电机控制在PLC中的实战应用，附高性能RISC-V电机驱动芯片、方案

发布时间：2024-04-3 阅读量：4933 来源: 我爱方案网作者: bebop

摘要：PLC通过变频器来控制电机，在提高设备灵活性、可靠性和节能性的同时，实现更加智能化和自动化的生产流程，提高生产效率和经济效益。控制电机的核心部件是MCU，它可以根据PLC输出的信号来控制电机的运行，我爱方案网分析师推荐先楫高性能RISC-V MCU——HPM6700，它支持双精度浮点运算及DSP扩展，主频480MHz，能快速响应PLC控制信号，并专门配置了运动处理单元，可提供位置预测和运动轨迹规划功能，广泛适用于伺服驱动器、编码器等工业自动化场景。

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HPM5300是针对电机控制领域推出的高性能RISC-V架构MCU，支持双精度浮点运算及强大的 DSP 扩展，广泛应用于工业自动化中的编码器和伺服驱动器，新能源中的微型逆变器，汽车电子中的 IMU、ECU 和汽车座椅门控模块等产品中。

HPM5300 是先楫半导体第一款全系列内置 1 MB Flash 的产品，同时内置 288KB SRAM，极大避免了低速外部存储器引发的性能损失。模拟部分集成 16bit ADC、12bit DAC 以及运放，增强整个系统精度。HPM5300 配置两个八通道的 PWM 模块，同时引入了 PLB 可编程逻辑单元，实现丰富、多逻辑的保护，提高了产品的稳定性。卓越的通讯能力在丰富的通讯接口上体现得淋漓尽致，HPM5300 系列提供多种可灵活配置的接口，包含 4 路 CAN-FD、4 路 LIN、多路 UART/SPI/I2C 以及USB OTG 内置 HS PHY，轻松实现各种接口类应用。

为了提高运控准确性，HPM5300 系列支持各类位置传感器，包括光电式、磁感应和旋转变压器，同时提供灵活的编码器输入输出，兼容总线型、模拟类和脉冲型，匹配增量和绝对编码器各种输入输出信号形式，信号转化灵活、效率高。HPM5300 系列可支持市面上主流的各类型编码器通讯协议，如多摩川，BISS-C、ENDAT、HIPERFACE 等。

在灵活全面的位置反馈支持下，HPM5300 系列在运控能力上得以进一步提升。同时 HPM5300 系列专门配置了运动处理单元，可提供位置预测和运动轨迹规划功能，为主处理器分担更多的工作量，提升效能，广泛适用于伺服驱动器、编码器等工业自动化场景。

HPM5300实战应用案例

纺织行业伺服控制器

主控芯片：先楫HPM5361

方案特点：主频480MHz，支持丰富的外设以及高度集成的模拟信号链，内置1 MB Flash、288KB SRAM，模拟部分集成16bit ADC、12bit DAC以及运放，支持各类位置传感器，包括光电式、磁感应和旋转变压器，同时提供灵活的编码器输入输出。HPM5300配置两个八通道的PWM模块，同时引入了PLB可编程逻辑单元，提供多种可灵活配置的接口，包含4路CAN-FD、4路LIN、多路UART/SPI/I2C以及USB OTG内置HS PHY，轻松实现各种接口类应用。

应用场景：伺服驱动器、机器人、机械臂等

磁编码器方案

主控芯片：先楫HPM5300系列

方案特点：

分辨率：17b
支持最高转速：6000RPM
支持增益偏差校正
支持温漂补偿
支持掉电多圈保存
支持Offset校正

先楫优势：

高算力：480MHz
2 X 16b ADC
输出协议丰富
片内可编程运放，支持差分输入
低功耗：1.5uA
小封装：QFN 48

应用场景：伺服驱动器、机器人等

旋变硬/软解码方案

主控芯片：先楫HPM5300和和HPM6000系列

方案特点：

硬解码：RDC硬件支持快速的旋变解码
软解码：成熟方案，使用HPM5000~6000
16b ADC带来更好的解码性能
高算力、高主频带来解码低延时
丰富的编码器接口和协议，可以统一编码器平台，如磁编、光编和旋变等

