第九章 网络化运动控制系统

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1、华南理工大学第九章第九章 网络化运动控制系统网络化运动控制系统华南理工大学内容提要内容提要p数字化调速系统数字化调速系统p数字位置随动系统数字位置随动系统p网络化运动控制系统网络化运动控制系统 华南理工大学引引 言言随着微电子技术、传感技术、通信技术、计算机技术的不断发展和进步，运动控制系统已经从以往的单机控制发展到多机和网络控制。特别是现场总线技术的发展使得网络化运动控制系统更易于实现，网络化运动控制系统具有功能强、集成度高、模块化结构、体积小、数据传输快、可靠等优点，目前已广泛用于汽车、电梯、大型工业装备及生产线等领域。 华南理工大学9.1 9.1 数字化调速系统数字化调速系统数字化调速系

2、统指的是用微机处理器代替以往的模拟调速器的系统。计算机信号 采 集 转 换 隔 离放 大电 机驱动D/A 数字化调速系统结构框图 优点:n体积小n实现方便n可以实现一般的PID控制n编程实现复杂的矢量控制、非线性鲁棒控制、模糊控制等方法华南理工大学 给 定 斜波 发 生器 频率限 制 速 度 控 制 力 矩 控 制 电 流控 制西门子变频调速系统的性能组合例子西门子变频调速系统的性能组合例子该调速系统采用矢量控制方法，用户可以通过模块选择给定转速、起停特性（斜波发生器）、运行转速（转速控制）以及控制电机电流允许的最大频率和力矩。在许多场合对起停特性都有一定的要求，例如电梯的起动和停止时间是不同

3、的，过快可能造成故障或人员伤亡，过慢会增加电梯的运行时间，降低它的效率。 华南理工大学9.2 9.2 数字位置随动系统数字位置随动系统p位置随动系统位置随动系统 能使被控装置准确无误地跟随并复现给定量，这类控制系统称为位置随动系统 。p数字位置随动系统数字位置随动系统采用了数字化技术的位置随动系统称为数字位置随动系统华南理工大学数字随动系统的构成数字随动系统的构成 光 码盘 输 出位 置给定电 机位 置转 换 器速 度 转 换 器隔 离驱 动D/A速 度调 节器位 置调 节器 计 算 机 位 置给 定 + _+ _多了位置多了位置控制环控制环功能：功能：通过电机上的光码盘检测到运动位置，再与给

4、定通过电机上的光码盘检测到运动位置，再与给定位置比较计算出它们的偏差。位置比较计算出它们的偏差。通过位置调节器（如通过位置调节器（如PID）输出作为电机的速度）输出作为电机的速度给定量。给定量。华南理工大学9.3 9.3 网络化运动控制系统网络化运动控制系统p网络运动控制系统的结构p现场总线 PROFIBUS现场总线 CAN现场总线概述 华南理工大学在现代化的生产过程中，所有控制设备在现代化的生产过程中，所有控制设备都是以网络形式连接的，特别是现场总线、工都是以网络形式连接的，特别是现场总线、工业以太网、互联网技术的发展与应用，使设备业以太网、互联网技术的发展与应用，使设备的控制和通讯变得更方

5、便，可以实现远距离的的控制和通讯变得更方便，可以实现远距离的调速及控制参数的设定等。调速及控制参数的设定等。运动控制系统的发展方向运动控制系统的发展方向: 多电机及设备网络连接和控制华南理工大学9.3.19.3.1网络运动控制系统的结构网络运动控制系统的结构华南理工大学控制设备层控制设备层功能是直接控制交直流电机的变频器、矢量控制器、伺服控制器、直流调速装置，以及PLC控制器、可编程调节器、传感器等。现场总线层现场总线层功能是将所有的设备连接起来，通过总线协议进行设备之间的通讯，实现对设备的控制和数据交换，设备控制方式可以采用主从站方式和触摸屏设定及人工控制等方式。工业以太网层工业以太网层 该

6、层主要完成的工作是任务控制、调度和管理，还可以与上层公司或总部进行数据传输，接受任务和上报生产状况 。华南理工大学9.3.2 9.3.2 现场总线现场总线现场总线是20世纪80年代中期在国际上发展起来的新技术。它是应用于生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通讯的底层控制网络。现场总线负责设备的通信与控制，它的数据传输速度和可靠性决定了网络运动控制系统的有效性，是整个系统的关键部分。因此，现场总线的研究与开发是网络运动控制系统的应用的重要工作。 华南理工大学现场总线是用于过程控制现场仪表与控制室之间的一个标准的、开放的、双向的多站数字通