一种智能马达控制箱的控制系统及方法

技术领域

本发明涉及马达控制技术领域，尤其涉及一种智能马达控制箱的控制系统及方法。

背景技术

基于PROFINET的远程I/O设备的开发具有广阔的市场前景，由于它既可以应用于PROFIBUS系统中，又可以提供接口使数据传输到工业以太网中，为设备的升级提供了一个低成本的解决方案。

在国内，研究的主要内容还是通用型PROFINET设备的使用及实际应用中碰到的各种问题的解决方法，包括组态中各种参数的设置、程序的编写等，在协议、实时性和产品开发等方面研究较少。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，而提出的一种智能马达控制箱的控制系统及方法，利用通信模块完成了与主站的通信，利用控制模块上的驱动模块，实现了对马达驱动器的控制与信号检测，从而实现对马达转向的控制，实现简便操作、运转状态可视化和高速控制，在不同的设置下均能实现快速反应、准确显示电机状态的智能马达控制箱。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种智能马达控制箱的控制系统，包括通信模块、显示屏、电机驱动模块和控制模块，其特征在于，所述信模块、显示屏、电机驱动模块和控制模块以电信号方式连接；

所述通信模块，通过加载的固件与PLC主站的PROFINETIO总线通信，通信速率为100Mbit/s；所述控制模块连接有FSMC并通过FSMC与控制模块完成数据交换；

所述电机驱动模块与控制模块连线，接收控制模块的控制信号，反馈电机报警信息，所述电机驱动模块采用的是电机驱动器，所述电机驱动器通过继电器控制开合；

所述显示屏通过232总线与控制模块通信，接收并显示当前的电机驱动器转动信息，并显示记录的继电器开合次数，可通过点击显示屏屏幕，发送电机复位信号，将电机运转信息可视化，构建人机交互；

所述控制模块通过任务自动调度的方式，完成了与PLC主站的总线通信、显示屏的信息交互和电机驱动器的通信，各任务之间相互独立，保证了通信的准确性、控制的快速性。

优选地，所述通信模块采用的是赫优讯的COMX51-CA-RE通信模块。

优选地，所述显示屏采用的是电容屏。

优选地，所述控制模块还包括处理器，所述处理器与通信模块通过FSMC建立连接，实现与PLC主站的PROFINETIO总线通信。

优选地，所述控制模块由采用STM32F407芯片作为处理器，搭载FREERTOS操作系统。

优选地，所述通信模块采用的是COMX51-CA-RE,通过加载固件包并构建与PLC的网络组态，实现与PLC主站的PROFINETIO总线通信，通信模块通过FSMC与控制模块实现信息的交互。

优选地，所述控制模块通过FSMC将通信模块的存储区域虚拟映射在处理器地址上，实现了与PLC主站的PROFINETIO总线连接。

优选地，所述控制模块接收来自主站的电机控制命令，通过控制板上的驱动电路，对电机驱动器发出控制信号，控制电机运转方向。

优选地，所述控制模块与显示屏通过232总线建立连接，显示当前控制线故障信息、电机运转状态、电机故障信息显示和继电器计数显示，可通过点击触摸屏实现电机复位功能。

本发明还包括一种智能马达控制箱的控制方法，包括以下步骤：

S1，开始状态对通信模块、控制模块以及涉及串口、FSMC初始化；

S2，通过通信模块进行创建任务并进行时间片调度，确定进程允许运营的时间；

S3，对创建的任务进行判断，任务判断包括任务一、二、三；

A1，任务一：输入状态显示，紧接着进行继电器计数显示，再者进行故障信息显示；

A2，任务二：通过PLC通信打开指定电机，然后进行计数清零；

A3，任务三：输出状态显示，紧接着电机运转状态显示，最后执行电机复位信号检测；

S4，将S3中任务一、二、三的故障信息显示、计数清零、执行电机复位信号检测的结果传递并进行S2中的时间片调度，紧着进行任务判断，依次循环。

本发明的有益效果为：

本发明利用通信模块完成了与主站的通信，利用控制模块上的驱动模块，实现了对马达驱动器的控制与信号检测，从而实现对马达转向的控制，实现简便操作、运转状态可视化和高速控制，在不同的设置下均能实现快速反应、准确显示电机状态的智能马达控制箱。

附图说明

图1本发明电机马达控制箱的控制系统架构图；

图2本发明电机马达控制箱的控制系统程序流程图；

图3本发明电机马达控制箱的控制系统中主控芯片的电路原理图；

图4本发明电机马达控制箱的控制系统中输入端口的电路原理图；

图5本发明电机马达控制箱的控制系统中电机控制端口的电路原理图；

图6本发明电机马达控制箱的控制系统中输出端口的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1、3-6，一种智能马达控制箱的控制系统，包括通信模块、显示屏、电机驱动模块和控制模块，其特征在于，所述信模块、显示屏、电机驱动模块和控制模块以电信号方式连接；

