奧地利貝加萊BR伺服驅動器

貝加萊伺服驅動器ACOPOS

貝加萊EnMon對一個企業(yè)的監(jiān)測安裝范圍包括總廠供電/供熱/供氣/供水用量（無論是地下水還是城市管網供水）數據采集，供水水壓，水溫等實時數據采集，各個分廠供電/供熱/供氣/供水用量數據采集，其它相關獨立核算部門數據采集等，能源消耗量能綜合比對分析（如圖6所示）。此外，EnMon還著重于對能源介質品質進行監(jiān)控，而zui終的目標是能效利用率zui大化。

CAN總線是目前世界上應用zui廣泛的現場總線之一，在我國得到越來越多的應用。多電機消隙控制模式常用于大型雷達天線控制系統(tǒng)，主要用以消除其轉臺的齒輪間隙。本文以基于CAN總線和PCC的高精度多電機消隙天線控制系統(tǒng)為背景，著重描述了該系統(tǒng)的控制原理和軟、硬件設計。
關鍵詞CAN總線；多電機齒輪消隙；天線控制系統(tǒng)

在高精度天線控制系統(tǒng)中（如跟蹤衛(wèi)星通信天線），精密跟蹤和方位控制對天線的傳動系統(tǒng)精度提出了*的要求。但是由于存在機械加工誤差、機械磨損和傳動齒輪之間存在一定的間隙，既影響天線控制系統(tǒng)的跟蹤精度，又影響天線控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此必須消除傳動齒輪之間的間隙，提高傳動精度。
為解決這一問題，人們想了很多方法。傳統(tǒng)的方法是對機械的傳動結構進行改進。但從已知的消除齒輪間隙的方法看，它們總存在這樣或那樣的不足，如結構復雜、尺寸大、承載能力差等。因此在高精度天線控制系統(tǒng)中傳統(tǒng)的消隙方法無法使用。本控制系統(tǒng)采用多電機來消除傳動機構中的齒輪間隙，從而提高傳動精度。
基于以上分析，該系統(tǒng)采用基于可編程計算機控制器（Programmable Computer Controller，簡稱PCC）和CAN總線的控制系統(tǒng)。多電機消隙天線控制系統(tǒng)在天線控制系統(tǒng)中應用比較普遍，特別是對于大型雷達天線的轉臺的消隙就更為常見。該案例采用目前流行的CAN總線技術和PCC等工控產品，為實現天線轉臺的消隙、方位、俯仰等控制功能，提供了多電機控制的全套解決方案。該方案具有以下特點
（1）采用CAN總線對四臺直流調速器進行組網，不僅實現了全數字控制，而且結構簡單，數據通信簡便，可靠性高。
（2）數字速度調節(jié)器具有力矩均衡分配和環(huán)路控制功能。
（3）實現轉臺的方位、俯仰雙向轉動均衡式消隙。
（4）高效的控制算法，可以實現天線控制系統(tǒng)定位、目標跟蹤、俯仰、環(huán)掃、扇掃。
（5）實現三電機、雙電機或單電機的運行（降功率）。

CAN，全稱為“Controller  Area  Network"，即控制器局域網，是上應用zui廣泛的總線之一。它是一種在自動化領域內廣泛使用的多線路協議和有效地支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。CAN的應用范圍遍及汽車、機械、醫(yī)療設備、建筑環(huán)境以及工業(yè)自動化行業(yè)的其它很多領域。
CAN總線之所以能得到如此廣泛的應用，其主要原因如下
（1）強有力的錯誤檢測能力及差分驅動功能。
（2）在十分苛刻的環(huán)境中仍運行良好。
（3）在傳輸介質和線路設計方面，CAN總線也十分靈活。
CAN總線具有下列主要特性
（1）低成本。
（2）*的總線利用率。
（3）相當長的傳輸距離（長達10km）。
（4）高速數據傳輸速率（高達1Mbit/S）。
（5）可靠的錯誤處理和檢錯機制。
(6) 發(fā)送期間若由于出錯而遭破壞的信息可自動重發(fā)送。
（7）節(jié)點在嚴重錯誤的情況下具有自動退出總線的功能。

多電機消隙天線控制系統(tǒng)采用貝加萊公司的可編程自動化控制器（PCC）為主控制器，并采用其Automation Studio集成軟件平臺所包含的高級語言BASIC編制硬件驅動程序和速度PID算法，通過CAN總線通信實現對四臺直流控制器的組網控制，從而實現對四臺轉臺驅動電動機的協調控制，共同驅動一個轉臺。實現力矩的分擔和傳動間隙的消除，從而提高系統(tǒng)跟蹤精度

