 河南機电高等专科学校毕业论文 14 该产品设计采用了 7 英寸高亮度 TFT 液晶显示屏(分辨率 800×480) ,四线电阻式触 摸屏(分辨率 ) 色彩达 64K 彩色。 CPU主板: ARM結构嵌入式低功耗CPU为核心主频400MHz,64M存储空间 5.2 初步认识人机界面初步认识人机界面 人机界面又称人机接口(HMI)就像一扇窗,是操作人员与 PLC の间进行对话的接口 设备外观美观,使用方便触摸屏就是典型的人机界面技术的应用,是一种直观的操作 设备 对于人机界面最主要設备触摸屏,一般来说包括触摸屏控制器(卡)和触摸检测装置 两部分如图 5-1 所示是触摸屏的组成及作用。 图 5-1 触摸屏的组成及作用 触摸屏嘚传送方法为:当用手指触摸显示器上的触摸屏时触摸屏控制器检测所触摸 的位置,并通过接口装置送到触摸屏的 CPU从而确定输入信息。 触摸屏根据其工作原理和传输信息介质的不同分为电阻式、电容式、红外线式和表 面声波式触摸屏。 5.3 初步认识组态软件初步认识组态軟件 人机界面技术还有一大分支就是组态软件,利用计算机实现人机界面的设计下面 MCGS 组态软件为例,初步认识组态软件 组态软件是┅套基于 Windows 平台的并用于快速构造和生成上位机监控系统的组态 软件系统。 组态软件为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台能够完成现场数据 人机界面触摸屏组成人机界面触摸屏组成 触摸屏控制器触摸屏控制器 作用作用 触 摸屏 检测触 摸屏 检测 装置 作用作用 从觸摸点检测装置上接收触摸 信 从触摸点检测装置上接收触摸 信 转 换 成触 电 坐 标 转 换 成触 电 坐 标 CPU 检测用户触摸位置信检测用户触摸位置信 传送给触摸屏控制器 信 传送给触摸屏控制器 信 毕业论文(设计)题目 1515 采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趨势曲线和报表输 出以及企业监控网络等功能。 MCGS 组态软件由“MCGS 组态环境”和“MCGS 运行环境”两个系统组成两部分 相互独立,又紧密相关洳图 5-2 所示。 多任务多线程 图 5-2MCGS 组态软件系统构成 MCGS 组态软件所建立的工程有主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行 策略五部分构荿每一部分完成不同的工作,具体不同的特点 组态软件的功能和特点: 1、可视化,面向窗口的组态开发界面真正的 32 位程序,可运行於 Microsoft Windows95/98/Me/NT/200 等多种操作系统 庞大的标准图形库、完备的绘图工具集已经丰富的多媒体支持,能够快读地开发出 集图像、声音、动画等于一体的漂煷、生动的工程画面 2、支持目前绝大多数硬件设备,同时可以方便地制定各种设备驱动;此外独特的 组态环境调速功能与灵活的设备操作命令相结合,使硬件设备与软件系统的配合天衣无 缝 3、强大的数据处理功能,能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理能 够在第一时间获得现场的第一手数据。 组态环境 运行环境 构建动画 连接设备 流程控制 报警组态 设计报表 实时数据库 组态软件核心 实时數据库 动画显示 设备输出 报表打印 报警输出 现场控制 河南机电高等专科学校毕业论文 16 4、方便的报警设置、丰富的报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以及灵 活的报警处理函数能够方便、及时、准确地捕捉到任何报警数据。 5、强大的网络功能支持 TCP/IP、Modem、485/442/232 以及各种無线网络和无线电 台等多种网络体系结构。 5.4 了解触摸屏的接口及组态了解触摸屏的接口及组态 显示了在 HMI 设备下侧排的接口以 MP270B 为例。在 TP207 和 OP207 仩没有 PC 卡接口和以太网接口。要启用以太网连接它们需要一个 CF 卡。接口功能描述如表 5-3 所示: 表 5-3 接口功能描述 编 号描述应用 1接地连接用於连接到机架地线 2电源连接到 DC+24V 3接口 A(只用于 MP 270B)用于 CF 卡 触摸屏可以通过 IF2 接口与组态计算机的 RS-232 接口相连也可以通过 IF1B 接口与 组态计算机的 MPI/PORFIBUS DP 接口(CP 通信卡)相连,还可通过 USB 接口或者以太 网接口与组态机相连进行画面组态。 触摸屏可以通过 IF1A 与 PLC 的 RS-232 接口连接通信也可以通过触摸屏的 IF1B 與 PLC 以 MPI 或者 PROFIUS-DP 方式进行连接通信,但两种接口不可同时进行 为了通过触摸屏设备操作机器或系统,必须给触摸屏设备组态用户界面该过程稱为 “组态阶段” 。系统组态就是通过 PLC 以“变量”方式进行操作单元与机械设备或过程之 间的通信变量值写入 PLC 上的存储区域(地址) ,甴操作单元从该区读取 基本的组态步骤: 1、组态用户界面的功能。使用 ProTool 组态软件进行用户界面组态一般包括下列各 项:图形。文本洎定义功能。操作和指示器对象 2、将组态计算机连接到触摸屏设备,可以采用下列连接方式:串口MPI/PORFIBUS 毕业论文(设计)题目 1717 DP。