第九章

網(wǎng)絡(luò)化運動控制系統(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)字位置隨動系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化運動控制系統(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)、計算機技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，運動控制系統(tǒng)已經(jīng)從以往的單機控制發(fā)展到多機和網(wǎng)絡(luò)控制。特別是現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展使得網(wǎng)絡(luò)化運動控制系統(tǒng)更易于實現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)化運動控制系統(tǒng)具有功能強、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，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:體積小實現(xiàn)方便可以實現(xiàn)一般的PID控制編程實現(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，用戶可以通過模塊選擇給定轉(zhuǎn)速、起停特性（斜波發(fā)生器）、運行轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)速控制）以及控制電機電流允許的最大頻率和力矩。在許多場合對起停特性都有一定的要求，例如電梯的起動和停止時間是不同的，過快可能造成故障或人員傷亡，過慢會增加電梯的運行時間，降低它的效率。

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

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

通過電機上的光碼盤檢測到運動位置，再與給定位置比較計算出它們的偏差。 通過位置調(diào)節(jié)器（如PID）輸出作為電機的速度給定量。華南理工大學(xué)9.3網(wǎng)絡(luò)化運動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線

PROFIBUS現(xiàn)場總線

CAN現(xiàn)場總線概述

華南理工大學(xué)

在現(xiàn)代化的生產(chǎn)過程中，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，可以實現(xiàn)遠距離的調(diào)速及控制參數(shù)的設(shè)定等。運動控制系統(tǒng)的發(fā)展方向:多電機及設(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)運動控制系統(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)場總線層 功能是將所有的設(shè)備連接起來，通過總線協(xié)議進行設(shè)備之間的通訊，實現(xiàn)對設(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行數(shù)據(jù)傳輸，接受任務(wù)和上報生產(chǎn)狀況。華南理工大學(xué)9.3.2現(xiàn)場總線

現(xiàn)場總線是20世紀(jì)80年代中期在國際上發(fā)展起來的新技術(shù)。它是應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在微機化測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點通訊的底層控制網(wǎng)絡(luò)。 現(xiàn)場總線負責(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)運動控制系統(tǒng)的有效性，是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。因此，現(xiàn)場總線的研究與開發(fā)是網(wǎng)絡(luò)運動控制系統(tǒng)的應(yīng)用的重要工作。

華南理工大學(xué)

現(xiàn)場總線是用于過程控制現(xiàn)場儀表與控制室之間的一個標(biāo)準(zhǔn)的、開放的、雙向的多站數(shù)字通信系統(tǒng)。隨著計算機技術(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)場總線（FIELDBUS）為代表的互聯(lián)規(guī)范，正在迅猛發(fā)展和擴大。由于采用現(xiàn)場總線將使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)安裝費用減少并且易于維護；用戶可以自由選擇不同廠商、不同品牌的現(xiàn)場設(shè)備達到最佳的系統(tǒng)集成等一系列的優(yōu)點，現(xiàn)場總線技術(shù)正越來越受到人們的重視。華南理工大學(xué)現(xiàn)場總線的種類主要有基金會現(xiàn)場總線FFProfiBusWorldFIPControlNet/DeviveNetCANHART

重點介紹基于PROFIBUS－DP現(xiàn)場總線和CAN總線及其在網(wǎng)絡(luò)運動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用華南理工大學(xué)9.3.3PROFIBUS現(xiàn)場總線PROFIBUS現(xiàn)場總線概述

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

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

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

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

PROFIBUS－PA 用于工程自動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，特別適用于多機調(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)場總線的多機調(diào)速系統(tǒng)華南理工大學(xué)9.3.4CAN現(xiàn)場總線及在網(wǎng)絡(luò)運動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

9.3.4.1CAN現(xiàn)場總線概述9.3.4.2CAN現(xiàn)場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)場總線概述 CAN（ControllerAreaNetwork）現(xiàn)場總線最初是由德國的BOSCH汽車公司為汽車檢測和控制系統(tǒng)設(shè)計的。由于CAN總線具有通信速率高、可靠性強、連接方便、性能價格比高等諸多的優(yōu)良特點，其應(yīng)用已經(jīng)不再局限于汽車行業(yè)而是逐步走向過程控制、機械工業(yè)、機器人、數(shù)控機床等等，且已經(jīng)形成了國際標(biāo)準(zhǔn)，并已被公認為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。 CAN是一個多主機局部網(wǎng)，它的串行通信鏈路采用一條多個單元均可連接的總線。理論上，單元數(shù)目可以無限增加，實際上受到延遲時間和總線電氣負載的限制，單元數(shù)目只能控制在百余個?？偩€可以用多種方法實現(xiàn)，如差分驅(qū)動平衡雙絞線、單線（加地線）、光纖等。華南理工大學(xué)一個典型的CAN總線智能節(jié)點

華南理工大學(xué)9.3.4.2CAN現(xiàn)場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、轎廂目的樓層登記信號等采用的是CAN現(xiàn)場總線通信方式。 安全回路、變頻器和門機系統(tǒng)等重要的、時間延遲容忍度較小的信號是采用并行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) 單臺電梯雖然能完成運送乘客的任務(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電梯同時工作，為了提高這些電梯的效率，減少乘客等待的時間，必須對這些電梯進行協(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，通過分析、計算，決定出針對每個呼梯信號的最適宜的電梯進行相應(yīng)的動作。

電梯群控制的目的是尋求優(yōu)化控制策略，利用網(wǎng)絡(luò)化運動控制的優(yōu)勢，優(yōu)化調(diào)度多部電梯以提高電梯的運行效率和服務(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，因此將每臺電梯內(nèi)部呼梯盒間構(gòu)成一個完整的CAN網(wǎng)絡(luò)，在不采用群控技術(shù)時，單臺電梯無須做軟硬件上的更改仍然正常能夠使用。