基于RS485的FFU风机控制器设计
基于RS485的FFU风机控制器设计[20200128192856]
【摘要】
为了满足多风机过滤器单元( FFU)群控制系统的需要,设计了一种基于RS-485地FFU风机控制系统。FFU是由风机、过滤器和控制器组成。对FFU的控制是对FFU风机的调速控制,一般FFU风机常采用单相感应电动机(以下简称SPIM),因此就涉及到要对SPIM实现调系统采用RS2485总线组网,为改善传统风机过滤器单元(FFU)风机电机调速控制器的缺点和提高FFU风机电机的调速控制性能,提出了一种采用复合控制地新型FFU风机电机变频调速控制计算方法,并在此基础上设计了对应的控制器。
实验和工程应用测试结果表明,该控制器能更有效地实现对FFU风机电机的变频调速控制,验证了设计方法的正确性和优越性.而传统的FFU控制器主要采用可控硅无级调速或变压器有级调速控制等,采用这些控制方式会存在电机工作速度慢、耗电多、声音大和电流波形失真严重等问题,同时也存在控制精度不高,调速动静态性能差等缺点。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:RS485通信、FFU风机、控制器
引言 1
一、总体方案设计 2
（一）系统的构成 2
（二）控制系统的要求 3
（三）变频调速节能 3
（四）R5F212K4单片机 3
（五）交流变压调速 3
二、RS-485通信 4
（一）它具有以下特点 4
（二）RS485接口定义图 4
（三）RS-485网络的建立 5
（四）为扩展的RS-485原理图 5
三、控制系统硬件设计 5
（一）控制器的总体结构 5
（二）变频调速的原理 7
（三）FFU风机的工作原理及控制方法 8
（四）控制器的设计 9
（五）主控制电路 9
（六）全桥逆变电路 11
（七）驱动电路 12
四、控制系统软件设计 12
（一）控制软件开发 12
（二）下位机控制软件设计 13
（三）单片机通讯程序设计 15
（四）软件设计 15
五、系统可靠性设计及调试 16
（一）系统的可靠性设计 16
（二）软件系统的调试 17
（三）硬件系统的调试 17
（四）软硬件结合调试 17
结论与展望 19
附录1 20
致 谢 26
参考文献 27
引言
作为一种净化设备,风机过滤器单元FFU在各种清洁工程中得到了巨大应用。大型净化工程基本采用多台FFU组合控制,这就需要实现对数多台FFU的集中控制。RS485总线通信方式比较结构简单、低廉的价格、通信距离很远和数据传输速率适当等优点。Modbus协议是一种通用语言用于控制器上,通过此协议,控制器之间、控制器和其他设备之间可以进行通信。
因此,本文将RS2485用于FFU集合控制系统中,实现对多台FFU的一起控制。本文介绍了该控制系统的组成和操作方法,并给出了硬软件设计，实验和操作结果验证了该方案的正确性和可靠性,为FFU集控系统的网络化和自动化自动化和网络化提供了一种有效的解决办法。
近年来, 将风机和过滤器组合在一起形成自身能提供能量的风机过滤器单元,作为一种洁净设备在各种洁净工作中得到强烈使用。FFU主要由风机、过滤器和控制器等组成。对FFU的控制就是对FFU风机的变速控制,一般FFU风机常采用单相感应电动机(以下简称SPIM),因此就涉及到要对SPIM实现变速控制，而传统的FFU控制器主要采用可控硅无级调速或变压器等级调速控制等,使用这些控制方式会存在电机工作效率低、耗电多、声音大和电流波形失真等严重问题,同时也存在控制准确度不高,调速动态和静态性能不好等缺点。
所以,为了改进传统FFU控制器的缺点,此文章设计了一种基于DSCdsPIC30F3020的新型FFU变频调速控制器,利用变压变频调速控制和数字化控制技术,FFU系统控制性能得到提高的同时,还提高系统的工作速度,降低消耗。最后通过实验检验了该设计的有效有优越性。
一、总体方案设计
