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奧地利貝加萊伺服電機(jī)8LSA46.R2022D100-3

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奧地利貝加萊B&R  br-automation  
奧地利貝加萊伺服電機(jī)8LSA46.R2022D100-3

貝加萊EnMon對(duì)一個(gè)企業(yè)的監(jiān)測(cè)安裝范圍包括總廠供電/供熱/供氣/供水用量(無(wú)論是地下水還是城市管網(wǎng)供水)數(shù)據(jù)采集,供水水壓,水溫等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集,各個(gè)分廠供電/供熱/供氣/供水用量數(shù)據(jù)采集,其它相關(guān)獨(dú)立核算部門(mén)數(shù)據(jù)采集等,能源消耗量能綜合比對(duì)分析(如圖6所示)。此外,EnMon還著重于對(duì)能源介質(zhì)品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控,而zui終的目標(biāo)是能效利用率zui大化。

CAN總線是目前世界上應(yīng)用zui廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一,在我國(guó)得到越來(lái)越多的應(yīng)用。多電機(jī)消隙控制模式常用于大型雷達(dá)天線控制系統(tǒng),主要用以消除其轉(zhuǎn)臺(tái)的齒輪間隙。本文以基于CAN總線和PCC的高精度多電機(jī)消隙天線控制系統(tǒng)為背景,著重描述了該系統(tǒng)的控制原理和軟、硬件設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞CAN總線;多電機(jī)齒輪消隙;天線控制系統(tǒng)

在高精度天線控制系統(tǒng)中(如跟蹤衛(wèi)星通信天線),精密跟蹤和方位控制對(duì)天線的傳動(dòng)系統(tǒng)精度提出了*的要求。但是由于存在機(jī)械加工誤差、機(jī)械磨損和傳動(dòng)齒輪之間存在一定的間隙,既影響天線控制系統(tǒng)的跟蹤精度,又影響天線控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此必須消除傳動(dòng)齒輪之間的間隙,提高傳動(dòng)精度。
為解決這一問(wèn)題,人們想了很多方法。傳統(tǒng)的方法是對(duì)機(jī)械的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。但從已知的消除齒輪間隙的方法看,它們總存在這樣或那樣的不足,如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸大、承載能力差等。因此在高精度天線控制系統(tǒng)中傳統(tǒng)的消隙方法無(wú)法使用。本控制系統(tǒng)采用多電機(jī)來(lái)消除傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的齒輪間隙,從而提高傳動(dòng)精度。
基于以上分析,該系統(tǒng)采用基于可編程計(jì)算機(jī)控制器(Programmable Computer Controller,簡(jiǎn)稱(chēng)PCC)和CAN總線的控制系統(tǒng)。多電機(jī)消隙天線控制系統(tǒng)在天線控制系統(tǒng)中應(yīng)用比較普遍,特別是對(duì)于大型雷達(dá)天線的轉(zhuǎn)臺(tái)的消隙就更為常見(jiàn)。該案例采用目前流行的CAN總線技術(shù)和PCC等工控產(chǎn)品,為實(shí)現(xiàn)天線轉(zhuǎn)臺(tái)的消隙、方位、俯仰等控制功能,提供了多電機(jī)控制的全套解決方案。該方案具有以下特點(diǎn)
(1)采用CAN總線對(duì)四臺(tái)直流調(diào)速器進(jìn)行組網(wǎng),不僅實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字控制,而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,數(shù)據(jù)通信簡(jiǎn)便,可靠性高。
(2)數(shù)字速度調(diào)節(jié)器具有力矩均衡分配和環(huán)路控制功能。
(3)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的方位、俯仰雙向轉(zhuǎn)動(dòng)均衡式消隙。
(4)高效精確的控制算法,可以實(shí)現(xiàn)天線控制系統(tǒng)精確定位、目標(biāo)跟蹤、俯仰、環(huán)掃、扇掃。
(5)實(shí)現(xiàn)三電機(jī)、雙電機(jī)或單電機(jī)的運(yùn)行(降功率)。

