MD380總體技術方案重點講義

1、第 15 頁，共 15 頁 總體技術方案產(chǎn)品總體技術方案編制的說明：1、產(chǎn)品總體技術方案的制定及更改控制： 在計劃階段，系統(tǒng)工程師（項目經(jīng)理）組織相關人員根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格書，并在考慮成本分析和資源計劃要求的情況下，進行系統(tǒng)設計，編制產(chǎn)品總體技術方案。 經(jīng)過評審的產(chǎn)品總體技術方案必須歸檔并納入更改控制。在開發(fā)的后續(xù)階段，如有必需，產(chǎn)品總體技術方案也會被更新，但必須經(jīng)過系統(tǒng)工程師審核，召集系統(tǒng)組或總體組評審，由總體辦備案。 產(chǎn)品總體技術方案的每一次更改，應由系統(tǒng)工程師進行一次版本升級和發(fā)布，保證項目組及相關部門使用的總體技術方案為有效版本。2、產(chǎn)品總體技術方案的內(nèi)容要求： 產(chǎn)品總體技術方案包括對產(chǎn)品的

2、名稱和型號、系統(tǒng)組成和接口關系、主回路初步設計和關鍵器件選型、系統(tǒng)測試方案、整機結(jié)構(gòu)工藝方案、單元的技術規(guī)格、EMC、防護和可靠性方案的設計以及存在的風險進行全面描述。 產(chǎn)品總體技術方案的描述應該全面、清晰，各單元之間接口關系的定義只能有唯一的解釋?？傮w技術方案的內(nèi)容應明確產(chǎn)品的規(guī)格書提出各項要求的實現(xiàn)方式或過程。單元的規(guī)格描述應按產(chǎn)品規(guī)格書描述的方法進行。 總體技術方案不應再描述實現(xiàn)單元規(guī)格的方式或過程，以及單元內(nèi)部的接口關系，這些將在單元的設計中描述。3、產(chǎn)品總體技術方案的用途： 產(chǎn)品總體技術方案是產(chǎn)品開發(fā)過程中最重要的文檔之一。它將作為開發(fā)活動任務分解的依據(jù)，各個分解單元概要設計的依據(jù)和

3、實現(xiàn)的目標，也將作為開發(fā)計劃和單元測試驗收的依據(jù)，還將作為產(chǎn)品宣傳、產(chǎn)品維護、技術培訓、技術交流以及技術積累的資料來源。4、保密要求： 產(chǎn)品總體技術方案屬于機密文件，所有文檔的創(chuàng)作者及使用者都負有保密責任。目錄1、設計背景41.1 總體技術方案編制的依據(jù)41.2 總體技術方案描述的產(chǎn)品名稱和型號41.3 引用的標準和規(guī)范61.4 縮略詞和術語定義62、電氣方案設計72.1 系統(tǒng)原理72.1.1 系統(tǒng)原理圖72.2 系統(tǒng)架構(gòu)72.3 系統(tǒng)組成82.3 系統(tǒng)接口82.3.1 主回路端子82.3.2 控制端子82.4 電氣關系82.5 主回路設計83、結(jié)構(gòu)方案設計84、系統(tǒng)測試方案94.1 開發(fā)階段

4、樣機系統(tǒng)測試94.2 中試階段樣機型式試驗95、單元技術規(guī)格105.1 控制板技術規(guī)格105.1.1 單板名稱和型號105.1.2 單板電氣性能和功能描述105.1.3 輸入輸出接口105.1.4 單板結(jié)構(gòu)工藝要求125.1.5 軟件接口125.2 位置控制擴展板技術規(guī)格135.2.1 單板名稱和型號135.2.2 輸入輸出接口135.2.3 單板結(jié)構(gòu)工藝要求145.3 驅(qū)動板技術規(guī)格145.5 散熱器技術規(guī)格146、電磁兼容性（EMC）、可靠性和可維護性、防護性和安規(guī)的方案設計156.1 EMC的方案設計156.2 可靠性和可維護性的方案設計156.3 防護性和安規(guī)的方案設計157、風險分析

5、和評估157.1 風險分析157.2 風險評估和緩解措施158、附件151、設計背景1.1 總體技術方案編制的依據(jù)MD380總體技術方案是依據(jù)產(chǎn)品規(guī)格書和需求分析報告，并考慮到產(chǎn)品的成本分析報告，以及公司現(xiàn)有的開發(fā)人員、技術儲備和測試裝備的條件和MD380產(chǎn)品開發(fā)計劃的要求而編制的。MD380是MD320的升級版本，MD380相對于MD320有如下改變：表1-1 MD380 vs MD320 比較項目子項MD380相對MD320的改變總體功率段MD380覆蓋MD320全部功率段電壓等級覆蓋MD320電壓等級，新增加三相480VAC電壓等級主拓撲不變，借用MD320驅(qū)動部分結(jié)構(gòu)借用BCD結(jié)構(gòu)借用