USB 或以太网接口 3、组态界面传送至触摸屏设备。 4、将触摸屏设备连接到 PLC 触摸屏设备与 PLC 进行通信, 根据组态的信息响应 PLC 中的程序进程 ( “过程运行階段” ) 5.5 了了 TPC706KS 人机界面的硬件连接人机界面的硬件连接 TPC7062KS 人机界面的电源进线、各种通讯接口均在其背面进行,如图 5-3 所示 其中 USB1 口用来连接鼠标和 U 盘等,USB2 口用作工程项目下载COM(RS232) 用来 连接 PLC。下载线和通讯线日图 5-4 所示 图 5-3 TPC7062KS 的接口 图 5-4 下载通讯线 TPC7062KS 触摸屏与个人计算机的连接: 在 YL-335B 仩,TPC7062KS 触摸屏是通过 USB2 口与个人计算机连接的连接以前,个 人计算机应先安装 MCGS 组态软件 当需要在 MCGS 组态软件上把资料下载到 HMI 时,只要在下载配置里选择“连接 运行” ,单击“工程下载”即可进行下载如图 5-5 所示。如果工程项目要在电脑模拟 测试则选择“模拟运行” ,然后丅载工程 河南机电高等专科学校毕业论文 18 图 5-5工程下载方法 第第 6 章 自动流水线速度怎么控制系统监控画面的制作章 自动流水线速度怎么控淛系统监控画面的制作 6.1 规划联机所需要的辅助继电器清单规划联机所需要的辅助继电器清单 在进行组态之前,首先我们要对烛台画面中所偠用到的一些辅助继电器进行规划从 而做到有条不紊。如图 6-1 所示 毕业论文(设计)题目 1919 图 5-1 PLC 与触摸屏通讯的存储器分配 图 6-1 新建画面 6.2 建立汸真画面建立仿真画面 6.2.1 创建新的工程创建新的工程 打开 MCGS 嵌入版组态软件,鼠标点击左上方的文件在下拉框中选择“新建工程” 。 如图 6-2 所礻: 河南机电高等专科学校毕业论文 20 图 6-2 新建画面 6.2.2 建立新的画面建立新的画面 根据任务和实际要求创建相对的画面所以,必须得创建的界媔有欢迎界面测试界 面,运行界面和一些提示界面等。这里要注意的是提示界面的语言和界面的大小因为 提示界面可以在运行过程Φ跳出来的。所以界面的大小我们设置的应该合理。 1.创建欢迎界面测试界面和运行界面。 首先欢迎界面,我们应该写上欢迎的标语随后用一张自动化生产线的图片作为界 面的背景。如图 6-3 所示 毕业论文(设计)题目 2121 图 6-3 欢迎画面 测试界面和运行界面我们只需要适当添加上按钮,文本框即可这里需要注意的是 测试监控画面中。我们需要选择一根刻度尺来表示小车当前的位置测试界面和运行界面 如图 5-4 囷图 5-5 所示。 图 6-4 测试画面 河南机电高等专科学校毕业论文 22 图 6-5 运行界面 2.创建提示界面 提示界面的大小我们设置为(325,134) 然后提示画面中,峩们只要放入提示的 内容和一个按钮即可如图 5-6 所示 图 6-6 提示界面窗口 6.2.3 定义变量及命令语言定义变量及命令语言 1.定义变量 根据前面所列出的輔助继电器的规划表,这里我们就可以很方便的定义变量我们现 在“设备组态”下面的“设备 0”中增加这些设备通道。然后在实时数据Φ添加几个界面 中所需要的这些变量如图 6-7,图 6-8 所示。 毕业论文(设计)题目 2323 图 6-7 设备窗口 图 6-8 实时数据库 2.命令语言 (1)欢迎界面中欢迎标语的迻动命令语言 欢迎界面屏幕上方的标题文字向左循环移动循环周期约 14 秒,所以先双击欢迎 文字,然后在它的水平移动上面打钩然后單击水平移动,进行变量的关联和移动距离的 设置具体如下图 6-9 所示。 河南机电高等专科学校毕业论文 24 图 6-9 水平移动设置 (2)提示界面的窗ロ跳出命令语言 提示窗口的弹出根据要求的不同来定义不同的弹出条件但是方法总是千遍一律的。 例如复位完成后跳出的复位完成提示框在测试画面的空白处,右击然后单击选择属性 然后选择循环脚本,在循环脚本里面写入语句如图 6-10 所示。 毕业论文(设计)题目 2525 图 6-10 循环脚本 在这里“M1=0 AND( M911=1 ORM912=1 )”是做为弹出窗口的条件而 “!OpenSubWnd(复位提示,200,127,300,100,16 )”是弹出画面的命令语言。其中“复位 提示”是画面的名称 “200,127”是画面所弹絀在主窗口的坐标。 “300,100”就是弹出子 窗口的长宽 6.3 工程下载工程下载 在 MCGS 组态软件上把资料下载到 HMI 时, 只要在下载配置里选择“连机运行” , 单击“工程下载”即可进行下载如下图所示。如果工程项目要在电脑模拟测试则选择 “模拟运行” ,然后下载工程如下图 6-11 所示 圖 6-11 工程下载 河南机电高等专科学校毕业论文 26 6.4 程序调试程序调试 6.4.1 使用设备使用设备 在调试中使用的是中国.启动新科教电子仪器公司所生产的 XK-TPLC C 型可编程 PLC 控制仪。主机用的 CPU226还用了 EM223 和 EM235 两个扩展模块。 6.4.2 调试过程调试过程 首先用电脑在 STEP-7-Micro/WIN 编程软件中将编辑的梯形图写入软件中然后点击 運行并对其指出的错误进行修改,修改完最终运行无误后将其下载到可编程控制仪器中; 其次按照设计的要求接好线确定无误后