（一）系统的构成
在很多实际生活中，上位机和以单片机为主体的下位机所形成的现场数据采集控制系统距离比较远，并且通信环境常常十分恶劣，存在各种各样的干扰，特别会造成数据传输过程的干扰，严重的造成很多电器的损坏。为了确保可靠性的通信要求，在长距离传输时我们通常选择使用RS485串行总线接I=I标准，能有效地阻止共模信号的干扰和很好的地防止因为距离变远和速率提高而使传输信号衰减及共的噪声等干扰所造成的影响。其系统的总体设计框图如图1-1所示。
图1-1 系统的总体设计框图
基于RS485的FFU控制系统结构如图1所示。采用PC机作为上位机、多台FFU控制器作为下位机,组成集中控制系统。系统采用RS485串口为总线连接,上位机PC的通信接RS485或USB/RS485转换器后连接到RS2485通信总线;FFU控制器信号经过隔离后，由芯片SN65LBC184接到总线上,主要采用通信方式,每个下位机FFU控制器可以设定系统唯一的通信地址。
（二）控制系统的要求
本控制系统基于RS485总线设计，采用主控—RS485转换接口—主路由器—从路由器—FFU控制模块4层结构，主控最多可管理10台主路由器，每台主路由器可管理30台从路由器，从路由器不能超过255台，每台从路由器可控制30台FFU控制模块，系统最多可控制7900多台FFU风机。
技术参数
①工作电压：220V，±20%，
②最大功率：1500W
③通讯方法：RS485
④工作温度：0℃~ 50℃
⑤工作湿度：40~90%RH（40℃不凝霜）
⑥存放温度：-20℃~ +70℃
（三）变频调速节能
交流变频调速主要改变交流电动机的电源频率用来改变交流电动机的速度,这是一项较成熟的高科技成果。这项调速方法所采用的变频器是一种比较理想的高效节能调速配置,具有小、轻、安装、操作简便、调整范围、节电效果好、稳定可靠等优点，正逐步取代原有的机械调速、直流调速等装置,拥有广阔的前景。
目前，变频器以极其优秀的控制性能及其高效节能的特点在工业生产领域和民用生活领域得到了广泛的发展和应用。鉴于此设计了以PC机作为上位机、带有RS485通信接口I=I的变频器作为下位机的分布式监控软件，工作现场中大多数情况下是单机单控的工作方法。很容易造成产品效率不高，、物力、人力资源的浪费。对所有变频器进行实时数据的采集和远程监控，实时数据的采集，实时数据的从而符合生产设备的合理化设置和生产效率的极大提高。
（四）R5F212K4单片机
系统选用瑞萨R8C系列单片机R5F212K4为控制核心，芯片具有6个预定标器的多功能定时器，18位输入输出、捕捉比较定时器；20个I/O端口；2通道UART时钟同步串行接口，8个通道20位AD转换器；上电复位电路和电压集成检测电路；25个I/O端口；10个外部中断引脚等。工作频率可达20Mhz，电源电压为+2.5-5.5V，和16KB的ROM和1.5KB的RAM，合适电机控制场合的应用，因此，我们选用R5F212K6用作系统主控制芯片。
（五）交流变压调速
1. PWM调制原理
按照波形面积一样的原则，所有矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个排序的矩形波与期望的正弦波等值，这种调制方法称作正弦波脉宽调制，这种序列的矩形波简称SPWM波。
2. SPWM控制方
如果在半个周期内的正弦调制波上，三角载波只能正或负地一种极性范围内改变，结果产生的SPWM波也只处在一个极性的范围，这种叫做单极性控制方式。 假如在半个周期的正弦调制波上，三角载波在正负极性之间不停地变化，所以SPWM波也在正负之间不停地变化，叫做双极性控制方式
二、RS-485通信
（一）它具有以下特点
1. RS-485的电气特性：逻辑"1"以两线间的电压差为+（2-6）V表示；逻辑"0"以两线间的电压差为-（2-6）V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。