6、MD320N塑膠Size E改為塑膠結(jié)構(gòu)鈑金全新優(yōu)化設計，保持320N風格，蓋板全改為上下蓋板結(jié)構(gòu)硬件DSP平臺選用280XDSP平臺，相對于2403資源更豐富，性能更強大硬件性能增加硬件逐波限流，雙編碼器接口設計等軟件軟件性能更快速的系統(tǒng)響應，控制精度提高等軟件功能增加位置擴展，更多實用功能等非標整合將80的非標整合進通用產(chǎn)品中生產(chǎn)支持自動測試，自校正，更短的的測試時間等MD380借用MD320功率驅(qū)動部分，結(jié)構(gòu)上Size B/C/D 借用MD320N結(jié)構(gòu)，后續(xù)新設計的結(jié)構(gòu)風格與MD320N保持一致。因此本總體技術方案側(cè)重于控制系統(tǒng)架構(gòu)，軟件的優(yōu)化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的描述。1.2 總體技術方案描

7、述的產(chǎn)品名稱和型號表1.2 MD380系列型號功率等級(kW)電壓等級(V)單相220V三相220V三相380V三相480V三相690V單機0.4GB0.7GBB1.5GBB2.2GBB3.7GC5.5PC5.5GC7.5PC7.5GD11PD11GD15PD15GD18.5PD18.5GE22PE22GE30PE30GE37PE37GF45PF45GF55PF55GF75PF75GG90PG90GG110PG110GH132PH132GHH160PHH160GHH200PIH200GIH220PIH220GIH250PIH250GIH280PII280GII315PII315GJI355PJ

8、I355GJI400PJJ400GJJ450PJJ450GJ500PJ500GJ560PJ并聯(lián)450GI500PI500GI560PI560GJI630PJI630GJJ710PJJ710GJJ800PJJ800GJ900PJ500DYI560DYI630DYI710DYJI800DYJJ900DYJJ1000DYJ1100DYJ1.3 引用的標準和規(guī)范無1.4 縮略詞和術語定義2、電氣方案設計2.1 系統(tǒng)原理人機界面LED鍵盤電源輸入單相220AC三相220AC三相380AC三相480AC三相690AC整流單元通訊ProfibusMODBUS逆變單元控制單元編碼器反饋驅(qū)動單元制動單元用戶給定

9、DI輸入AI輸入故障輸出DO狀態(tài)輸出AO圖2-1 系統(tǒng)原理圖變頻器主電路拓撲采用交直交 整流逆變型拓撲。三相交流電經(jīng)不可控整流單元整流濾波后的到平穩(wěn)的直流，逆變單元通過PWM調(diào)制將直流逆變?yōu)轭l率，幅值可變的三相交流電?？刂茊卧ㄟ^用戶設置，系統(tǒng)給定，編碼器反饋，電壓電流采樣，實時計算產(chǎn)生PWM脈沖波控制逆變單元產(chǎn)生三相交流驅(qū)動電機。2.2 系統(tǒng)架構(gòu)28xx平臺人機界面(LED、鍵盤)本機IO擴展接口擴展IOSCI(485)通訊調(diào)試接口ProfBUSMODBUSPWM輸出輸出使能功率驅(qū)動單元制動單元逐波限流單元電路缺相檢測擴展卡1PG卡主電路繼電器反饋給系統(tǒng)模擬量歸一化UVW電流,母線電壓,溫度

10、采樣ABZ信號及正余弦信號保護中斷位置控制接口制動PWM信號硬件保護單元過壓過流,VCE保護中斷ABZ信號差分/OC/UVW/旋變位置PG接口虛擬IO圖2-2 系統(tǒng)框圖MD380采用單芯片架構(gòu)，避免MD320雙芯片架構(gòu)所帶來的系統(tǒng)響應的問題。雙芯片方案中由于電機性能控制和電機功能控制是由不同的CPU完成，相互之間通過SPI連接，數(shù)據(jù)交換的瓶頸使的MD320在一些要求高速響應的情況下不能快速響應系統(tǒng)控制指令。MD380采用一片TMS320F2808完成電機性能和功能控制，通過內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)交換，快速響應系統(tǒng)控制指令。MD380提供硬件逐波限流技術，使系統(tǒng)報故障的幾率大大降低，同時還能有效的保護系