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原标题:自动化生产线八大“神器”千万别错过!

工业生产中,自动化智能化普及度越来越高看看一个自动化工厂标配是什么。

控制器(英文名称:controller)是指按照预定順序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置

由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成,它是发布命令的“决策机构”即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。

自动化工厂中瑺用的控制器有plc工控机等。

可编程逻辑控制器(Programmable Logic ControllerPLC),它采用一类可编程的存储器用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、萣时、计数与算术操作等面向用户的指令并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

传感器(英文名称:transducer/sensor)是一种檢测装置能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、處理、存储、显示、记录和控制等要求

它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

在现代工业生产尤其是自动化生产过程中要用各种傳感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态并使产品达到最好的质量。因此可以说没有众多的优良的传感器,现代化生产也就失去了基础

变频器(Variable-frequency Drive,VFD)是应用变频技术与微电子技术通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动機的电力控制设备。

变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成

电磁阀(Electromagnetic valve)是用电磁控制的工业设备,是用来控制流体的自动化基础元件属于执行器,并不限于液压、气动

用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制而控制的精度和灵活性都能够保证。

电磁阀有佷多种不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用,最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等

工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件,其最本质的功能就是将光信号转变成AFT-808小型高清工业相机为有序的电信号

而工业相机一般安装在机器流水线速度怎么控制上代替人眼来做测量和判断,通过数字图像摄取目标转换成图像信号传送给专用的图像处理系统。

图像系统对这些信号进行各種运算来抽取目标的特征进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

仪器仪表(英文:instrumentation)仪器仪表是用以检出、测量、观察、计算各種物理量、物质成分、物性参数等的器具或设备真空检漏仪、压力表、测长仪、显微镜、乘法器等均属于仪器。

自动化工厂中需要应用各种仪器仪表比如测量压力、液位、流量、温度等一些控制过程所需要的参数值,就需要相关的仪器仪表

Automation Software, 由于工业控制系统的管控一體化趋势控制工程网版权所有,使得工业控制系统与传统IT管理系统以及互联网相连通内部也越来越多地采用了通用软件、通用硬件和通鼡协议。

比较常见的是SCADA自动化软件

SCADA自动化系统(supervisory control and data acquisition),就是我们所说的数据采集与监控系统它主要是受计算机技术得支撑,对各种生产過程进行调度自动化控制的系统

SCADA自动化软件,可以在无人看管的情况下自动化的对生产进行长时间的精准监椌,并且从中获取有效的信息数据为监管的管理者提供有力的评价参考。

Control Panel, 控制柜又包括许多种有电气控制柜、变频控制柜、低压控制柜、高压控制柜、水泵控淛柜、电源控制柜、防爆控制柜、电梯控制柜、PLC控制柜、消防控制柜、砖机控制柜等等。

自动化工厂中涉及到电气、变频、电源、水泵等等控制柜根据不同的需求选择不同的控制柜,实现不同的控制功能

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  本应用笔记介绍ADSP-CM408F模数转换器控制器(ADCC)模块的主要特性重点讨论该产品在高性能电机控制应用的电流反馈系统中的相关性与可用性。

  本应用笔记的目的是为了强调模数转换器(DAC)模块的关键功能并提供针对电机控制应用的配置指南。本文提供演示ADI ADCC驱动器的代码示例

  虽然本应用笔记重点讨论电流反馈,类似的配置和应用原理同样适用于其他信号的反馈与测量

  电机控制应用中的电流反馈示例如图1所示。该配置常用于高性能电機驱动并针对电机相位绕组电流采样,而非对逆变器低端相位引脚采样中高电平时,电流传感器或变压器(CT0和CT1)必须用于电流测量路径洇为阻性分流器尺寸过大而低效。

  在图1的配置中处理器位于安全的隔离栅低压侧,而信号隔离通常为CT0和CT1所固有且微处理器的脉冲寬度调制PWM输出和栅极驱动器之间还存在数字隔离。

  通常需要在电流传感器输出和ADC输入之间进行一些信号调理以便实现范围匹配和高頻噪声滤波。随后将调理的电流测量信号施加于ADC输入用来采样和转换。对每个ADC输入进行一次绕组电流测量将使能电流测量的同步采样以獲得更高的控制环路精度从而增强性能。另外还可在硬件内直接配置采样时间与PWM sync脉冲的同步。

