基于LabVIEW的电机控制系统∗

张瑶瑶 徐 宝

（1.中国空空导弹研究院凯迈机电 洛阳 471003）（2.山东大学信息科学与工程学院 济南 250100）（3.中央军委后勤保障部工程兵科研三所 洛阳 471023）

1 引言

随着虚拟仪器技术的发展，LabVIEW被广泛应用于各种数据采集及实时控制系统［1］。Lab⁃VIEW用户可以根据实际需要灵活定义仪器的功能，通过不同功能模块的组合实现各种功能，使用过程中不必受限于仪器厂商提供的特定功能，从而可以自主开发新功能。同时，LabVIEW软件硬件的局限性小，易与其他仪器设备实现互联。为了实现电机试验台运行过程的数字化监控，开发了电机控制系统，该系统采用CAN通讯方式与变频器交换数据，抗干扰能力强，性能稳定。

2 系统构成

2.1 系统硬件接口

系统硬件由ABB ACS850变频器、西门子电机、编码器、研华工控机等组成，如图1所示。

图1 控制系统结构

系统采用ABB ACS850变频器控制22kw西门子电机，实际转速通过E6B2-CWZ6C编码器采集，接线图如图2所示，其中A、B两相分别需要接2k欧姆的上拉电阻，采集信号送入变频器FEN-31模块、变频器接收到A、B两相脉冲量处理成转速信号，再通过CAN通讯送给工控机；NI8512CAN卡直接插在工控机接口上，工控机通过NI 8512CAN卡给变频器发送控制字、转速等，接收变频器状态字、实际转速等。

图2 编码器接线图

2.2 变频器参数设置

变频器和电机连接好之后，先设置99组参数［2～7］，完成电机辨识。

编码器参数根据所选用编码器的型号来设置，本系统编码器有关参数设置如表1所示。

表1 编码器设置参数

为了增加CAN通讯的可靠性，CAN通讯电缆采用双绞屏蔽电缆，总线网络的两个端点各加上120Ω电阻。

正确实现工控机与变频器之间的通讯［8～9］，必须将工控机CAN卡和变频器对应的参数设置一致，如波特率、ID等，变频器的CAN参数设置方式如表2所示。

表2 CAN通讯设置参数

系统选用NI 8512 CAN卡，运用NI Database Editor来管理CAN总线的帧格式，配置基本的网络；定义总线中的框架和数据交换。CAN卡与ACS850所设置的波特率、接收发送数据的ID要一致，在Database Editor软件中，波特率对应设成1M，RPDO21 ID需设成十进制1025（十六进制401），RPDO21定义的数据格式由4个字组成，每个字占16位，分别定义为控制字、设定转速、设定扭矩、转矩限福。TPDO21的ID设成十进制897（十六进制381），其定义的数据格式也由4个字组成，每个字占16位，分别定义为状态字、实际转速、实际扭矩、电流。

ACS850的相应参数和Database Editor分别设置成功后，就可以在CAN总线上进行数据交换了。

3 软件设计

电机控制系统软件采用模块化的设计方法［10］，如图3所示界面中，能够实时显示转速，并同时以数值和波形两种方式进行实时显示，当遇到超转速报警时，会通过指示灯进行提醒，同时对数据进行保存。当按下STOP按钮时，电机会立即停机。

图3 电机控制系统软件主界面

变频器和NI CAN卡按照2.2节中的参数设置好之后，就可以通过程序来控制变频器了，流程图如图4所示，初始化时需要按照Database Editor中的定义格式，通过XNET Create Session函数创建输入、输出会话，之后就可以读写CAN数据。通过LabVIEW程序中XNET Read函数读取变频器中的数据，分别为状态字、实际转速等。

通过XNET Write函数将控制字、设定转速等发送给变频器，通过变频器控制电机运行，其中本次试验发送起动命令时，控制字的命令为047F，变频器停止命令为04FE。

图4 CAN通讯流程图

4 结果

在恒转速模式下，系统可稳定控制转速，控制精度为±2R/min。图5和图6所示的分别是在1500R/min和1800R/min恒转速模式下，实际值与设定值的对比值。

图5 实际值与设定值对比值（设定转速1500R/min）

图6 实际值与设定值对比值（设定转速1800R/min）

5 结语

基于NI LabVIEW，开发了一套管理软件，与变频器、电机、编码器、工控机一起构成了一套电机控制系统。该系统通过CAN通讯方式一直控制变频器工作在恒转速模式，转速控制精度在±2R/min。系统具有软件硬件急停功能，硬件拍急停或软件按急停，电机停机。