基于以太網的電機控制與診斷的研究

摘要：隨著電子技術的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)領域得到初步的應用，針對工業(yè)的需求，結合實際，精選優(yōu)化各種方法，提出了1種基于以太網的電機控制與診斷方案，闡述了具體的實現過程。基于以太網的電機控制與診斷系統(tǒng)采用C8051F020單片機作為系統(tǒng)的核心控制器件，通過RTL8019AS網卡與Internet在物理上連接起來，并在C8051F020單片機嵌入了精簡優(yōu)化后的TCP/IP協(xié)議，通過單片機本身產生SPWM脈沖，控制變頻器，實現對電機的調速控制，通過參數的采集，可以有效的對電機故障進行在線診斷。

　　引言

　　基于以太網的單片機設備的控制與診斷結合先進的WEB技術與嵌入式技術，實現了PC與設備的直接跨平臺的信息交互，這樣PC就可以共享設備運行的信息，有效的實現對設備的控制與診斷。

　　1 基于以太網的電機控制與診斷的結構設計

　　基于以太網的單片機設備控制與診斷是以工業(yè)現場的三相電機為研究對象，其中包括對電機運行轉速的測量與控制，對電樞電流的采集，采集電機電勢參數，其他模相關擬量的采集。本設計的結構主體就是WEB技術與單片機和客戶機的有機結合，建立電機設備的診斷與控制模型，其模型如圖1所示。模型主要由客戶機，網絡和過程控制底層，即單片機嵌入式系統(tǒng)組成，這里采用TCP/IP協(xié)議作為嵌入式系統(tǒng)的通信協(xié)議，嵌入式系統(tǒng)的WEB服務器與客戶機的WEB服務器進行信息交互，上傳電機運行的參數，這樣客戶或是廠家均可通過網絡實現對電機的控制與在線診斷。

　　2 系統(tǒng)硬件電路的實現

　　基于以太網的電機控制與診斷系統(tǒng)以C8051F020單片機作為嵌入式系統(tǒng)的CPU,內嵌TCP/IP協(xié)議，以RTL8019AS作為網絡通信芯片，通過控制采樣開關采集電機參數和控制電機的轉速，并通過RTL8019AS網卡將采集到的溫度數據、轉速數據、電流數據、振動數據、磁場數據上傳到服務器，客戶機通過服務器之間的交互，實現數據的共享，客戶根據具體的需求，利用單片機本身產生SPWM,在變頻器模擬量輸入端輸入0~10V或4~20mA信號，通過改變輸入模擬量的大小控制變頻器的輸出頻率調解變頻器，控制電機轉速，同時根據電機參數的數值，監(jiān)控電機的運行和診斷電機的故障，其硬件電路框圖如圖2所示。

　　3 以太網幀格式

　　以太網協(xié)議有兩種，一種是IEEE802.2/IEEE802.3;另一種是以太網的封裝格式?，F代的操作系統(tǒng)均能同時支持這2種類型的協(xié)議格式，因此對我們來說只需要了解其中的一種就夠了，特別是對單片機來說，不可能支持太多的協(xié)議格式。本系統(tǒng)采用IEEE802.3以太網協(xié)議，表1給出了以太網幀格式的封裝形式。

　　表1以太網幀格式的封裝形式

　　PR:同步位。

　　SD:分隔位。

　　DA:目的地址，以太網的地址為48位(6個字節(jié))二進制地址，表明該幀傳輸給哪個網卡。