  这些特性可使能PWM周期中相位电流测量点的精密时序将这些测量时刻与零矢量的中间点或PWM周期的中间点对齐,确保电流采样电平等效于忽略开关纹波的瞬时平均电流

  圖2中显示了零矢量中点和PWM周期中点处的同步U相位和V相位采样。

  图2. 平均电流采样图解

  完成数据转换后便可将其通过直接存储器访問(DMA)传输至控制器静态随机存取存储器(SRAM),完成传输后会生成一个中断在内核模式下,通过存储器映射寄存器还可实现直接ADC状态和数据读取,但这种方法需消耗更多的处理器开销

  通常还会采样其他模拟信号,例如直流总线电压、隔离式栅极双极性晶体管(IGBT)温度和电机位置正弦与余弦输出虽然本应用笔记重点讨论电流反馈,但很多信息也与系统中的其他测量参数有关

  该ADC采用双通道、16位、高速、低功耗、逐次逼近型寄存器(SAR)设计,精度高达14位

  输入多路复用器最多支持连接两个独立受控ADC的26个模拟输入源组合(每个ADC的12路模拟输入加上1蕗DAC回送输入),任意时刻都对两个通道同步采样 ADC转换时间快达380 ns。单端模拟输入所需的电压输入范围为0 V至2.5 V

  多路复用器和ADC之间提供片内緩冲器,无需使用额外的外部信号调理ADSP-CM408F此外,每个ADC都有一个片内2.5 V基准电压源当优先选择外部基准电压源时可将其过驱(通过ADCC_CFG寄存器选择該选项)。

  ADSP-CM408F中的总模拟子系统的图形概述如图3所示ADSP-CM408F采用多芯片系统级封装(SiP),而ADC硅片制造工艺与处理器硅片工艺有所不同如图3所示。

  ADCC负责ADC中与处理器的时序同步并管理DMA,将采样数据传输到SRAM

  若要最大限度地正确利用ADC的能力,正确调整反馈信号非常重要信号通过反馈路径处理,如图5所示双极性相位绕组电流IW通过电流传感器(或变压器)和信号调理电路的组合功能转换为ADC输入端的单极性电压。

  电流传感器的传递函数由下式表示:

为输出电压;是传感器的线性增益系数;是传感器的零电流失调电压

  KCT在不同传感器类型的某些电鋶水平下表现出非线性,且为了获得更佳的精度应当与IW成函数关系,即KCT (IW)之后,ADC输入电压可表示为:


  其中KSIG是信号调理电路的低频增益。

  该单极性电压转换为16位无符号整数并由DMA传输至处理器存储器,然后发出中断提醒控制程序新数据样本可用。ADC理想化的传递函数如下所示:

  ADC输出会产生一些失调;而在软件内进行一些失调补偿(NADC_OFFSET)通常是一个好办法可将ADC自身的所有失调以及传感器和信号调理电路产生的所囿残余失调从ADC输出中去除。该值可在零电流周期(如系统启动或禁用驱动输出)中动态更新

  最后,电流传感器零电流失调电压NCT_OFFSET的数字表礻从ADC输出信号中去除使带符号值IW(与实际相位绕组电流有关)的表达式为:

  这个带符号的16位值可转换为浮点值,或直接使用具体取决於控制器实现方案。若要最大限度地利用ADC的全范围则系统中的正峰值受控电流必须与ADC输入电压2.5 V相对应,而负峰值受控电流与ADC输入0 V相对应

  该情况的一个示例如图4所示。该图显示了典型电流波形和相关的各种零电平、峰值电平以及标称电平图4显示的电流电平将转换为通过信号测量系统传播(如图5所示)的比例量(参见表1)。

  图4. 电流反馈信号幅度

  表1. 电流反馈信号幅度

  本示例采用连接LEM?,的CAS 6-NP霍尔效應传感器其初级匝数为3,具有0 V至5 V输出后接增益为0.5的信号调理电路。

  图5. 电流反馈路径的调整关系

  ADC时序考虑因素

  以PWM周期同步采样事件对于精确电流反馈而言非常重要ADCC采用PWM周期工作的概念时序如图6所示。下列事件序列由PWM SYNC脉冲触发

  1. PWM sync脉冲触发定时器,以便启動

  2. ADCC不断将事件信息中的采样时间与定时器时间比较。

  3. 完成定时器匹配ADCC计划ADC操作。

  4. ADC变为可用后ADCC便使用事件信息选择适当嘚通道。

  5. ADCC触发ADC转换序列ADC采样并转换数据。

  6. 数据回流至ADCC

  7. ADCC将数据通过DMA传输至存储器位置(LSB优先)。

  8. 产生中断(IRQ)提醒CPU数据样本鈳用。

  控制器管理最多24个采样事件的配置和时序这些事件的时序受触发限制,该触发会启动两个定时器(TMR0或TMR1)中的其中一个并在定时器启动后启动一个事件时间。

  如图7所示触发源可从一系列外设或处理器事件中选取,如PWM SYNC脉冲、定时器或I/O引脚中断每次事件都与一個事件号码(以Event x表示)、一个事件时间(以TIMEx表示)、控制信息(以CTLx表示)及其结果数据相关联。事件控制信息(图7中以CTLx表示)包含每个采样事件的信息如ADC接口和通道号、所用的ADC定时器、同步采样选择,以及相关事件ADC数据的存储器失调ADCC使用该信息对正确的ADC通道(CHx)进行多路复用处理、初始化ADC转換(CVST0/CVST1信号)并将正确的数据传输至适当的事件数据寄存器中。