先楫优势：HPM5300系列可结合QEO和SEI，可以支持多种方式输出，如Tamagawa、EnData、正交脉冲等。

应用场景：

工况或环境恶劣的电机驱动，如

新能源车：电机驱动
CNC机床、磨床等

单芯片4轴驱显一体伺服方案

主控芯片：先楫HPM6000系列

方案简介：四轴伺服解决方案采用高性能的 HPM6750 作为主控，单芯片实现 HMI 与四轴伺服运动控制，稳定性好、响应速度快、控制精度高，无需总线通信反馈与交互控制，片内完成所有数据采集、处理和显示，对伺服控制和四电机的同步控制效率大大提高。

方案特点：

816MHz 主频控制器，性能强悍
多伺服电机控制，高精度位置控制
集传感器数据采集、显示、交互、多电机控制于一体
相比模块化的伺服控制系统，方案性能和效率大大提高

应用场景：多轴协同场景，如

机器人：工业机器人、SCARA机器人
机床加工、伺服方案

先楫HPM6200高速3D打印解决方案

方案简介：基于HPM6280高性能CPU，内置FOC算法+H桥驱动芯片，以50K电流环频率实现4轴步进电机开环控制，步进电机速度>1200RPM。该方案是专业为3D打印行业定制，也适合舞台灯光、雕刻机、飞达、横机等行业应用。

方案特点：该行业定制化方案相比3D打印行业传统TMC控制方案，具有高速打印、低系统成本、高同步性的优势。

应用领域：3D打印机

PLC控制电机的优势

1.灵活性：PLC与变频器的结合可以灵活地实现各种不同的控制策略，比如定时启停、反向旋转、调速控制等等。同时，PLC本身也可以通过编程进行逻辑控制和判断，使得整个控制系统更加智能化和自动化。

2.可靠性：PLC具有较高的可靠性和稳定性，能够对电机运行状态进行监测和保护，避免设备故障和安全事故的发生。此外，PLC还能够进行通讯和数据传输，可以方便地实现远程监测和控制，提高设备的可靠性和生产效率。

3.节能性：使用变频器可以实现电机的调速控制，降低电机的运行功率，从而达到节能的目的。而PLC控制变频器可以根据具体需要实现更加精细的控制，最大限度地降低能源消耗，提高设备的经济效益。

PLC电机控制的应用

PLC电机控制广泛应用于各种自动化生产设备，如机床、包装机械、食品生产线等。下面以几个具体的应用为例:

1.自动化生产控制：PLC可以用于对生产线的完全自动化控制，比如自动装配、自动化分拣和自动化包装等。

例如，某公司的生产线中，需要自动化控制货物在传送带上的速度和位置，实现快速高效的物流作业。该公司安装了PLC电机控制系统，通过编写程序实现对传送带的速度、位置等参数的精确控制，大大提高了物流作业的效率和准确性。

2.流程控制：PLC可以用于各种工业流程的自动化控制，包括例如水处理、化学制造、食品加工和制药等领域。

例如，某水处理厂需要对水的流量进行精确控制，该厂采用PLC电机控制系统，通过编写程序实现对水的流量、水质等参数的实时监测和自动化控制，从而确保水的质量和流量在合理范围内，提高了水处理的效率和品质。

3.物流控制：PLC可以用于各种物流设备的自动化控制，包括例如物流分拣、货物运输和自动化储存等。

例如，卡车装卸台需要对物品的卸载速度和位置进行精确控制。该卡车装卸台采用PLC电机控制系统，通过编写程序实现对货物的精确控制，大大提高了货物的卸载效率和安全性。

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