所述通信模块，通过加载的固件与PLC主站的PROFINETIO总线通信，通信速率为100Mbit/s；所述控制模块连接有FSMC并通过FSMC与控制模块完成数据交换；其中，进一步解释：将官方提供的PROFINETIO总线的固件包下载进入通信模块，利用PLC主站构建网络组态，实现通信模块与PLC的通信连接，完成数据交互。将通信模块安装在控制模块上，控制模块通过FSMC实现地址映射，读取存储在通信模块上的PLC发送的数据；

其中，对PROFINETIO进一步解释：针对PROFINETIO接口电路的设计，市面上支持PROFINETIO协议的芯片较少，比较成熟的有西门子公司的ERTEC系列芯片和赫优讯公司的netX系列芯片。经对比分析，本文采用赫优讯公司的网络控制器芯片NETX100设计PROFINETIO接口电路；NETX100是适用于智能PROFINETIO从站开发的通信协议芯片，深度集成了的PROFINETIOV2.3协议，通过与主控芯片STM32F407ZGT6的协同工作实现从站的PROFINETIO的通信功能；PROFINETIO的物理层采用了RJ45传输技术，一片NETX100芯片可外扩两个RJ45接口；

所述电机驱动模块与控制模块连线，接收控制模块的控制信号，反馈电机报警信息，所述电机驱动模块采用的是电机驱动器，所述电机驱动器通过继电器控制开合；

所述显示屏通过232总线与控制模块通信，接收并显示当前的电机驱动器转动信息，并显示记录的继电器开合次数，可通过点击显示屏屏幕，发送电机复位信号，将电机运转信息可视化，构建人机交互；

所述控制模块通过任务自动调度的方式，完成了与PLC主站的总线通信、显示屏的信息交互和电机驱动器的通信，各任务之间相互独立，保证了通信的准确性、控制的快速性。

本发明中，所述通信模块采用的是赫优讯的COMX51-CA-RE通信模块；主控芯片STM32F407就可以与comX51-CA-RE模块进行数据交换了；comX模块中保存并运行有PROFINETIO协议堆栈，该协议栈会自动将主控芯片STM32F407发来的循环数据和非循环数据发送到工业以太网PROFINET上；数据传输的方式包括以下两种：

(1)循环数据的传输方式：循环数据的传输需要调用IO映像服务的过程数据映像，循环数据存储在过程数据映像中，最大可达2048个字节，输入数据和输出数据分别存储在可独立操作的内存中；

(2)非循环数据的传输方式：非循环数据在主控芯片与comX51CA-RE模块之间的传输是通过邮箱功能实现的，并以报文的形式进行传输。可以实现过程、诊断报警等功能，每个报文最大为1024个字节；

本发明中，所述显示屏采用的是电容屏，其中，电容屏为迪文科技的电容屏；

本发明中，所述控制模块还包括处理器，所述处理器与通信模块通过FSMC建立连接，实现与PLC主站的PROFINETIO总线通信。

本发明中，所述控制模块由采用STM32F407芯片作为处理器，搭载FREERTOS操作系统，之所以选择STM32F407芯片作为处理器，因为STM32F407整合了高速嵌入式存储器，Flash存储器和系统SRAM的容量分别高达1M字节和192字节，以及大量连至2条APB总线、2条AHB总线和1个32位多AHB总线矩阵的增强型I/O与外设；还带有自适应实时存储器加速器(ART加速器)，在高达168z的CPU频率下，程序在Flash存储器中运行时，可以实现相当于零等待状态的运行性能。此外，带有3个12位ADC模块、2个DAC模块、1个低功耗RTC、12个通用16位定时器(包括2个用于马达控制的PWM定时器)、2个通用32位定时器，1个增强型灵活静态存储器控制(FSMC)接口，且STM32F407丰富的功能和外设和低廉的价格；

本发明中，所述通信模块采用的是COMX51-CA-RE,通过加载固件包并构建与PLC的网络组态，实现与PLC主站的PROFINETIO总线通信，通信模块通过FSMC与控制模块实现信息的交互；其中，结合赫优讯的COMX51-CA-RE通信模块，通信稳定，传输速度快，具有很高的运行可靠性和功能的多样性；并具有短路保护功能，为控制器和马达提供了良好的保护；