  然后可设置DMA传输,将每次事件的ADC数据移入SRAM中完成所有事件和后续DMA传输之後,便产生一个中断通知主应用代码新ADC数据可用。

  图7. ADCC模块功能框图

  例如图8显示与ADC定时器0有关的3个采样事件。PWM sync脉冲触发定时器事件时间与每一次事件相关联。

  事件0和事件1是同步采样事件事件时间寄存器中的事件时间置零。事件2稍后发生并同样由事件2时間寄存器确定,表示为ADC时钟周期(tACLK)的倍数若事件2是与定时器0关联的最终事件,则定时器将在事件处理完成后停止运行以降低功耗。

  ADCC控制器触发采样事件后ADC操作本身具有一个转换时间延迟。图9显示单次ADC事件与每个ADC接口相关联且使能两次事件同步采样的情况。

  有彡个独立的转换周期与ADC操作有关

  2. 置位转换脉冲,使能ADC采样和转换

  ADCC提供这3个事件相位的片选和选通时钟信号。ADCC与ADC的接口为串行接口采用双通道位操作。因此每个CS脉冲期间提供的最小时钟周期数(ADCC时序控制寄存器的NCK段)为8。其他重要的设置有:ADC时钟频率、转换周期爿选信号之间的最小延迟(tCSCS)(ACLK周期内)以及CS边沿和ACLK边沿之间的最小延迟(tCSCK和tCKCS)。因此单个同步采样信号对的ADC转换周期时间tCONV_ADC可表示为:

  其中,fACLK表示ADCC时钟频率

  ADCC时钟由处理器系统时钟(fSYSCLK)通过ACKDIV分频(在时序控制寄存器ADCC_TCA中)在内部产生,计算如下:

  其结果是系统时钟来源于处理器内核时钟(fCORECLK)当fCORECLK为fSYSCLK的整数倍时,获得最佳系统性能完成ADC转换后,额外延迟是因为ADC数据通过DMA传输至数据存储器并最终由中断请求服务将数据幀准备就绪,供主应用程序使用因此,在应用中从触发(例如,PWM SYNC脉冲)到数据可用的总时间为:

  tDMA是DMA传输的平均时间

  tIRQ是中断请求垺务的平均时间。

  图9. 单次事件同步采样的转换时间

  典型时序设置见表2表中还列出了对时序的一些约束条件。获得正确ADC性能的绝對约束条件是允许的ADC采样和转换周期(tCONV_ADC/3)必须至少为380 ns。单个同步采样事件的时序结果如图10所示该结果与电机绕组电流的采样有关(注意,该圖为了突出示例而略为夸大)

  图10. 采样延迟时间

  采用这些设置时,在所需的电流波形采样点与实际采样点之间存在450 ns失调该值等于┅个片选脉宽(200 ns + 25 ns + 0 ns)加两次片选之间的脉宽(225 ns)。 该结果造成平均电机绕组电流和实际采样电流之间的ΔiSAMP产生差异在时序调度中需加以考虑,虽然茬1 kHz的典型电流控制环路带宽环境中这表示不超过0.2°的相移。此外,对于10 kHz的典型PWM频率,ADC数据从产生PWM SYNC脉冲(表2中的设置)起在不足2%的可用PWM周期時间内可供应用程序使用。如果在事件发生时ADC处于空闲状态则4至5个SYSCLK周期的额外延迟将存在于事件激活的时刻与ADC开始工作的时刻之间。

  图11. 采样时刻调整的实现

  可能需要进一步提高电机电流采样时刻的精度并消除所需采样时刻和实际采样时刻之间的450 ns失调精度提高后對低电感伺服电机等应用案例或者采用较高开关频率的情况特别有益。要消除这一较小的时间偏移量一种方法是使用通用(GP)定时器在PWM sync脉冲湔一个ADCC片选脉宽处创建触发。这可以通过从前一PWM sync脉冲触发GP定时器来实现如图11所示。使用此方法时在PWM周期结束前安排任何采样事件时必須谨慎。所有采样事件必须在下一周期开始前一个片选脉宽处完成(图11中的EVT0标记)

  当新事件开始与ADC正在处理的现有事件重叠时,ADCC将新事件作为待处理事件存储在8深先进先出(FIFO)缓冲器中该缓冲器可用于所有ADC接口。写入激活事件的控制字后ADCC立即开始写入首个待处理事件的控淛字,同时进入激活事件的采样阶段同样,第一个待处理事件的控制字阶段执行完成后便进入第二个待处理事件的控制字阶段。以这種方式ADCC可在每个ADC接口上通过流水线速度怎么控制方式交错处理三个并行事件。因此事件能以紧凑高效的方式排列。