11、統(tǒng)損壞。同時還提供雙編碼器接口，兼容差分、OC、UVW、Sin/Cos、旋轉(zhuǎn)變壓器等編碼器。一路用與連接被控電機，另外一路用于定位控制，這些使得MD380比MD320有更廣闊的市場應用領域。MD380除支持通用的MODBUS協(xié)議外，還可以支持得到廣泛應用的Profibus總線，通過后續(xù)的開發(fā)可以提供更豐富的總線支持。可以無縫集成到工廠集中控制環(huán)境中，便于工廠自動化建設。MD380集成真正意義的可編程擴展卡，該可編程擴展卡是一個獨立的PLC，通過內(nèi)部廠家協(xié)議與變頻器無縫連接在一起。可編程卡節(jié)省了用戶投資，通過內(nèi)部特殊的控制變量可以更靈活控制變頻器。MD380還增加了虛擬IO功能，可以將遠程設備如

12、數(shù)據(jù)采集單元采集的數(shù)字量、模擬量，控制系統(tǒng)中間變量做為本機IO或者變量。2.3 系統(tǒng)組成MD380是MD320升級而來，在系統(tǒng)組成上基本相同，如下表表2.3.1 MD380系列系統(tǒng)組成項目描述功率單元借用MD320驅(qū)動電路借用MD320（Size E新設計，不完全借用）散熱器借用MD320控制板新設計，采用TMS320F2808 DSP平臺鍵盤顯示新設計擴展板兼容老擴展板，帶位置控制的控制板是新設計PG卡新設計塑膠Size 完全BCD借用MD320N,Size E新設計鈑金新設計，但外形尺寸保持和MD320兼容2.3 系統(tǒng)接口2.3.1 主回路端子參見MD380開發(fā)規(guī)格書6.12.3.2 控制

13、端子參見MD380開發(fā)規(guī)格書6.22.4 電氣關系參見圖2-22.5 主回路設計保持和MD320一致3、結(jié)構(gòu)方案設計MD380功率等級從0.4kW450kW，共分9個體積。其中Size B/C/D結(jié)構(gòu)借用已經(jīng)完成開發(fā)的MD320N結(jié)構(gòu)，在此基礎上Size EJ在外觀造型上沿用MD320N的風格。Size E由鈑金結(jié)構(gòu)改為塑膠結(jié)構(gòu)Size FJ保持鈑金結(jié)構(gòu)，在滿足需求的情況下外形尺寸最大程度保持與MD320一致。初步外形尺寸如下表。表3.1外形尺寸及安裝尺寸功率(kW)SizeH(mm)W(mm)D(mm)H1(mm)W1(mm)H2(mm)W2(mm)0.4B18612516417211320

14、4760.751.52.23.7C2481601832361482661005.57.5D322208192305190342136111518.5E430280220412265/223037F575385260600250/455575G700460320730340/90110H880580370910450/132160200I9806503801030420/220250280315J12008004001300540/355400H：外形長度W：外形寬度D：外形高度H1：普通安裝時的安裝長度W1：普通安裝時的安裝寬度H2：散熱器外裝時的安裝長度W2：散熱器外裝時的安裝寬度具體詳細結(jié)

15、構(gòu)方案設計參見各體積的結(jié)構(gòu)方案設計。4、系統(tǒng)測試方案4.1 開發(fā)階段樣機系統(tǒng)測試參見MD380系統(tǒng)測試方案。4.2 中試階段樣機型式試驗參見MD380系統(tǒng)測試方案。5、單元技術規(guī)格MD380系列變頻器在功率模塊，驅(qū)動單元借用MD320。在MD320的基礎上更改了結(jié)構(gòu)，控制單元。控制單元的單板基本重新設計，MD380新增單板如下表所示。表5-1 MD380新增單板列表項目描述單板名稱通用全系列通用控制板MST552KZ1塑膠件鍵盤顯示板MST552GA1參數(shù)拷貝卡MD38CP擴展卡擴展接口1PG接口擴展卡，OC與差分輸入兼容，選件MD38PG1PG接口擴展卡，差分輸入，帶差分分頻輸出，選件MD3

16、8PG2PG接口擴展卡，實現(xiàn)UVW編碼器，選件MD38PG3PG接口擴展卡，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)變壓器接口，選件MD38PG4PG接口擴展卡，實現(xiàn)SIN/COS碼盤接口，選件MD38PG5擴展接口2不隔離PG卡：滿足Size B結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)位置控制(帶RS485?)MD38PGBDP卡：SIZE-C及以上通用，Size B外置，選件MD38DP簡易IO卡：滿足Size B結(jié)構(gòu)，僅DI x 2，DO x 1、AI x 1(帶RS485?)MD38EIO定位PG卡：隔離的差分PG卡，并帶IO卡相同的IO資源，無分頻輸出MD38DWPLC卡：用戶可編程擴展卡MD38PLC驅(qū)動MD380 Size E專用驅(qū)動板MS