CAN,全稱(chēng)為“Controller  Area  Network",即控制器局域網(wǎng),是上應(yīng)用zui廣泛的總線之一。它是一種在自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)廣泛使用的多線路協(xié)議和有效地支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN的應(yīng)用范圍遍及汽車(chē)、機(jī)械、醫(yī)療設(shè)備、建筑環(huán)境以及工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)的其它很多領(lǐng)域。
CAN總線之所以能得到如此廣泛的應(yīng)用,其主要原因如下
(1)強(qiáng)有力的錯(cuò)誤檢測(cè)能力及差分驅(qū)動(dòng)功能。
(2)在十分苛刻的環(huán)境中仍運(yùn)行良好。
(3)在傳輸介質(zhì)和線路設(shè)計(jì)方面,CAN總線也十分靈活。
CAN總線具有下列主要特性
(1)低成本。
(2)*的總線利用率。
(3)相當(dāng)長(zhǎng)的傳輸距離(長(zhǎng)達(dá)10km)。
(4)高速數(shù)據(jù)傳輸速率(高達(dá)1Mbit/S)。
(5)可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制。
(6) 發(fā)送期間若由于出錯(cuò)而遭破壞的信息可自動(dòng)重發(fā)送。
(7)節(jié)點(diǎn)在嚴(yán)重錯(cuò)誤的情況下具有自動(dòng)退出總線的功能。

多電機(jī)消隙天線控制系統(tǒng)采用貝加萊公司的可編程自動(dòng)化控制器(PCC)為主控制器,并采用其Automation Studio集成軟件平臺(tái)所包含的高級(jí)語(yǔ)言BASIC編制硬件驅(qū)動(dòng)程序和速度PID算法,通過(guò)CAN總線通信實(shí)現(xiàn)對(duì)四臺(tái)直流控制器的組網(wǎng)控制,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)四臺(tái)轉(zhuǎn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的協(xié)調(diào)控制,共同驅(qū)動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)。實(shí)現(xiàn)力矩的分擔(dān)和傳動(dòng)間隙的消除,從而提高系統(tǒng)跟蹤精度

天線控制單元(即操作人機(jī)界面HMI,采用B&R的PP320觸摸屏)通過(guò)內(nèi)部IMA與多電機(jī)控制器(PCC的中央處理器模塊CP476)之間進(jìn)行通信,實(shí)現(xiàn)速度指令、狀態(tài)控制和狀態(tài)信息等遠(yuǎn)控操作。四臺(tái)直流驅(qū)動(dòng)器通過(guò)CAN總線組網(wǎng)控制,通過(guò)SSI讀取轉(zhuǎn)臺(tái)的位置信號(hào);天線控制系統(tǒng)的控保電路的信號(hào)采集等都是由多電機(jī)控制器(CP476)通過(guò)其I/O點(diǎn)(DM465數(shù)字量I/O模塊)實(shí)現(xiàn)的。這種方案不僅實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字控制,而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、接口清晰、可靠性高??梢钥闯龆嚯姍C(jī)控制器(CP476)和CAN總線的應(yīng)用是關(guān)鍵所在。

對(duì)于四臺(tái)電動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)控制一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)來(lái)說(shuō),要實(shí)現(xiàn)齒輪消隙,其中兩臺(tái)要作為速度控制模式工作,作為消隙驅(qū)動(dòng)的主電動(dòng)機(jī),提供與天線轉(zhuǎn)動(dòng)方向*的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)力矩。另外兩臺(tái)要作為力矩控制模式工作,作為消隙驅(qū)動(dòng)的從動(dòng)電機(jī),為消隙機(jī)構(gòu)的齒圈提供向后的嚙合“張緊力"。
天線控制單元HMI(PP320)通過(guò)串行接口RS-232將速度指令發(fā)送給多電機(jī)控制器(CP476),多電機(jī)控制器(CP476)通過(guò)CAN總線分別對(duì)四臺(tái)直流調(diào)速器(歐陸)實(shí)現(xiàn)速度控制和力矩控制的切換,以實(shí)現(xiàn)對(duì)天線轉(zhuǎn)臺(tái)的無(wú)間隙傳動(dòng)。

貝加萊ACOPOS 伺服驅(qū)動(dòng)
8V1010.50-2
8V1016.50-2
8V1010.00-2
8V1016.00-2
8V1022.00-2
8V1045.00-2
8V1090.00-2
8V1180.00-2
8V1320.00-2
8V1640.00-2
8V128M.00-2