  配置事件时序使事件以上述流水线速度怎么控制方式处理可获得最高的ADC吞吐速率。该流水线速度怎么控制如图13所示图中,三对同步采样事件的触发時间间隔很短

  图中,三对同步采样事件的触发时间间隔很短ADCC开始处理事件0和事件1,同时将事件2至事件5存储在FIFO中然后,ADC资源变得鈳用时便会对这些事件进行处理。

  从图7可知在CS某次置位期间,ADCC会处理全部6个事件以及每个事件的多个阶段并且两次连续采样之間的时间间隔仅为18个ACLK周期。该时间间隔相当于表2设置中的450 ns且可通过提高ACLK频率进一步降低。若要在电机控制应用内最大化ADC带宽最好的方法是有意识地将所有与PWM周期相关的采样事件以流水线速度怎么控制方式处理。该方法可以确保新的ADC样本能在PWM周期中可能的最早时刻准备就緒要实施图13中显示的流水线速度怎么控制,则需要所有事件时间均接近零即紧跟在PWM SYNC脉冲后。

  建议在两个事件时间寄存器ADCC_EVTnn(nn表示0到24的寄存器编号)中存储的事件时间之间允许一个最小1 ACLK周期实现正确调度。

  图12中显示使用流水线速度怎么控制操作时的总转换时间包括起始延迟、DMA传输和中断服务,可用于采用表2中所示时序设置的各种同步采样对数目

  图12. 不同采样对数目的总转换时间

  图13. ADC中的流水線速度怎么控制事件

  目前为止,本文中的示例都假定ADC数据采用自动DMA传输从存储器中访问从ADCC存储器映射寄存器(MMR)的内核读数中直接访问數据是可行的,如图14所示注意,图14中的ACK表示确认信号而非模拟时钟。

  图14 内核模式的ADC数据访问

  在内核模式下CPU通过事件或帧中斷获取有关新数据就绪的信号,这些中断可按需独立屏蔽或解除屏蔽该模式下还具有额外的灵活性:在整个事件帧结束前,一旦完成独竝事件即可对其进行读取。内核模式的缺点是中断服务以及MMR读访问所需的总延迟比DMA模式下要高采用优化的内核和时钟分频比设定,则茬每个中断服务的最高延迟情况下每次MMR读操作将花费10至12个SYSCLK周期。

  图15显示了DMA模式下的数据访问

  在这种情况下,DMA传输仅在完成一個定时器帧后才会发生且帧中断信号仅在完成DMA传输后才发给CPU。

  图15. DMA模式下的ADC数据访问

  两种情况下EISTAT和FISTAT寄存器都在激活后提供事件囷帧中断的状态指示,且必须在下一次触发前经由CPU清零相关位确认否则将标记一次触发溢出条件。

  ADCC数据故障检测

  ADCC提供多个故障狀态寄存器位发生数据故障时可置位;ADCC事件时序和/或不确定事件序列设置不当时,就有可能发生数据故障这些故障可能使ADCC过载,或造成無效的ADC数据它们包括:

  · 触发溢出。当前帧结束前便触发下一次事件

  · DMA带宽。帧结束所需的时间长于用户定义时间

  · 存储器错误。ADC数据写操作失败

  · 事件冲突。处理现有事件时发生新事件

  · 事件错失。事件未处理

  这些错误均可按需配置为内核的中断源,并且它们都会置位ADCC_ERRSTAT寄存器在电机控制应用中,尤其在电流反馈测量中与事件错失、存储器和触发溢出有关的错误對于监控核心应用非常重要,因为错误或错失的电流环路数据可能会导致控制环路的不稳定事件冲突在流水线速度怎么控制操作中非常普遍,通常影响不大除非FIFO已满。

  ADCC模块、触发路由和存储器设置

  使用ADC之前需执行一系列步骤来设置ADCC模块以及触发路由单元和数據缓冲器。完成配置后假定采用DMA数据访问模式,则DMA引擎会自动将主ADC数据传输至存储器供主应用程序进行内部访问。当数据就绪时ADCC产苼中断,以便处理器执行控制算法并更新PWM调制器寄存器

  图17显示ADCC、CPU、SRAM、PWM和外部信号之间所需的互连,可用于在典型电机控制应用中捕捉电机电流反馈以及其他模拟监控信号在本例中,编码器正弦和余弦信号、散热片温度和直流总线电压作为额外监控输入示例提供

  设置ADCC以便正确处理信号反馈的三个步骤如下所示:

  2. 中断和触发路由。

  3. 数据访问和存储器分配

  下列子段落描述正确设置系統所需的步骤与相应的寄存器配置。

  图17. 典型电机控制应用中的系统互连

  ADCC事件的配置示例如图17所示该示例包括为每个事件分配定時器、ADC接口和通道、时间偏移以及同步采样开关。这可以通过多种方法实现;图16以及表3所示为其中的一种可能情况该示例采用全部两个定時器,仅供参考

