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將 RS-485 用于數(shù)字發(fā)動機控制應用
I. 簡介
數(shù)字發(fā)動機控制采用數(shù)字處理器來控制電動機的運轉(zhuǎn)。一般情況下數(shù)字處理器可采用一種或多種反饋方式，使其構(gòu)成一個閉環(huán)系統(tǒng)。這可比作模擬控制系統(tǒng)和開環(huán)傳動系統(tǒng)。
許多應用都采用了數(shù)字發(fā)動機控制，包括存儲設備（如：磁盤驅(qū)動器）、工業(yè)機器人、高精度半導體制造、打印機以及復印機等。
圖1 ：數(shù)字發(fā)動機控制框圖
a. 發(fā)動機設備
數(shù)字發(fā)動機控制可采用多種類型的發(fā)動機。最常用的類型是超小功率旋轉(zhuǎn)發(fā)動機。它們可以進一步分為AC、DC電刷或DC無電刷型，這主要取決于其整流方式。小型發(fā)動機的尺寸設計一般取決于框架尺寸和瓦功率。而一般像 AC 型這樣較大的發(fā)動機，是根據(jù)其馬力功率進行分類的。盡管旋轉(zhuǎn)發(fā)動機是最常用的類型，但也可獲得其他類型，如：線性發(fā)動機以及帶各種傳動裝置的減速發(fā)動機（gearhead motor）。
圖 2：旋轉(zhuǎn)發(fā)動機
b. 反饋
為提供有關(guān)位置、速度、扭矩或傳動系統(tǒng)其他動力屬性的反饋，需要具備反饋傳感器。最常用的反饋傳感器可能是旋轉(zhuǎn)編碼器，它是由安裝在發(fā)動機軸上、帶有變化條帶的轉(zhuǎn)輪構(gòu)成的。在發(fā)動機轉(zhuǎn)動時，光傳感器會檢測條帶的經(jīng)過并生成電信號，控制器可利用這些信號來確定發(fā)動機的轉(zhuǎn)動情況。其他類型的傳感器為轉(zhuǎn)速計、同步器和分解器，這些均是基于電感的傳感器；另外還有基于電磁的霍爾效應傳感器以及基于電阻的電位計。
無論采用哪種傳感器方式，數(shù)字控制器必須重復采樣傳感器信號，以便不斷了解系統(tǒng)的當前動力運轉(zhuǎn)情況。根據(jù)系統(tǒng)對速度、動力響應及精度的要求，反饋采樣率可超過每秒幾千次采樣。
c. 控制器
無論是數(shù)字控制器還是模擬控制器，都需要與系統(tǒng)的預定轉(zhuǎn)動和實際動力進行比較，同時處理相關(guān)輸入，來產(chǎn)生對傳動裝置的控制信號。如果采用數(shù)字控制器，會需要一些附加任務，包括系統(tǒng)啟動例程、診斷程序、通信控制以及多個采樣傳感器。
數(shù)字控制器可能像專用計算機處理器般復雜，也可能如單芯片編程門陣列般簡單。設計人員不僅可設計出具有為傳動控制而優(yōu)化的功能的數(shù)字信號處理器，還可設計出具有可變功能的微控制器，以便實現(xiàn)適應眾多應用的最佳解決方案。請參見 上的"數(shù)字控制"部分。
d. 數(shù)據(jù)傳輸
本節(jié)將重點討論在發(fā)動機控制和傳動控制應用中采用 RS-485 的優(yōu)勢。如下所述，該技術(shù)在與抗擾性、廣泛的共模范圍、充足的數(shù)據(jù)速率以及多點功能有關(guān)的這些應用中具有眾多優(yōu)勢。其他應用也采用 RS-485 信令，以期利用這些相同優(yōu)勢。因此，諸如過程控制網(wǎng)絡、工業(yè)自動化、遠程終端、建筑自動化和安全系統(tǒng)等應用均廣泛采用了RS-485，以便滿足對強大可靠的遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰Ｍǔ?RS-485 信令與 Profibus、Interbus、Modbus 或 BACnet 一起使用，這些協(xié)議都是針對最終用戶的特殊需求而量身定做的。
如果 R-485 的優(yōu)勢不足以滿足需求，還可以采用其他信令技術(shù)。例如，RS-232 或 RS-422 信令技術(shù)在某些應用中可能是非常適用的，而在另外一些應用中可能會首選CAN（控制器局域網(wǎng)）或 EtherNet/IP（行業(yè)協(xié)議），因為它們可與現(xiàn)有網(wǎng)絡進行兼容。對于高速應用以及對長途及共模電壓要求不高的情況，M-LVDS可提供較低的功耗。在 上的應用手冊"總線方案對比"中討論了多種替代方法。
e. 基本拓撲
在所示的傳動控制應用示例中，需要特別注意多個不同接口的數(shù)據(jù)傳輸問題。下表說明了信號的多種分類并總結(jié)了信令速度和信號電平的關(guān)鍵特性。
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