基于現(xiàn)場(chǎng)總線的電動(dòng)汽車電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)

1、電工文摘技術(shù)前沿基于現(xiàn)場(chǎng)總線的電動(dòng)汽車電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)湘潭電機(jī)集團(tuán)有限公司粟明摘要：介紹了一種基于現(xiàn)場(chǎng)總線的電動(dòng)汽車電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)，討論了試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，分析了試驗(yàn)臺(tái)的工作原理。最后，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)基于現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，給出了數(shù)據(jù)流通的格式以及變頻器參數(shù)過程數(shù)據(jù)對(duì)象的數(shù)據(jù)字節(jié)定義。目前，該試驗(yàn)臺(tái)已成功應(yīng)用于產(chǎn)品測(cè)試。關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車測(cè)試電機(jī)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)總線緒論現(xiàn)代汽車工業(yè)是人類工業(yè)技術(shù)的偉大成就之一。但是隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展和汽車大量廣泛的應(yīng)用，也導(dǎo)致了大氣污染和全球變暖等問題。特別是現(xiàn)代汽車使用的燃料石油是不可再生的資源，因此人類迫切需要尋找新的能源來解決目前存在的問題。近年來，各國(guó)對(duì)混

2、合動(dòng)力和電動(dòng)汽車開展了大量研究并取得了大量的成果，一些汽車公司已開始生產(chǎn)該類型的轎車。其中，由于電動(dòng)汽車使用的是可再生和清潔的電能來驅(qū)動(dòng)，且沒有二氧化碳排放和環(huán)境污染的問題，因此被認(rèn)為是未來汽車工業(yè)的發(fā)展方向，并有望在未來替代傳統(tǒng)的燃油汽車。在電動(dòng)汽車技術(shù)領(lǐng)域，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和輪轂電機(jī)的設(shè)計(jì)是一個(gè)非常重要的部分。獲得驅(qū)動(dòng)電機(jī)和輪轂電機(jī)精確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，是整車設(shè)計(jì)完成直至產(chǎn)業(yè)化中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。相對(duì)于普通電機(jī)，電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和輪轂電機(jī)具有更高的轉(zhuǎn)速，在控制中有更高的轉(zhuǎn)矩精度要求，因此，電動(dòng)汽車電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試與控制系統(tǒng)比普通電機(jī)的試驗(yàn)臺(tái)有著更高的要求。本文介紹了一種基于現(xiàn)場(chǎng)總線的電動(dòng)汽車電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)控

3、制系統(tǒng)，分析了測(cè)試系統(tǒng)組成和試驗(yàn)臺(tái)工作原理，并設(shè)計(jì)了試驗(yàn)臺(tái)的通訊系統(tǒng)。器和被試電機(jī)由電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)方提供。系統(tǒng)中，有源負(fù)載和用戶逆變器由整流電源供電，控制被試電機(jī)的運(yùn)行；陪試電機(jī)由西門子矢量型變頻器控制運(yùn)行，其實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)變頻異步測(cè)功機(jī)。電動(dòng)汽車電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的控制系統(tǒng)由西門子變頻器、西門子可編程控制器（）、日本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、特性曲線自動(dòng)生成系統(tǒng)、高速現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)、扭矩傳感器、溫度傳感器以及西門子高性能工控機(jī)等組成，如圖所示。其中，西門子控制器是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，由它通過現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)各個(gè)部件發(fā)出控制指令；西門子逆變器是系統(tǒng)的執(zhí)行部分，通過控制陪試電機(jī)使系統(tǒng)達(dá)到試驗(yàn)所需的各種工況；各種數(shù)據(jù)采集傳感器是