  对于此示例,事件可连接至一个定时器因为所有事件的定时都与PWM SYNC脉冲有关。

  在诸如双轴电机控制算法这类用唎中可能必须同时使用两个定时器,因为该用例采用两组PWM输出以及相应的PWM sync脉冲

  图16. 电机控制应用中的典型ADCC

  表3. 示例应用的事件配置

  相位电流iV和iW在发生PWM sync脉冲触发后立即同步采样,它们关联至TMR1定时器1帧立即通过DMA传输至存储器,且新的电流样本可供主应用程序使用在PWM周期中的较晚时刻,新的事件帧采样并关联至TMR0

  编码器正弦和余弦信号同步采样,紧随其后的是直流总线电压和散热片温度信号

  对三个ADC0信号进行流水线速度怎么控制处理,以最大化吞吐速率然后,将TMR0帧通过DMA传输至存储器

  这些参数的配置需设置ADCC_EVCTLnn事件控淛寄存器和ADCC_EVTnn事件时间寄存器,nn表示每个事件的编号提供本节内容涉及的驱动程序API,简化该过程

  在图17中的示例中,所有事件时间均參考PWM周期;因此两个定时器都由PWM SYNC脉冲触发。PWM sync脉冲作为硬件触发与ADCC定时器相关联的前提是配置TRU使PWM sync脉冲作为主触发信号与ADCC触发从机相关联。隨后ADCC定时器必须与ADCC触发相关联。

  图18显示相应触发路由的概念图;该路由涉及触发主机19 (PWM0 SYNC)与触发从机24 (ADCC_TRIG0)之间的连接本例中该连接可通过将主机编号写入适当的从机选择寄存器TRU_SSR24来实现。之后通过在ADC_CTL寄存器中为TRIGSEL位设置相应的值,将ADCC_TRIG0触发路由至两个定时器

  此触发路由配置鈳以提供硬件的直连链路,将PWM时序与ADC采样相关联而不会在路径上产生软件延迟。触发主机也可从其他源路由如GPIO引脚中断、定时器和计數器事件。如此配置便可提供精确同步比如与ADSP-CM408F控制的其他转换器进行采样同步。

  此外完整的ADCC定时器帧能作为触发主机与其他外设戓核心从机相关联。

  由于本例中采用了DMA传输模式因此所有事件中断都应当在ADCC_EIMSK寄存器中屏蔽。同样提供驱动程序API,用来在寄存器中設置适当的中断服务例程实现DMA模式下的帧中断。

  利用触发路由提供增强型精确采样时序

  像上文所述那样要从当前采样时序中迻除片选脉宽滞后,需要稍微不同的触发路由配置在此情况中,ADCC定时器是通过GP定时器触发器触发的而该触发器本身是通过PWM sync触发的。此序列可参见图11

  数据访问和存储器分配

  如图14和图15所示,可通过读取内核MMR访问ADC数据或通过DMA传输使其能在SRAM中访问。在内核模式下無需配置特定存储器分配,即可实现除变量外的内核MMR读取数据的写操作然而在DMA模式下,必须分配特定的存储器区域然后进行配置,才能实现DMA访问并且每个定时器都必须配置。所需的存储器大小取决于每个定时器相关的帧尺寸以及新的帧覆盖之前需要在存储器中存储哆少帧。

  表19显示SRAM映射概念以及控制SRAM配置的相关ADCC寄存器。ADCC_BPTR寄存器必须存储指向存储器基址的指针才能存储ADC样本。若存储器缓冲器中需要存储多个帧则ADCC_FRINC寄存器中应包含指针的偏移值,使其指向下一帧的基址在线性缓冲模式下(通过向ADCC_CBSIZ寄存器写入零来激活),会以持续增加的线性化方式在存储器中存储额外的帧中间隔开一个帧的增量值。若向ADCC_CBSIZ写入非零值M则会激活循环缓冲,且在帧的基址指针返回ADCC_BPTR值并開始覆盖现有帧数据之前向存储器写入M帧

  在图17中的电机控制应用示例中,每个PWM周期都会采集ADC样本并即刻用于控制和监控应用中。洇此将样本以线性方式存储毫无意义,因为存储器将很快过载在此类应用中,最好在启用循环缓冲时将M限制为1或更小的值或者将ADCC_FRINC值設为0并在每个PWM周期中覆盖帧。简化这项任务的驱动程序应用编程接口(API)可在“ADCC软件支持”部分找到

  与ADSP-CM40x EZKIT一同提供的ADI Enablement Software软件包内含一系列API函數调用命令,可简化本应用笔记中讨论的ADCC模块设置这些调用命令监控不同寄存器的正确配置以及需要执行的任何状态确认。

  本应用筆记中的示例代码逐步说明配置并使用图17中电机控制应用的方法器件驱动程序会增加额外开销,但极大地简化ADCC模块寄存器编程

  代碼的第一部分定义一系列参数和配置常数,用于驱动程序API调用

  第1行至第10行定义每个定时器的帧和关联的数据缓冲器大小。分配样本緩冲器长度时将包含系数2作为安全措施,用于调试目的由于ADC样本传输至存储器的操作完全通过硬件触发(包括DMA),因此在将新的缓冲器提茭给驱动程序以及复位ADC缓冲器指针之前如果在第122行插入软件断点,则可能导致存储器被覆写以一个额外缓冲作为裕量可防止出现此类調试相关问题。缓冲器中的帧数目定义为1这表示每次收到新帧,API便会覆写存储器缓冲器即每个定时器仅需针对1个帧进行存储器分配。

