基于LabVIEW的電機控制系統(tǒng)?

張瑤瑤 徐 寶

（1.中國空空導彈研究院凱邁機電 洛陽 471003）（2.山東大學信息科學與工程學院 濟南 250100）（3.中央軍委后勤保障部工程兵科研三所 洛陽 471023）

1 引言

隨著虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，LabVIEW被廣泛應用于各種數(shù)據(jù)采集及實時控制系統(tǒng)［1］。Lab?VIEW用戶可以根據(jù)實際需要靈活定義儀器的功能，通過不同功能模塊的組合實現(xiàn)各種功能，使用過程中不必受限于儀器廠商提供的特定功能，從而可以自主開發(fā)新功能。同時，LabVIEW軟件硬件的局限性小，易與其他儀器設備實現(xiàn)互聯(lián)。為了實現(xiàn)電機試驗臺運行過程的數(shù)字化監(jiān)控，開發(fā)了電機控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用CAN通訊方式與變頻器交換數(shù)據(jù)，抗干擾能力強，性能穩(wěn)定。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 系統(tǒng)硬件接口

系統(tǒng)硬件由ABB ACS850變頻器、西門子電機、編碼器、研華工控機等組成，如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用ABB ACS850變頻器控制22kw西門子電機，實際轉(zhuǎn)速通過E6B2-CWZ6C編碼器采集，接線圖如圖2所示，其中A、B兩相分別需要接2k歐姆的上拉電阻，采集信號送入變頻器FEN-31模塊、變頻器接收到A、B兩相脈沖量處理成轉(zhuǎn)速信號，再通過CAN通訊送給工控機；NI8512CAN卡直接插在工控機接口上，工控機通過NI 8512CAN卡給變頻器發(fā)送控制字、轉(zhuǎn)速等，接收變頻器狀態(tài)字、實際轉(zhuǎn)速等。

圖2 編碼器接線圖

2.2 變頻器參數(shù)設置

變頻器和電機連接好之后，先設置99組參數(shù)［2～7］，完成電機辨識。

編碼器參數(shù)根據(jù)所選用編碼器的型號來設置，本系統(tǒng)編碼器有關(guān)參數(shù)設置如表1所示。

表1 編碼器設置參數(shù)

為了增加CAN通訊的可靠性，CAN通訊電纜采用雙絞屏蔽電纜，總線網(wǎng)絡的兩個端點各加上120Ω電阻。

正確實現(xiàn)工控機與變頻器之間的通訊［8～9］，必須將工控機CAN卡和變頻器對應的參數(shù)設置一致，如波特率、ID等，變頻器的CAN參數(shù)設置方式如表2所示。

表2 CAN通訊設置參數(shù)

系統(tǒng)選用NI 8512 CAN卡，運用NI Database Editor來管理CAN總線的幀格式，配置基本的網(wǎng)絡；定義總線中的框架和數(shù)據(jù)交換。CAN卡與ACS850所設置的波特率、接收發(fā)送數(shù)據(jù)的ID要一致，在Database Editor軟件中，波特率對應設成1M，RPDO21 ID需設成十進制1025（十六進制401），RPDO21定義的數(shù)據(jù)格式由4個字組成，每個字占16位，分別定義為控制字、設定轉(zhuǎn)速、設定扭矩、轉(zhuǎn)矩限福。TPDO21的ID設成十進制897（十六進制381），其定義的數(shù)據(jù)格式也由4個字組成，每個字占16位，分別定義為狀態(tài)字、實際轉(zhuǎn)速、實際扭矩、電流。

ACS850的相應參數(shù)和Database Editor分別設置成功后，就可以在CAN總線上進行數(shù)據(jù)交換了。

3 軟件設計

電機控制系統(tǒng)軟件采用模塊化的設計方法［10］，如圖3所示界面中，能夠?qū)崟r顯示轉(zhuǎn)速，并同時以數(shù)值和波形兩種方式進行實時顯示，當遇到超轉(zhuǎn)速報警時，會通過指示燈進行提醒，同時對數(shù)據(jù)進行保存。當按下STOP按鈕時，電機會立即停機。

圖3 電機控制系統(tǒng)軟件主界面

變頻器和NI CAN卡按照2.2節(jié)中的參數(shù)設置好之后，就可以通過程序來控制變頻器了，流程圖如圖4所示，初始化時需要按照Database Editor中的定義格式，通過XNET Create Session函數(shù)創(chuàng)建輸入、輸出會話，之后就可以讀寫CAN數(shù)據(jù)。通過LabVIEW程序中XNET Read函數(shù)讀取變頻器中的數(shù)據(jù)，分別為狀態(tài)字、實際轉(zhuǎn)速等。

通過XNET Write函數(shù)將控制字、設定轉(zhuǎn)速等發(fā)送給變頻器，通過變頻器控制電機運行，其中本次試驗發(fā)送起動命令時，控制字的命令為047F，變頻器停止命令為04FE。

圖4 CAN通訊流程圖

4 結(jié)果

在恒轉(zhuǎn)速模式下，系統(tǒng)可穩(wěn)定控制轉(zhuǎn)速，控制精度為±2R/min。圖5和圖6所示的分別是在1500R/min和1800R/min恒轉(zhuǎn)速模式下，實際值與設定值的對比值。

圖5 實際值與設定值對比值（設定轉(zhuǎn)速1500R/min）

圖6 實際值與設定值對比值（設定轉(zhuǎn)速1800R/min）

5 結(jié)語

基于NI LabVIEW，開發(fā)了一套管理軟件，與變頻器、電機、編碼器、工控機一起構(gòu)成了一套電機控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過CAN通訊方式一直控制變頻器工作在恒轉(zhuǎn)速模式，轉(zhuǎn)速控制精度在±2R/min。系統(tǒng)具有軟件硬件急停功能，硬件拍急?；蜍浖醇蓖?，電機停機。