其中对COMX51-CA-RE通信模块进一步解释：工业以太网模块comX51-CA-RE上集成了netX芯片及其外围电路，netX芯片与主控芯片之间的通讯是依靠双端内存接口DPM进行的，此时，netX可以被看作是主控芯片的一个存储器；

嵌入式模块comX51-CA-RE提供给用户的硬件接口为一个50根管脚的排针连接头，即双端内存接口DPM，该连接头包含了与主控芯片通信必备的控制线如读写使能信号、16位数据总线D0～D15和14位地址总线A0～A13；控制线包括：BHE#、RES#、RD#、INT#、WR#、CS#，这些控制线决定了数据的读取、双处理器的握手等操作；用户通过对双端内存接口DPM的访问来与comX模块进行通信，此时comX模块类似一个SRAM，通过控制总线写信号WR#，读信号RD#和片选信号CS#来控制双端内存接口DPM的访问；这些控制信号均为低有效；当comX模块向DPM的特殊握手单元写入数据时，输出中断信号INT#给主CPU；握手单元用于comX模块和主控芯片间的同步，并设置有握手位；在主控芯片读取握手单元后，中断自动清零；当主控芯片访问comX模块时，BUSY#信号用来插入等待，当它为低时，表示comX当前忙，主系统必须保持当前的传输；

对双端内存接口DPM的所有访问都先与netX时钟同步，然后转换到其内部访问周期；这些都需要时间，为了管理访问时序，使用发送给主系统的BUSY信号来延长当前访问周期直到数据能够被读写；

当片选信号CS#和读信号或者写信号为低时，一个访问周期开始；在整个周期，地址线必须保持稳定；在访问时，切换地址是不可能的；在两个访问周期必须有间隔时间；

此外，还设计comX诊断电路，通过comX诊断电路，可以给comX模块下载新的固件、进行文件配置以及在通讯过程中对comX的运行状况进行诊断；

本发明中，所述控制模块通过FSMC将通信模块的存储区域虚拟映射在处理器地址上，实现了与PLC主站的PROFINETIO总线连接。

本发明中，所述控制模块接收来自主站的电机控制命令，通过控制板上的驱动电路，对电机驱动器发出控制信号，控制电机运转方向。

本发明中，所述控制模块与显示屏通过232总线建立连接，显示当前控制线故障信息、电机运转状态、电机故障信息显示和继电器计数显示，可通过点击触摸屏实现电机复位功能；对此进一步解释：显示屏接收来自控制模块的指令并解析，将控制箱的故障报警、电机运转状态、电机故障信息和继电器计数等信息显示在屏幕上，便于工作人员操作和维护控制箱；对于偶然发生电机故障情况，工作人员能通过点击屏幕上的电机复位键，实现电机复位；且继电器使用次数达到寿命时，屏幕会提示，并可通过点击继电器次数复位键实现复位；

其中，该系统使用前进行调试：在调试智能马达控制器时，需先将PROFINET主站控制器PLC通过交换机与智能马达控制器相连；先接通+24V电源，观测显示屏，显示信息,各个信息显示无误；在将编辑好的PLC程序导入，依次调试各个智能马达启动器能否根据指令做出正确的行为PLC变量地址与控制器控制的马达存在对应关系,如％IB68，是8_Bytes_input的第一个，是一个16进制的数，有8位，每一位对应的是一个马达的状态。

参照图2，本发明还包括一种智能马达控制箱的控制方法，包括以下步骤：

S1，开始状态对通信模块、控制模块以及涉及串口、FSMC初始化；

S2，通过通信模块进行创建任务并进行时间片调度，确定进程允许运营的时间；

S3，对创建的任务进行判断，任务判断包括任务一、二、三；

A1，任务一：输入状态显示，紧接着进行继电器计数显示，再者进行故障信息显示；

A2，任务二：通过PLC通信打开指定电机，然后进行计数清零；

A3，任务三：输出状态显示，紧接着电机运转状态显示，最后执行电机复位信号检测；

S4，将S3中任务一、二、三的故障信息显示、计数清零、执行电机复位信号检测的结果传递并进行S2中的时间片调度，紧着进行任务判断，依次循环。

上述方法以及结合图2所示，通过任务自动调度的方式，完成了与PLC的总线通信、触摸屏的信息交互和电机驱动器的通信，各任务之间相互独立，保证了通信的准确性、控制的快速性。通过FSMC将通信模块的存储区域虚拟映射在处理器地址上，实现了与PLC主站的PROFINETIO总线连接。控制模块接收来自主站的电机控制命令，通过控制板上的驱动电路，对电机驱动器发出控制信号，控制电机运转方向。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。