【摘要】
为了满足多风机过滤器单元( FFU)群控制系统的需要,设计了一种基于RS-485地FFU风机控制系统。FFU是由风机、过滤器和控制器组成。对FFU的控制是对FFU风机的调速控制,一般FFU风机常采用单相感应电动机(以下简称SPIM),因此就涉及到要对SPIM实现调系统采用RS2485总线组网,为改善传统风机过滤器单元(FFU)风机电机调速控制器的缺点和提高FFU风机电机的调速控制性能,提出了一种采用复合控制地新型FFU风机电机变频调速控制计算方法,并在此基础上设计了对应的控制器。
实验和工程应用测试结果表明,该控制器能更有效地实现对FFU风机电机的变频调速控制,验证了设计方法的正确性和优越性.而传统的FFU控制器主要采用可控硅无级调速或变压器有级调速控制等,采用这些控制方式会存在电机工作速度慢、耗电多、声音大和电流波形失真严重等问题,同时也存在控制精度不高,调速动静态性能差等缺点。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:RS485通信、FFU风机、控制器
引言 1
一、总体方案设计 2
（一）系统的构成 2
（二）控制系统的要求 3
（三）变频调速节能 3
（四）R5F212K4单片机 3
（五）交流变压调速 3
二、RS-485通信 4
（一）它具有以下特点 4
（二）RS485接口定义图 4
（三）RS-485网络的建立 5
（四）为扩展的RS-485原理图 5
三、控制系统硬件设计 5
（一）控制器的总体结构 5
（二）变频调速的原理 7
（三）FFU风机的工作原理及控制方法 8
（四）控制器的设计 9
（五）主控制电路 9
（六）全桥逆变电路 11
（七）驱动电路 12
四、控制系统软件设计 12
（一）控制软件开发 12
（二）下位机控制软件设计 13
（三）单片机通讯程序设计 15
（四）软件设计 15
五、系统可靠性设计及调试 16
（一）系统的可靠性设计 16
（二）软件系统的调试 17
（三）硬件系统的调试 17
（四）软硬件结合调试 17
结论与展望 19
附录1 20
致 谢 26
参考文献 27
引言
作为一种净化设备,风机过滤器单元FFU在各种清洁工程中得到了巨大应用。大型净化工程基本采用多台FFU组合控制,这就需要实现对数多台FFU的集中控制。RS485总线通信方式比较结构简单、低廉的价格、通信距离很远和数据传输速率适当等优点。Modbus协议是一种通用语言用于控制器上,通过此协议,控制器之间、控制器和其他设备之间可以进行通信。
因此,本文将RS2485用于FFU集合控制系统中,实现对多台FFU的一起控制。本文介绍了该控制系统的组成和操作方法,并给出了硬软件设计，实验和操作结果验证了该方案的正确性和可靠性,为FFU集控系统的网络化和自动化自动化和网络化提供了一种有效的解决办法。
近年来, 将风机和过滤器组合在一起形成自身能提供能量的风机过滤器单元,作为一种洁净设备在各种洁净工作中得到强烈使用。FFU主要由风机、过滤器和控制器等组成。对FFU的控制就是对FFU风机的变速控制,一般FFU风机常采用单相感应电动机(以下简称SPIM),因此就涉及到要对SPIM实现变速控制，而传统的FFU控制器主要采用可控硅无级调速或变压器等级调速控制等,使用这些控制方式会存在电机工作效率低、耗电多、声音大和电流波形失真等严重问题,同时也存在控制准确度不高,调速动态和静态性能不好等缺点。
所以,为了改进传统FFU控制器的缺点,此文章设计了一种基于DSCdsPIC30F3020的新型FFU变频调速控制器,利用变压变频调速控制和数字化控制技术,FFU系统控制性能得到提高的同时,还提高系统的工作速度,降低消耗。最后通过实验检验了该设计的有效有优越性。
一、总体方案设计
（一）系统的构成