4、系統(tǒng)的測(cè)量部分，負(fù)責(zé)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)被試電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，電動(dòng)汽車電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)有兩種工作狀態(tài)，分別介紹如下：當(dāng)被試電機(jī)運(yùn)行在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)汽車電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)為第一種工作狀態(tài)。此時(shí)陪試電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，陪試電機(jī)吸收被試電機(jī)輸出的機(jī)械功率，在西門子變頻器控制下將其轉(zhuǎn)化成電能通過四象限變頻器或者獨(dú)立的回饋系統(tǒng)直接回饋到交流電網(wǎng)側(cè)。試驗(yàn)過程中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的扭矩、轉(zhuǎn)速、溫度等變量，并送入計(jì)算機(jī)檢測(cè)和控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)檢測(cè)和控制系統(tǒng)運(yùn)行根據(jù)試驗(yàn)要求而編制的軟件，自動(dòng)計(jì)算出陪試電機(jī)控制所需的轉(zhuǎn)矩，然后將此指令發(fā)送給電動(dòng)汽車電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的組成如圖所示，其中用戶逆變西門子變頻器，從而改變被試電機(jī)的輸

5、出使其達(dá)到試驗(yàn)要求系統(tǒng)組成和工作原理2011.3 15電工文摘技術(shù)前沿的工況，直至最后完成系統(tǒng)的整體試驗(yàn)。當(dāng)被試電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí)，電動(dòng)汽車電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)為第二種工作狀態(tài)。此時(shí)陪試電機(jī)運(yùn)行在電動(dòng)狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，陪試電機(jī)輸出的機(jī)械功率由被試電機(jī)吸收。在用戶逆變器的控制下，被試電機(jī)所吸收的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能并通過直流母線上并聯(lián)的有源負(fù)載吸收。同時(shí)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，自動(dòng)計(jì)算出陪試電機(jī)控制所需的轉(zhuǎn)速，然后將此指令發(fā)送給西門子變頻器，從而改變陪試電機(jī)的輸出使其達(dá)到試驗(yàn)要求的工況，直至最后完成系統(tǒng)的整體試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線通訊系統(tǒng)從電動(dòng)汽車試驗(yàn)臺(tái)工作原理可以看出，系統(tǒng)

6、控制的實(shí)時(shí)圖電動(dòng)汽車系統(tǒng)試驗(yàn)工作原理圖圖電動(dòng)汽車電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)2011.3 16電工文摘技術(shù)前沿性要求非常高，因此本文采用了現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊方式連接整個(gè)系統(tǒng)。采用現(xiàn)場(chǎng)總線能夠顯著地提高電動(dòng)汽車試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的質(zhì)量和性能，它的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：）現(xiàn)場(chǎng)布線更加方便?，F(xiàn)場(chǎng)布線是控制系統(tǒng)中的重點(diǎn)問題，它決定著系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的進(jìn)度和運(yùn)行的質(zhì)量。采用現(xiàn)場(chǎng)總線的方式使線路的連接變得簡(jiǎn)便可靠，在很大程度上避免了由于現(xiàn)場(chǎng)接線錯(cuò)誤而產(chǎn)生的問題。）數(shù)據(jù)傳輸更加可靠。采用數(shù)字信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式在可靠性上要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于模擬信號(hào)的回路傳輸方式，特別是當(dāng)傳輸距離很遠(yuǎn)時(shí)，這種優(yōu)勢(shì)更為明顯。相對(duì)于模擬信號(hào)來講，數(shù)字信號(hào)在同樣的干擾下所

7、受的影響更小，數(shù)據(jù)保真度更高。）系統(tǒng)功能更加完備。現(xiàn)場(chǎng)總線是專注于工業(yè)控制的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，它的使用使整個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)成為一個(gè)有機(jī)的共同體，數(shù)據(jù)交互，信息共享。）系統(tǒng)維護(hù)更加方便?，F(xiàn)場(chǎng)總線的簡(jiǎn)便的連接方式并沒有給系統(tǒng)的維護(hù)帶來麻煩，相反，它使系統(tǒng)功能的維護(hù)和完善更加方便。網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以任意改變，預(yù)留的編程接口使程序的維護(hù)和調(diào)試可以隨時(shí)隨地進(jìn)行。電動(dòng)汽車試驗(yàn)臺(tái)主要的通訊網(wǎng)絡(luò)采用現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)是一種基于歐洲標(biāo)準(zhǔn)、世界通用的總線系統(tǒng)，它對(duì)于來自全世界任何制造廠家生產(chǎn)的設(shè)備都是開放的，傳輸界質(zhì)可用雙絞線和光纖?，F(xiàn)場(chǎng)總線具備標(biāo)準(zhǔn)信息幀結(jié)構(gòu)，并具有界面友好、數(shù)據(jù)一致性高、高度容錯(cuò)性等優(yōu)點(diǎn)，其最

