將 RS-485 用于數字發(fā)動(dòng)機控制應用

I. 簡(jiǎn)介

數字發(fā)動(dòng)機控制采用數字處理器來(lái)控制電動(dòng)機的運轉。一般情況下數字處理器可采用一種或多種反饋方式，使其構成一個(gè)閉環(huán)系統。這可比作模擬控制系統和開(kāi)環(huán)傳動(dòng)系統。

許多應用都采用了數字發(fā)動(dòng)機控制，包括存儲設備（如：磁盤(pán)驅動(dòng)器）、工業(yè)機器人、高精度半導體制造、打印機以及復印機等。

圖1 ：數字發(fā)動(dòng)機控制框圖

a. 發(fā)動(dòng)機設備

數字發(fā)動(dòng)機控制可采用多種類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機。最常用的類(lèi)型是超小功率旋轉發(fā)動(dòng)機。它們可以進(jìn)一步分為AC、DC電刷或DC無(wú)電刷型，這主要取決于其整流方式。小型發(fā)動(dòng)機的尺寸設計一般取決于框架尺寸和瓦功率。而一般像 AC 型這樣較大的發(fā)動(dòng)機，是根據其馬力功率進(jìn)行分類(lèi)的。盡管旋轉發(fā)動(dòng)機是最常用的類(lèi)型，但也可獲得其他類(lèi)型，如：線(xiàn)性發(fā)動(dòng)機以及帶各種傳動(dòng)裝置的減速發(fā)動(dòng)機（gearhead motor）。

圖 2：旋轉發(fā)動(dòng)機

b. 反饋

為提供有關(guān)位置、速度、扭矩或傳動(dòng)系統其他動(dòng)力屬性的反饋，需要具備反饋傳感器。最常用的反饋傳感器可能是旋轉編碼器，它是由安裝在發(fā)動(dòng)機軸上、帶有變化條帶的轉輪構成的。在發(fā)動(dòng)機轉動(dòng)時(shí)，光傳感器會(huì )檢測條帶的經(jīng)過(guò)并生成電信號，控制器可利用這些信號來(lái)確定發(fā)動(dòng)機的轉動(dòng)情況。其他類(lèi)型的傳感器為轉速計、同步器和分解器，這些均是基于電感的傳感器；另外還有基于電磁的霍爾效應傳感器以及基于電阻的電位計。

無(wú)論采用哪種傳感器方式，數字控制器必須重復采樣傳感器信號，以便不斷了解系統的當前動(dòng)力運轉情況。根據系統對速度、動(dòng)力響應及精度的要求，反饋采樣率可超過(guò)每秒幾千次采樣。

c. 控制器

無(wú)論是數字控制器還是模擬控制器，都需要與系統的預定轉動(dòng)和實(shí)際動(dòng)力進(jìn)行比較，同時(shí)處理相關(guān)輸入，來(lái)產(chǎn)生對傳動(dòng)裝置的控制信號。如果采用數字控制器，會(huì )需要一些附加任務(wù)，包括系統啟動(dòng)例程、診斷程序、通信控制以及多個(gè)采樣傳感器。

數字控制器可能像專(zhuān)用計算機處理器般復雜，也可能如單芯片編程門(mén)陣列般簡(jiǎn)單。設計人員不僅可設計出具有為傳動(dòng)控制而優(yōu)化的功能的數字信號處理器，還可設計出具有可變功能的微控制器，以便實(shí)現適應眾多應用的最佳解決方案。請參見(jiàn) 上的"數字控制"部分。

d. 數據傳輸

本節將重點(diǎn)討論在發(fā)動(dòng)機控制和傳動(dòng)控制應用中采用 RS-485 的優(yōu)勢。如下所述，該技術(shù)在與抗擾性、廣泛的共模范圍、充足的數據速率以及多點(diǎn)功能有關(guān)的這些應用中具有眾多優(yōu)勢。其他應用也采用 RS-485 信令，以期利用這些相同優(yōu)勢。因此，諸如過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò )、工業(yè)自動(dòng)化、遠程終端、建筑自動(dòng)化和安全系統等應用均廣泛采用了RS-485，以便滿(mǎn)足對強大可靠的遠距離數據傳輸的需要。通常 RS-485 信令與 Profibus、Interbus、Modbus 或 BACnet 一起使用，這些協(xié)議都是針對最終用戶(hù)的特殊需求而量身定做的。

如果 R-485 的優(yōu)勢不足以滿(mǎn)足需求，還可以采用其他信令技術(shù)。例如，RS-232 或 RS-422 信令技術(shù)在某些應用中可能是非常適用的，而在另外一些應用中可能會(huì )首選CAN（控制器局域網(wǎng)）或 EtherNet/IP（行業(yè)協(xié)議），因為它們可與現有網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行兼容。對于高速應用以及對長(cháng)途及共模電壓要求不高的情況，M-LVDS可提供較低的功耗。在 上的應用手冊"總線(xiàn)方案對比"中討論了多種替代方法。

e. 基本拓撲

在所示的傳動(dòng)控制應用示例中，需要特別注意多個(gè)不同接口的數據傳輸問(wèn)題。下表說(shuō)明了信號的多種分類(lèi)并總結了信令速度和信號電平的關(guān)鍵特性。

表1：典型傳動(dòng)控制系統中的信號 信號說(shuō)明典型速度典型電平 傳動(dòng)指令數字（脈沖或二進(jìn)制編碼）可達 10MbpsTTL 或 CMOS 邏輯 模擬達到系統的伺服帶寬10V 典型范圍 傳動(dòng)反饋數字（脈沖或二進(jìn)制編碼）可達 10MbpsTTL 或 CMOS 邏輯 位置反饋同步器、分解器（正弦）可達 10kHz

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