在很多实际生活中，上位机和以单片机为主体的下位机所形成的现场数据采集控制系统距离比较远，并且通信环境常常十分恶劣，存在各种各样的干扰，特别会造成数据传输过程的干扰，严重的造成很多电器的损坏。为了确保可靠性的通信要求，在长距离传输时我们通常选择使用RS485串行总线接I=I标准，能有效地阻止共模信号的干扰和很好的地防止因为距离变远和速率提高而使传输信号衰减及共的噪声等干扰所造成的影响。其系统的总体设计框图如图1-1所示。
图1-1 系统的总体设计框图
基于RS485的FFU控制系统结构如图1所示。采用PC机作为上位机、多台FFU控制器作为下位机,组成集中控制系统。系统采用RS485串口为总线连接,上位机PC的通信接RS485或USB/RS485转换器后连接到RS2485通信总线;FFU控制器信号经过隔离后，由芯片SN65LBC184接到总线上,主要采用通信方式,每个下位机FFU控制器可以设定系统唯一的通信地址。
（二）控制系统的要求
本控制系统基于RS485总线设计，采用主控—RS485转换接口—主路由器—从路由器—FFU控制模块4层结构，主控最多可管理10台主路由器，每台主路由器可管理30台从路由器，从路由器不能超过255台，每台从路由器可控制30台FFU控制模块，系统最多可控制7900多台FFU风机。
技术参数
①工作电压：220V，±20%，
②最大功率：1500W
③通讯方法：RS485
④工作温度：0℃~ 50℃
⑤工作湿度：40~90%RH（40℃不凝霜）
⑥存放温度：-20℃~ +70℃
（三）变频调速节能
交流变频调速主要改变交流电动机的电源频率用来改变交流电动机的速度,这是一项较成熟的高科技成果。这项调速方法所采用的变频器是一种比较理想的高效节能调速配置,具有小、轻、安装、操作简便、调整范围、节电效果好、稳定可靠等优点，正逐步取代原有的机械调速、直流调速等装置,拥有广阔的前景。
目前，变频器以极其优秀的控制性能及其高效节能的特点在工业生产领域和民用生活领域得到了广泛的发展和应用。鉴于此设计了以PC机作为上位机、带有RS485通信接口I=I的变频器作为下位机的分布式监控软件，工作现场中大多数情况下是单机单控的工作方法。很容易造成产品效率不高，、物力、人力资源的浪费。对所有变频器进行实时数据的采集和远程监控，实时数据的采集，实时数据的从而符合生产设备的合理化设置和生产效率的极大提高。
（四）R5F212K4单片机
系统选用瑞萨R8C系列单片机R5F212K4为控制核心，芯片具有6个预定标器的多功能定时器，18位输入输出、捕捉比较定时器；20个I/O端口；2通道UART时钟同步串行接口，8个通道20位AD转换器；上电复位电路和电压集成检测电路；25个I/O端口；10个外部中断引脚等。工作频率可达20Mhz，电源电压为+2.5-5.5V，和16KB的ROM和1.5KB的RAM，合适电机控制场合的应用，因此，我们选用R5F212K6用作系统主控制芯片。
（五）交流变压调速
1. PWM调制原理
按照波形面积一样的原则，所有矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个排序的矩形波与期望的正弦波等值，这种调制方法称作正弦波脉宽调制，这种序列的矩形波简称SPWM波。
2. SPWM控制方
如果在半个周期内的正弦调制波上，三角载波只能正或负地一种极性范围内改变，结果产生的SPWM波也只处在一个极性的范围，这种叫做单极性控制方式。 假如在半个周期的正弦调制波上，三角载波在正负极性之间不停地变化，所以SPWM波也在正负之间不停地变化，叫做双极性控制方式
二、RS-485通信
（一）它具有以下特点
1. RS-485的电气特性：逻辑"1"以两线间的电压差为+（2-6）V表示；逻辑"0"以两线间的电压差为-（2-6）V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/4312.html
