基于以太网的电机控制与诊断的研究

　　0 引言

　　随着Internet技术的发展、普及和单片机技术的进步，基于单片机的小型嵌入式系统正逐步走向工业过程控制的底层，也就是设备层，这就给工业设备带来了新的控制和诊断方法。基于以太网的单片机设备的控制与诊断结合先进的WEB技术与嵌入式技术，实现了PC与设备的直接跨平台的信息交互，这样PC就可以共享设备运行的信息，有效的实现对设备的控制与诊断。而这一实现不仅带来了控制技术的改变，同时也给诊断技术带来了生机，可以远程甚至跨国界进行设备的在线诊断。

　　1 基于以太网的电机控制与诊断的结构设计

　　基于以太网的单片机设备控制与诊断是以工业现场的三相电机为研究对象，其中包括对电机运行转速的测量与控制，对电枢电流的采集，采集电机电势参数，其他模相关拟量的采集。本设计的结构主体就是WEB技术与单片机和客户机的有机结合，建立电机设备的诊断与控制模型，其模型如图1所示。模型主要由客户机，网络和过程控制底层，即单片机嵌入式系统组成，这里采用TCP/IP协议作为嵌入式系统的通信协议，嵌入式系统的WEB服务器与客户机的WEB服务器进行信息交互，上传电机运行的参数，这样客户或是厂家均可通过网络实现对电机的控制与在线诊断。

　　2 系统硬件电路的实现

　　基于以太网的电机控制与诊断系统以C8051F020单片机作为嵌入式系统的CPU,内嵌TCP/IP协议，以RTL8019AS作为网络通信芯片，通过控制采样开关采集电机参数和控制电机的转速，并通过RTL8019AS网卡将采集到的温度数据、转速数据、电流数据、振动数据、磁场数据上传到服务器，客户机通过服务器之间的交互，实现数据的共享，客户根据具体的需求，利用单片机本身产生SPWM,在变频器模拟量输入端输入0~10V或4~20mA信号，通过改变输入模拟量的大小控制变频器的输出频率调解变频器，控制电机转速，同时根据电机参数的数值，监控电机的运行和诊断电机的故障，其硬件电路框图如图2所示。

　　3 以太网帧格式

　　以太网协议有两种，一种是IEEE802.2/IEEE802.3;另一种是以太网的封装格式。现代的操作系统均能同时支持这2种类型的协议格式，因此对我们来说只需要了解其中的一种就够了，特别是对单片机来说，不可能支持太多的协议格式。本系统采用IEEE802.3以太网协议，表1给出了以太网帧格式的封装形式。

　　表1以太网帧格式的封装形式

　　PR:同步位。

　　SD:分隔位。

　　DA:目的地址，以太网的地址为48位(6个字节)二进制地址，表明该帧传输给哪个网卡。