1 引言 作為異步電機控制的一種方式，矢量控制技術已成為高性能變頻調速系統(tǒng)的可靠方案。但是，目前基于這種控制技術的應用系統(tǒng)基本上采用的是現(xiàn)場控制的方法，以提高電機的動態(tài)性能為主，硬件部分多數(shù)采用8位或16位單片機，因此，難以實現(xiàn)控制的網絡化和高級功能的擴展。以太網技術的飛速發(fā)展，要求企業(yè)從現(xiàn)場控制層到管理層能實現(xiàn)全面的無縫信息集成，并提供一個開放的基礎架構，通信技術的進步也使得以太網進人電機控制領域成為可能。 本文在通用變頻器一異步電動機調速系統(tǒng)的基礎上，采用Philips公司基于ARM內核的LPC2210微控制器和RealTek公司的以太網控制器RTL8019AS，組成以太網異步電機矢量控制系統(tǒng)。 2 系統(tǒng)結構 由嵌人式以太網構成的異步電機矢量控制系統(tǒng)如圖1所示。以太網控制器RTL8019AS與上位機之間的通訊以TCP/IP協(xié)議為基礎，采用面向連接的編程模式確保數(shù)據準確無誤地傳送。LPC2210微控制器與異步電機形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，完成矢量控制算法、PWM脈沖輸出等功能。 3 LPC2210特點 ARM控制器采用PHILIPS公司生產的基于ARM7TDMI- S核的芯片LPC2210。該芯片支持64位結果的乘法，半字、有符號字節(jié)存取；Thumb指令集；32 X 8DSP乘法器；32位尋址空間；它還包含Embedded ICE模塊，以支持嵌入式系統(tǒng)調試；調試硬件有JTAG測試訪問端口。 4 以太網控制器模塊 RTL8019AS是帶有即插即用功能的全雙工以太網控制器，它的主要特點包括：符合Ethernet II與IEEE802.3標準；全雙工，收發(fā)可同時達到lOMbps的速率，內置16kB的SRAM，用于收發(fā)緩沖，減低對主處理器的要求；支持UTP、AUI、BNC,自動檢測，還支持對lOBaseT拓撲結構的自動極性修正。 5 系統(tǒng)主電路 5.1控制電路 基于嵌人式以太網的異步電機矢量控制系統(tǒng)主要由網絡控制器單元、控制系統(tǒng)主回路、檢測回路、數(shù)字控制器等組成。系統(tǒng)硬件結構圖如圖2,所示。系統(tǒng)主電路采用交-直-交電壓源型變頻器，采用二極管整流器和由六管封裝的工GBT功率模塊組成的逆變器，此變頻器可以和通用的籠型異步電動機配套使用。 三相交流電源經不可控整流器變換為電壓恒定的直流電源，再經過由IGBT組成的PWM逆變器得到可調的交流電壓，給異步交流電機供電。 檢測回路包括電壓、電流、溫度和轉速檢測。其中電壓、電流和溫度檢測由A/D轉換通道變?yōu)閿?shù)字量送入控制器，速度檢測環(huán)節(jié)采用光電式旋轉編碼器，可將檢測到的電機轉速反饋至控制器。 各種故障的保護由電壓、電流、溫度等檢測信號經信號處理電路進行分壓、光電隔離、濾波、放大等綜合處理，再進人A/D轉換器，輸人給CPU作為控制算法的依據，或者作為開關電平產生保護信號和顯示信號。 網絡控制器RTL8019AS內部有兩塊RAM區(qū)。一塊16K字節(jié)，地址為0x4000～Ox7fff；一塊32字節(jié)，地址為0x0000～0x001 f。RAM按頁存儲，每2.56字節(jié)為一頁。芯片內部集成DMA控制器、ISA總線控制器和網絡PHY收發(fā)器。程序員可以通過DMA方式把需要發(fā)送的數(shù)據寫入片內SRAM中，讓芯片自動將數(shù)據發(fā)送出去；而芯片在接收到數(shù)據后，程序也可以通過DMA方式將其讀出。在全雙工模式下可以同時進行數(shù)據的收發(fā)。 數(shù)字控制器是系統(tǒng)的核心，選用ARM核微控制器LPC2210,用來完成矢量控制算法、PWM脈沖的產生、相關電流的檢測處理、與上位機的通信等功能。微控制器LPC2210集成有16kB片內靜態(tài)RAM；2個32位定時器帶4路捕獲和4路比較通道；實時時鐘（RTC）和看門狗；向量中斷控制器（VIC），可配置優(yōu)先級和向量地址；通過外部中斷將處理器從掉電模式中喚醒；可通過個，別使能/禁止外部功能來優(yōu)化功耗；其自帶的6路PWM脈沖輸出經過驅動電路產生SPWM信號，控制功率開關晶體管；8路10位A／D轉換器，可用于接收系統(tǒng)的電壓與電流反饋。由于該控制器自身不具有ROM，因此外接容量為2MB的CMOS型Flash ROM器件SST39VF 160來存儲放掉電后仍需要保存的代碼和數(shù)據。同時，外接容量為8 MB的SDRAM器件IS42S16400以提高存儲器訪問速度。 5.2 RTL8019AS與LPC2210的接口設計 RTL8019AS有三種工作方式：第一種為跳線方式，網卡的I/0和中斷由跳線決定；第二種為即插即用方式，由軟件進行自動配置；第三種為免跳線方式，網卡的I/0和中斷由外接的93C46里．的內容決定。在嵌人式應用場合，為了減少連線，降低成本，置65引腳高電平，選擇跳線方式。 網卡控制器引腳BDO-BD3設定網卡芯片的I/0地址范圍，此處硬件初始化為300H-31FH。SAO～SA 19為網卡的地址線，從基地址范圍可以看出SAO -SA4共5個引腳即可完成LPC2210對RTL8019AS的片選功能。ARM控制器數(shù)據總線的低16位接ISA網卡的16位數(shù)據線，置IOCS16為高電平，設置網卡為16位工作模式。由于LPC2210是按照字節(jié)編址，因此，處理器的地址需要偏移一位，即系統(tǒng)的A1接RTL8019AS的SAO，依次類推。LPC2210是3．3V的器件，而ISA總線是SV的，所以信號線間通過串接470 Ω電阻，進行電平轉換。網絡控制器RTL8019AS與LPC2210的接口電路如圖3所示。 6 結束語 隨著控制技術和網絡技術的發(fā)展，對于控制系統(tǒng)的高效性要求和現(xiàn)場控制與上層管理的整合變得日益迫切。ARM控制器LPC2210以及以太網控制器RTL8019AS能在保證控制效果的同時很好地滿足遠程控制的要求。本文僅對RTL8019AS以及LP C2210用于異步矢量電機控制做了初步的探索，但是如果該嵌人式以太網技術用于實際的異步矢量電機控制系統(tǒng)，還需要做進一步的改進和完善。