8LSA45.E1022D600-3

8LSA44.EB030C100-3

8LSC46.DA060S205-3

8LSA46.EB030D300-3

8LSA46.EB030D100-3 

5W5C0000011107-000 

8V1016.50-2

8LSA35.DB060D000-3

8LSA76.R2022D100-3

8GP40-080--008S2L3

8BVI0028HCDS.000-1

X20CP3684

X20IF2792

X20CA0E61.01500

5Y20E0400002D0-000

X20CP0410  

X20PS9600

5W5C000001A008-000

8V1090.00-2

8LSA44.EB030C300-3

8LSC44.EB030D105-3

X20CA0E61.00800(8米)

5APC2100.BY34-000

8BVI0055HCDS.000-1 

8LSA35.R0030D200-0

X90CA100.02-00

X67BC81RT.L12  

8LSA25.D9060S000-3

5CFAST.256G-10

8I0IF108.400-1

5AP933.156B-00

X20AI1744-3  

8GP55-LSA44-00027

8B0M0230HC00.000-1

8EI4X5HWD10.0700-1

8LSA36.R2030D200-3

8LSA45.R2030D300-3

8LSC66.D0045D005-3

8LSA34.R2030D100-3

8EI4X5HWD10.0500-1

8LSA46.R2022D100-3

8LSA46.DA060S200-3 

8LSC76.DB015D105-3

8LSC76.DB015D305-3

5W5C0000011107-000

在嵌入式系統(tǒng)中,低功耗設(shè)計(jì)是在產(chǎn)品規(guī)劃以及設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要面對(duì)的問(wèn)題。半導(dǎo)體芯片每18個(gè)月性能翻倍。但同時(shí),電池的技術(shù)卻跟不上半導(dǎo)體的步伐,同體積的電池10年容量才能翻一倍。嵌入式系統(tǒng)對(duì)于使用時(shí)間以及待機(jī)時(shí)間的要求也越來(lái)越高,這就需要在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的時(shí)候充分考慮到整個(gè)系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)。功耗控制是一個(gè)系統(tǒng)的工程,需要從低功耗的器件選型、硬件的低功耗設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、軟件的低功耗優(yōu)化等多個(gè)方面來(lái)統(tǒng)籌考慮。上海韋米總結(jié)從以上多個(gè)角度來(lái)闡述嵌入式系統(tǒng)中低功耗設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
隨著半導(dǎo)體工藝的不斷發(fā)展,半導(dǎo)體的制造工藝也在不斷進(jìn)步,選用*工藝以及低功耗設(shè)計(jì)的元器件可以從源頭上降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗。主控芯片的選型要充分考慮到系統(tǒng)的使用場(chǎng)景,對(duì)于那些運(yùn)算任務(wù)比較多的應(yīng)用場(chǎng)景下,可以選用能耗比高的芯片來(lái)設(shè)計(jì),比如像ambiq的Apollo系列芯片,該芯片采用具有SPOT技術(shù),芯片在亞閾值穩(wěn)定運(yùn)行,可減少能源消耗近13倍,實(shí)現(xiàn)低功耗技術(shù)。
對(duì)于嵌入式系統(tǒng),電源芯片對(duì)于低功耗設(shè)計(jì)是一個(gè)很重要的器件。電源芯片自身的功耗以及轉(zhuǎn)換效率在很大程度影響電池的使用時(shí)間。進(jìn)行低功耗的穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì),需采用低功耗的LDO或者DCDC芯片,如TI的TPS797系列,自身功耗僅1.2uA。
在滿足功能需求的情況下,盡量選用帶觸發(fā)輸出功能外部器件而非需要輪詢(xún)的外部器件,這樣可以減少M(fèi)CU的運(yùn)行時(shí)間,平時(shí)MCU可以一直處于睡眠狀態(tài)下,在滿足觸發(fā)條件時(shí)有外部器件通過(guò)中斷喚醒MCU工作。硬件設(shè)計(jì)對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的功耗也有著至關(guān)重要的因素。

對(duì)外圍元器件的電源控制,采用帶關(guān)斷功能的器件,對(duì)于那些進(jìn)入低功耗模式下不需要工作的外設(shè),可以使用MOS管電路配合MCU控制對(duì)局部的電路進(jìn)行電源管理。在該設(shè)備不需要工作時(shí),盡量關(guān)斷該部分電源,以達(dá)到更低的功耗。