17、T183QD15.1 控制板技術規(guī)格5.1.1 單板名稱和型號MD380全系列共用一塊控制板，單板名稱為：MST552KZ15.1.2 單板電氣性能和功能描述表5.1.1 控制板電氣性能和功能描述項目描述電源輸入來自驅(qū)動板：5V，±15V，GND和隔離24V，COM電源輸出10V和隔離24V輸出驅(qū)動板接口兼容MD320 DSP接口，通過34PIN排線連接輸入輸出IO兼容MD320：2xAI,1xAO,5xDI,2xDO,1xRELAY擴展接口兼容老擴展卡，同時可增加編碼器接口PG接口滿足差分，OC，UVW，旋變等編碼器輸入鍵盤顯示接口滿足5 x LED，9 x KEY具體參見MD38

18、0開發(fā)規(guī)格書5.1.3 輸入輸出接口表5.1.2通用PG接口PIN標號描述1QEP1ADSP通用GPIO,可通過設置定義為QEP，SCI，CAN，SPI等功能2QEP1B3QEP1Z4GP225GP3467VCC5V電源8GND9UU4模擬量輸入，做Sin/Cos模擬量輸入，也做UVW數(shù)字量輸入10UU511UU612UU7131415COM24V隔離電源16COM1724V1824V表5.1.3擴展板接口PIN標號描述1COM24V隔離電源2COM324V424V5DI6普通DI,5V HC電平6DI7普通DI,5V HC電平7QEP-B通用GPIO,可做SPIMI,也可做QEPB8QEP-

19、Z通用GPIO,可做SPICLK,也可做QEPZ9CANATXD通用GPIO,可做SPIHL,也可做CANATXD10DI8普通DI,5V HC電平11AI3±3V模擬量輸入12AO2AO2-PWM 與FM復用13RTS485RS485通訊接口14SCIARXD15SCIATXD16DI9普通DI,5V HC電平17CANARXD通用GPIO,也可做CANARXD18RESET復位信號19QEP-A通用GPIO,可做SPIMO,也可做QEPA20RELAY2普通DO,5V HC電平,驅(qū)動繼電器21DO2普通DO,5V HC電平22DI10普通DI,5V HC電平2315V5V，

20、77;15V，GND24 -15V255V265V27GND28GND表5.1.4用戶端子分類端子記號端子功能說明技術規(guī)格數(shù)字輸入DI1-DI4普通多功能輸入端子隔離漏源極輸入可編程端子,輸入頻率<100HzDI5多功能高速脈沖輸入端子最高輸入頻率100kHzOP多功能輸入端子公共端內(nèi)部與COM、24V隔離，出廠通過跳線與+24V短接24V電源24V板內(nèi)提供24V24V±10%，空載虛電壓不超過30V，最大輸出電流200mA,內(nèi)部與OP/CME/GND隔離COM板內(nèi)24V地內(nèi)部與CME、GND隔離數(shù)字輸出DO1DO1:開路集電極輸出隔離漏源極輸出可編程端子24VDC/50mAF

21、MFM:可編程脈沖頻率輸出作數(shù)字輸出，內(nèi)部射極與COM連(可作為普通可編程開路集電集端子)，最高輸出頻率100kHzCME開路集電極輸出公共端內(nèi)部與COM、GND隔離，出廠通過跳線與COM短接模擬輸入輸出+10V10V模擬電壓輸出10V±10%，最大10mAGND模擬地內(nèi)部與COM、CME隔離AI1模擬單端輸入通道AI1010V，12位分辨率，校正精度0.5AI2模擬單端輸入通道AI2010V/020mA 12位分辨率,校正精度0.5AO1模擬輸出1010V(020mA,12位分辨率,校正精度1繼電器輸出TA/TB/TC繼電器輸出TA-TB：常閉；TA-TC：常開，觸點容量： 250