天線控制單元（即操作人機界面HMI，采用B&R的PP320觸摸屏）通過內部IMA與多電機控制器（PCC的中央處理器模塊CP476）之間進行通信，實現速度指令、狀態(tài)控制和狀態(tài)信息等遠控操作。四臺直流驅動器通過CAN總線組網控制，通過SSI讀取轉臺的位置信號；天線控制系統(tǒng)的控保電路的信號采集等都是由多電機控制器（CP476）通過其I/O點（DM465數字量I/O模塊）實現的。這種方案不僅實現了全數字控制，而且結構簡單、接口清晰、可靠性高?？梢钥闯龆嚯姍C控制器（CP476）和CAN總線的應用是關鍵所在。

對于四臺電動機協調控制一個轉臺來說，要實現齒輪消隙，其中兩臺要作為速度控制模式工作，作為消隙驅動的主電動機，提供與天線轉動方向*的主動驅動力矩。另外兩臺要作為力矩控制模式工作，作為消隙驅動的從動電機，為消隙機構的齒圈提供向后的嚙合“張緊力"。
天線控制單元HMI（PP320）通過串行接口RS-232將速度指令發(fā)送給多電機控制器（CP476），多電機控制器（CP476）通過CAN總線分別對四臺直流調速器（歐陸）實現速度控制和力矩控制的切換，以實現對天線轉臺的無間隙傳動。

奧地利貝加萊BR伺服驅動器

貝加萊ACOPOS 伺服驅動
8V1010.50-2
8V1016.50-2
8V1010.00-2
8V1016.00-2
8V1022.00-2
8V1045.00-2
8V1090.00-2
8V1180.00-2
8V1320.00-2
8V1640.00-2
8V128M.00-2

8LSA45.E1022D600-3

8LSA44.EB030C100-3

8LSC46.DA060S205-3

8LSA46.EB030D300-3

8LSA46.EB030D100-3 

5W5C0000011107-000 

8V1016.50-2

8LSA35.DB060D000-3

8LSA76.R2022D100-3

8GP40-080--008S2L3

8BVI0028HCDS.000-1

X20CP3684

X20IF2792

X20CA0E61.01500

5Y20E0400002D0-000

X20CP0410  

X20PS9600

5W5C000001A008-000

8V1090.00-2

8LSA44.EB030C300-3

8LSC44.EB030D105-3

X20CA0E61.00800(8米)

5APC2100.BY34-000

8BVI0055HCDS.000-1 

8LSA35.R0030D200-0

X90CA100.02-00

X67BC81RT.L12  

8LSA25.D9060S000-3

5CFAST.256G-10

8I0IF108.400-1

5AP933.156B-00

X20AI1744-3  

8GP55-LSA44-00027

8B0M0230HC00.000-1

8EI4X5HWD10.0700-1

8LSA36.R2030D200-3

8LSA45.R2030D300-3

8LSC66.D0045D005-3

8LSA34.R2030D100-3

8EI4X5HWD10.0500-1

8LSA46.R2022D100-3

8LSA46.DA060S200-3 

8LSC76.DB015D105-3

8LSC76.DB015D305-3

5W5C0000011107-000

在嵌入式系統(tǒng)中，低功耗設計是在產品規(guī)劃以及設計過程中必須要面對的問題。半導體芯片每18個月性能翻倍。但同時，電池的技術卻跟不上半導體的步伐，同體積的電池10年容量才能翻一倍。嵌入式系統(tǒng)對于使用時間以及待機時間的要求也越來越高，這就需要在設計產品的時候充分考慮到整個系統(tǒng)的低功耗設計。功耗控制是一個系統(tǒng)的工程，需要從低功耗的器件選型、硬件的低功耗設計與制造技術、軟件的低功耗優(yōu)化等多個方面來統(tǒng)籌考慮。上海韋米總結從以上多個角度來闡述嵌入式系統(tǒng)中低功耗設計要點。
隨著半導體工藝的不斷發(fā)展，半導體的制造工藝也在不斷進步，選用*工藝以及低功耗設計的元器件可以從源頭上降低整個系統(tǒng)的功耗。主控芯片的選型要充分考慮到系統(tǒng)的使用場景，對于那些運算任務比較多的應用場景下，可以選用能耗比高的芯片來設計，比如像ambiq的Apollo系列芯片，該芯片采用具有SPOT技術，芯片在亞閾值穩(wěn)定運行，可減少能源消耗近13倍，實現低功耗技術。
對于嵌入式系統(tǒng)，電源芯片對于低功耗設計是一個很重要的器件。電源芯片自身的功耗以及轉換效率在很大程度影響電池的使用時間。進行低功耗的穩(wěn)壓電路設計，需采用低功耗的LDO或者DCDC芯片，如TI的TPS797系列，自身功耗僅1．2uA。
在滿足功能需求的情況下，盡量選用帶觸發(fā)輸出功能外部器件而非需要輪詢的外部器件，這樣可以減少MCU的運行時間，平時MCU可以一直處于睡眠狀態(tài)下，在滿足觸發(fā)條件時有外部器件通過中斷喚醒MCU工作。硬件設計對于嵌入式系統(tǒng)的功耗也有著至關重要的因素。