多級(jí)電壓設(shè)計(jì),電壓和功耗有著密切的聯(lián)系。因此功耗的降低可以考慮對(duì)于不同的電路模塊,使用不同的電壓等級(jí),可以采用DVFS動(dòng)態(tài)電壓頻率技術(shù),通過(guò)將不同電路模塊的工作電壓及工作頻率降低到恰好滿足系統(tǒng)低要求,來(lái)實(shí)時(shí)降低系統(tǒng)中不同電路模塊功耗的方法。硬件設(shè)計(jì)對(duì)于MCU的每個(gè)IO口都要避免IO口漏電流。當(dāng)外設(shè)掉電時(shí),IO口仍然會(huì)有潛在的電源輸出,所以IO口需要默認(rèn)配置成低電平或者高電平狀態(tài),避免漏電流。

軟件對(duì)功耗的優(yōu)化涉及到多個(gè)層次和方面。適當(dāng)?shù)慕档虲PU的運(yùn)行頻率,降低MCU的運(yùn)行速度,可以有效的降低運(yùn)行時(shí)需要消耗的電流,芯片的功耗和主頻是線性的關(guān)系,更高的時(shí)鐘頻率意味著更快的MCU運(yùn)行速度,那么MCU內(nèi)部CMOS電路就更快的開(kāi)關(guān)頻率,導(dǎo)致更高的運(yùn)行電流和待機(jī)電流。

合理的使用MCU的待機(jī)模式,在當(dāng)前沒(méi)有任務(wù)需要處理時(shí),將MCU進(jìn)入到低功耗的睡眠模式。對(duì)于使用嵌入式操作系統(tǒng)的嵌入式產(chǎn)品,一般都是在idle空閑任務(wù)中進(jìn)入睡眠模式,但是為了進(jìn)一步降低功耗,實(shí)現(xiàn)低功耗設(shè)計(jì),我們還不能直接把睡眠或者停機(jī)模式直接放在空閑任務(wù)就可以了,需要設(shè)計(jì)一種更*的休眠機(jī)制,比如在freertos操作系統(tǒng)中使用tickless 低功耗機(jī)制,進(jìn)入空閑任務(wù)后,首先要計(jì)算可以執(zhí)行低功耗的大時(shí)間,也就是求出下一個(gè)要執(zhí)行的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)還剩多少時(shí)間。然后就是把低功耗的喚醒時(shí)間設(shè)置為這個(gè)求出的時(shí)間,到時(shí)間后系統(tǒng)會(huì)從低功耗模式被喚醒,繼續(xù)執(zhí)行多任務(wù)。

關(guān)注每一個(gè)GPIO口電平狀態(tài),在進(jìn)入睡眠之前配置所有的GPIO口到高電平或者低電平以降低漏電流。對(duì)于外掛的傳感器以及外圍設(shè)備,也需要在進(jìn)入睡眠之前配置其功耗模式以降低消耗的電流。

合理關(guān)閉MCU內(nèi)部模塊,對(duì)于在Deep Sleep模式下不需要工作的內(nèi)部模塊都要關(guān)閉時(shí)鐘以及電源以節(jié)省功耗,同時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注模擬IO口,模擬功能一般是耗電大戶(hù),在AD/DA功能不使用的時(shí)候盡快關(guān)閉,減小使用模擬功能的時(shí)間。此外,芯片內(nèi)部SRAM由于需要不停的刷新,在睡眠模式下也需要消耗一定的電流,可以配置部分SRAM在睡眠模式下保持刷新降低功耗。

對(duì)于包含有無(wú)線功能的芯片,配置合理的待機(jī)參數(shù)以降低功耗。如比對(duì)于BLE芯片CSR1010,在進(jìn)行BLE的廣播模式下,60ms的廣播間隔的待機(jī)電流時(shí)394A,如果將廣播時(shí)間增大到1.28S,則待機(jī)電流降低到28A。對(duì)于wifi芯片,比如高通QCA4004芯片,在DTIM1情況下對(duì)應(yīng)功耗是1.5mA,在DTIM10情況下則降低到334A。

嵌入式系統(tǒng)低功耗需要綜合考慮各種可能的因素、條件和狀態(tài),需要對(duì)各種細(xì)節(jié)進(jìn)行認(rèn)真的斟酌和分析,需要對(duì)各種可能的方案和方法進(jìn)行計(jì)算和分析,盡大的努力優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的功耗,達(dá)到節(jié)省電能的目的。

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