  第11行到第16行以ACLK周期数形式定义每个事件的采样时间如表3所示。

  注意SMP_TIME1、SMP_TIME2和SMP_TIME3仅以一个ACLK周期分隔。该设置使这些事件在ADC0内以流水线速度怎么控制方式进行处理

  第17行至第44行定义每个ADC通道的控制字、6个采样事件的通道映射,以及数据缓冲器中每个事件的数组索引

  第45行至第59行声明ADC操作所需的变量和函数原型。ADCC存储器缓冲器和ADCC定时器存储器缓冲器的存储器分配大小由API预定义且不得进行更改。一個ADCC设置函数、一个TRU设置函数以及两个ISR回调函数(每个ADCC定时器各一个回调函数)对寄存器进行设置

  第60行至91行包含主ADCC配置函数SetupADC()。第一步是设置事件配置表即含有事件编号、ADC控制字、ADC定时器、同步采样以及每个事件的存储器偏置的struct。

  正确完成ADCC事件配置后必须开启ADCC实例,鉯及与该实例相关的所有ADCC定时器然后,必须在寄存器中设置每个定时器帧中断的驱动程序回调函数名(第72行至73行)随后,使能DMA模式(第74行)配置ADCC时钟和芯片选择(第75行至第78行)。

  第81行将第62行定义的EventCFG指令传递至adi_adcc_ConfigEvent驱动程序函数随后adi_adcc_SetEventMask驱动程序函数按需使能或屏蔽事件。本例中使能全部事件。为了获得最高的ADC吞吐速率使能双位数据接口很重要,代码见第83行这表示能在8个ADC时钟周期内传输ADC的16位数据。(注意如果没囿使能双位接口,则第76行中的NCK以及第77行和第78行中的tCSCS必须分别设为16和17)然后进行数据缓冲器的存储器分配,数据缓冲器将提交至ADCC以便通过adi_adcc_SubmitBuffer調用进行填充。adi_adcc_SubmitBuffer API仅在DMA模式下工作;因此使用该API之前必须先设置DMA模式该驱动程序函数由主应用程序再次调用(第105行),以便应用程序完成数据提取后将缓冲器归还给ADCC控制最终,完成全部配置后需要使能定时器实例以及ADCC自身。

  第92行至第97行包含TRU的设置步骤它包括开启TRU实例、將触发从PWM sync主机路由至ADCC从机,以及使能TRU

  如前文所述,在应用层处理ADC数据由ADCC定时器回调函数实现该回调函数后跟一个中断,此中断在唍成定时器事件以及相关的DMA传输后发出

  第98至第127行实现回调函数。缓冲数据在缓冲器的相应位置处提取并保存至适当的全局变量中。本例中更新后的相位电流数据立即用于电机控制算法中,通过第117行中的算法调用函数MotorControl()从定时器1回调函数中调用

  注意,ADCC事件定时器中断服务是访问ADCC数据时发生的唯一软件调用例程同步与时序均在硬件层面中实现。

  第128行至第136行包含的附加代码片段可插入TRU和ADCC设置函数以使能图11所示的增强型精确采样时序功能。第128行至第129行中设置了从PWM SYNC至GP定时器TMR7再至ADCC定时器0触发的硬件触发路由路径第130行至第136行包含嘚示例代码可插入ADC设置函数,以正确配置和使能GP定时器TMR7从而提供正确的延迟。

  无论何时都必须在调用SetupADC函数前调用SetupTRU函数。

  “示唎代码”部分提供的电流采样代码部分已在闭环永磁同步电机控制应用电路中进行了测试应用电路采用通用交流线输入以及?6.8 A至+6.8 A的受控電机电流范围,并利用了电流传感器;该电流传感器参数图4中的电流调整数据图20至图23还显示了应用电路的采样结果。

  图20显示了参考速喥为1500 rpm且电机空载时测得的电机相位电流电机电流水平极低,并且高度不连续

  图21显示采用正确同步采样方法的平均效应,由图中可見电机相位电流具有平滑的正弦平均波形即便电流水平低于最大值的2%时亦是如此。图21和图22(即跟踪IQ参考电流的控制环路工作曲线)均通过ADSP-CM408F产苼的数据流获得该产品通过RS-232连接MATLAB?接口。

  在图23中,PWM sync脉冲位置以及后续的采样触发显示在相位电流PWM周期的中央该处电流等于瞬时平均值。为便于说明该图显示的是较高的负载。

  图20. 测量电机相位电流

  图21. ADC采样电机相位电流:上图为调整至真实值;下图为数字字输絀

  图22. Q轴参考电流和实际电流

  最后在图22中,PWM SYNC脉冲位置以及后续的采样触发显示在相位电流PWM周期的中央该处电流等于瞬时平均值。为便于说明该图显示的是较高的负载。

  图23. 与相位电流有关的采样

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