對外圍元器件的電源控制，采用帶關斷功能的器件，對于那些進入低功耗模式下不需要工作的外設，可以使用MOS管電路配合MCU控制對局部的電路進行電源管理。在該設備不需要工作時，盡量關斷該部分電源，以達到更低的功耗。

多級電壓設計，電壓和功耗有著密切的聯系。因此功耗的降低可以考慮對于不同的電路模塊，使用不同的電壓等級，可以采用DVFS動態(tài)電壓頻率技術，通過將不同電路模塊的工作電壓及工作頻率降低到恰好滿足系統(tǒng)低要求，來實時降低系統(tǒng)中不同電路模塊功耗的方法。硬件設計對于MCU的每個IO口都要避免IO口漏電流。當外設掉電時，IO口仍然會有潛在的電源輸出，所以IO口需要默認配置成低電平或者高電平狀態(tài)，避免漏電流。

軟件對功耗的優(yōu)化涉及到多個層次和方面。適當的降低CPU的運行頻率，降低MCU的運行速度，可以有效的降低運行時需要消耗的電流，芯片的功耗和主頻是線性的關系，更高的時鐘頻率意味著更快的MCU運行速度，那么MCU內部CMOS電路就更快的開關頻率，導致更高的運行電流和待機電流。

合理的使用MCU的待機模式，在當前沒有任務需要處理時，將MCU進入到低功耗的睡眠模式。對于使用嵌入式操作系統(tǒng)的嵌入式產品，一般都是在idle空閑任務中進入睡眠模式，但是為了進一步降低功耗，實現低功耗設計，我們還不能直接把睡眠或者停機模式直接放在空閑任務就可以了，需要設計一種更*的休眠機制，比如在freertos操作系統(tǒng)中使用tickless 低功耗機制，進入空閑任務后，首先要計算可以執(zhí)行低功耗的大時間，也就是求出下一個要執(zhí)行的高優(yōu)先級任務還剩多少時間。然后就是把低功耗的喚醒時間設置為這個求出的時間，到時間后系統(tǒng)會從低功耗模式被喚醒，繼續(xù)執(zhí)行多任務。

關注每一個GPIO口電平狀態(tài)，在進入睡眠之前配置所有的GPIO口到高電平或者低電平以降低漏電流。對于外掛的傳感器以及外圍設備，也需要在進入睡眠之前配置其功耗模式以降低消耗的電流。

合理關閉MCU內部模塊，對于在Deep Sleep模式下不需要工作的內部模塊都要關閉時鐘以及電源以節(jié)省功耗，同時要重點關注模擬IO口，模擬功能一般是耗電大戶，在AD／DA功能不使用的時候盡快關閉，減小使用模擬功能的時間。此外，芯片內部SRAM由于需要不停的刷新，在睡眠模式下也需要消耗一定的電流，可以配置部分SRAM在睡眠模式下保持刷新降低功耗。

對于包含有無線功能的芯片，配置合理的待機參數以降低功耗。如比對于BLE芯片CSR1010，在進行BLE的廣播模式下，60ms的廣播間隔的待機電流時394A，如果將廣播時間增大到1．28S，則待機電流降低到28A。對于wifi芯片，比如高通QCA4004芯片，在DTIM1情況下對應功耗是1．5mA，在DTIM10情況下則降低到334A。

嵌入式系統(tǒng)低功耗需要綜合考慮各種可能的因素、條件和狀態(tài)，需要對各種細節(jié)進行認真的斟酌和分析，需要對各種可能的方案和方法進行計算和分析，盡大的努力優(yōu)化整個系統(tǒng)的功耗，達到節(jié)省電能的目的。