22、VAC/3A（COS=0.4）5.1.4 單板結(jié)構(gòu)工藝要求1、單板尺寸范圍與MD320控制板尺寸完全一致。2、單板布局控制板采用雙面貼片，雙面插件的方式布局。3、PCB層數(shù)和PCBA的設計要求四層板（1.6mm厚度）；表面貼裝和插裝器件混合使用。4、單板生產(chǎn)工藝雙面回流焊單面波峰焊手工后補焊的方式生產(chǎn)。5、單板測試策略和工裝夾具設計進行ICT測試和功能測試。詳細過程由單板調(diào)試說明文件定義。6、新工藝、新材料、器件工藝無。5.1.5 軟件接口MD380為單芯片架構(gòu)，由一片主控MCU(TMS320F2808)完成電機性能和功能控制，其資源分配如下。表5.1.5 DSP資源分配Pin管腳功能用途(M

23、D380)F1F2F3F447GPIO0EPWM1A-PWM44GPIO1EPWM1BSPISIMOD-45GPIO2EPWM2A-48GPIO3EPWM2BSPISOMID-51GPIO4EPWM3A-53GPIO5EPWM3BSPICLKDECAP156GPIO6EPWM4AEPWMSYNCIEPWMSYNCODRIVE58GPIO7EPWM4BSPISTEDECAP2HDO-1/AO-260GPIO8EPWM5ACANTXBADCSOCAOBREAK61GPIO9EPWM5BSCITXDBECAP3AO-1/HDO-264GPIO10EPWM6ACANRXBADCSOCBORELAY70

24、GPIO11EPWM6BSCIRXDBECAP4HDI-11GPIO12TZ1CANTXBSPISIMOB過流95GPIO13TZ2CANRXBSPISOMIBCBC8GPIO14TZ3SCITXDBSPICLKBCBC9GPIO15TZ4SCIRXDBSPISTEBCBC50GPIO16SPISIMOACANTXBTZ5DI,DO,顯示，鍵盤52GPIO17SPISOMIACANRXBTZ654GPIO18SPICLKASCITXDB-57GPIO19SPISTEASCIRXDB-63GPIO20EQEP1ASPISIMOCCANTXBQEP1/旋變RDVEL67GPIO21EQEP1BSP

25、ISOMICCANRXB71GPIO22EQEP1SSPICLKCSCITXDB72GPIO23EQEP1ISPISTECSCIRXDB83GPIO24ECAP1EQEP2ASPISIMOBQEP2-A/HDI-191GPIO25ECAP2EQEP2BSPISOMIBQEP2-B99GPIO26ECAP3EQEP2ISPICLKBQEP2-I79GPIO27ECAP4EQEP2SSPISTEB485-R/T92GPIO28SCIRXDA-TZ5SCI，編程DP卡/PLC卡接口4GPIO29SCITXDA-TZ66GPIO30CANRXA-GPIO或者監(jiān)控7GPIO31CANTXA-GPIO或者

26、監(jiān)控100GPIO32SDAAEPWMSYNCIADCSOCAOEEPROM5GPIO33SCLAEPWMSYNCOADCSOCBO43GPIO34-旋變sample5.2 位置控制擴展板技術規(guī)格5.2.1 單板名稱和型號選件，MD380 帶定位功能的擴展IO卡，單板名稱為：MD38DW5.2.2 輸入輸出接口表5.2.1用戶端子分類端子記號端子功能說明技術規(guī)格通訊接口485485差分信號正端標準RS-485通訊接口485485差分信號負端標準RS-485通訊接口編碼器接口A+編碼器A相正端僅差分，可提供5V電源，最大100mA,輸入頻率<300kHzA-編碼器A相負端B+編碼器B相正端

27、B-編碼器B相負端Z+編碼器Z相正端Z-編碼器Z相負端PGP編碼器5V電源COM編碼器電源數(shù)字輸入DI6-DI10多功能輸入端子光耦隔離漏源極輸入可編程端子，最高輸入頻率100HzOP1多功能輸入端子公共端內(nèi)部與COM、24V隔離，出廠通過跳線與+24V短接24V電源24V板內(nèi)提供24V24V±10%，空載虛電壓不超過30V，最大輸出電流200mA,內(nèi)部與OP/CME/GND隔離COM板內(nèi)24V地內(nèi)部與CME、GND隔離數(shù)字輸出DO2開路集電極輸出光耦隔離漏源極輸出可編程端子，24VDC/50mACME1開路集電極輸出公共端內(nèi)部與COM、GND隔離，出廠通過跳線與COM短接模擬輸入輸出+10V10V模擬電壓輸出10V±10%，最大10mAGND模擬地內(nèi)部與COM、CME隔離AI3模擬單端輸入通道±10V,1%精度,可選為電機PTC輸入AO2模擬單端輸出通道010V/020mA,12位分辨率,1%精度,手動校正,與FM復用繼電器輸出PA/PB/PC繼電器輸出PA-PB：常閉；PA-PC：常開，觸點容量：250VAC/3A（C