8、大數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)，而且更重要的是它可以與目前幾乎所有的總線系統(tǒng)兼容。由于在電動(dòng)汽車中，控制系統(tǒng)一般都采用的是總線通訊，因此利用現(xiàn)場(chǎng)總線兼容其他總線的特點(diǎn)組建試驗(yàn)臺(tái)的通訊網(wǎng)絡(luò)有著巨大的優(yōu)勢(shì)。至于兩種協(xié)議網(wǎng)絡(luò)之間的通訊，本系統(tǒng)采用的協(xié)議轉(zhuǎn)換器，運(yùn)行表明兩種總線系統(tǒng)可以自由地交換數(shù)據(jù)。電動(dòng)汽車試驗(yàn)臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)總線的數(shù)據(jù)流通主要是變圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖參數(shù)過程數(shù)據(jù)對(duì)象（）類型2011.3 17電工文摘技術(shù)前沿頻器與主站（工業(yè)控制計(jì)算機(jī)）之間的通訊。其中，西門子變頻器作為總線的一個(gè)從站，其傳輸有著自己的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，被稱之為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如圖所示。在數(shù)據(jù)固定結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)的周期型通道中的可用數(shù)據(jù)被定義為參數(shù)過程數(shù)據(jù)對(duì)象（）。

9、用數(shù)據(jù)傳送，可用數(shù)據(jù)被劃分成兩個(gè)區(qū)域，它們以各自的報(bào)文進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。在很多應(yīng)用場(chǎng)合，例如交流傳動(dòng)領(lǐng)域，周期型通道也簡(jiǎn)單地被稱為通道。對(duì)于電動(dòng)汽車試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)，定義了可用數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)后，一個(gè)主站可以采用這些結(jié)構(gòu)使用周期型通道存取那些傳動(dòng)從站的數(shù)據(jù)以及發(fā)出控制指令。當(dāng)電動(dòng)汽車試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，所需要的參數(shù)過程數(shù)據(jù)對(duì)象能夠從主站來配置，如圖所示。選擇哪種類型的，取決于在通訊網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)從站的任務(wù)。在通訊系統(tǒng)中，它們具有最高的優(yōu)先級(jí)和最短的時(shí)間等條件。圖中，是指參數(shù)標(biāo)識(shí)符值，表示過程數(shù)據(jù)區(qū)。做為參數(shù)標(biāo)識(shí)符，用來選擇讀取參數(shù)的。表示參數(shù)索引，而是用來存取參數(shù)值的。在區(qū)中，表示控制字。中的內(nèi)容可以控制變頻器的啟動(dòng)，例如以何種方式啟停；表示狀態(tài)字，表示變頻器的反饋狀態(tài)，例如是否有報(bào)警、在何種工作方式下運(yùn)行等；表示主設(shè)定值，用來作為變頻器的給定，如速度給定或者轉(zhuǎn)矩給定等；表示主實(shí)際值，用來反饋?zhàn)冾l器的實(shí)際速度或者轉(zhuǎn)矩。結(jié)論現(xiàn)場(chǎng)總線是工業(yè)控制領(lǐng)域中又一個(gè)新興的技術(shù)熱點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。本文將現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用到電動(dòng)汽車電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)。該電動(dòng)汽車電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)能夠快速準(zhǔn)確的