MD380总体技术方案设计.doc

总体技术方案产品总体技术方案编制的说明：1、产品总体技术方案的制定与更改控制： 在计划阶段，系统工程师项目经理组织相关人员根据产品规格书，并在考虑本钱分析和资源计划要求的情况下，进展系统设计，编制产品总体技术方案。 经过评审的产品总体技术方案必须归档并纳入更改控制。在开发的后续阶段，如有必需，产品总体技术方案也会被更新，但必须经过系统工程师审核，召集系统组或总体组评审，由总体办备案。 产品总体技术方案的每一次更改，应由系统工程师进展一次版本升级和发布，保证项目组与相关部门使用的总体技术方案为有效版本。2、产品总体技术方案的容要求： 产品总体技术方案包括对产品的名称和型号、系统组成和接口关系、主回路初步设计和关键器件选型、系统测试方案、整机结构工艺方案、单元的技术规格、EMC、防护和可靠性方案的设计以与存在的风险进展全面描述。 产品总体技术方案的描述应该全面、清晰，各单元之间接口关系的定义只能有唯一的解释。总体技术方案的容应明确产品的规格书提出各项要求的实现方式或过程。单元的规格描述应按产品规格书描述的方法进展。 总体技术方案不应再描述实现单元规格的方式或过程，以与单元部的接口关系，这些将在单元的设计中描述。3、产品总体技术方案的用途： 产品总体技术方案是产品开发过程中最重要的文档之一。它将作为开发活动任务分解的依据，各个分解单元概要设计的依据和实现的目标，也将作为开发计划和单元测试验收的依据，还将作为产品宣传、产品维护、技术培训、技术交流以与技术积累的资料来源。4、要求： 产品总体技术方案属于文件，所有文档的创作者与使用者都负有责任。目录1、设计背景41.1 总体技术方案编制的依据41.2 总体技术方案描述的产品名称和型号41.3 引用的标准和规61.4 缩略词和术语定义62、电气方案设计72.1 系统原理72.1.1 系统原理图72.2 系统架构72.3 系统组成82.3 系统接口82.3.1 主回路端子82.3.2 控制端子82.4 电气关系82.5 主回路设计83、结构方案设计84、系统测试方案94.1 开发阶段样机系统测试94.2 中试阶段样机型式试验95、单元技术规格105.1 控制板技术规格105.1.1 单板名称和型号105.1.2 单板电气性能和功能描述105.1.3 输入输出接口105.1.4 单板结构工艺要求125.1.5 软件接口125.2 位置控制扩展板技术规格135.2.1 单板名称和型号135.2.2 输入输出接口135.2.3 单板结构工艺要求145.3 驱动板技术规格145.5 散热器技术规格146、电磁兼容性EMC、可靠性和可维护性、防护性和安规的方案设计156.1 EMC的方案设计156.2 可靠性和可维护性的方案设计156.3 防护性和安规的方案设计157、风险分析和评估157.1 风险分析157.2 风险评估和缓解措施158、附件151、设计背景1.1 总体技术方案编制的依据MD380总体技术方案是依据产品规格书和需求分析报告，并考虑到产品的本钱分析报告，以与公司现有的开发人员、技术储藏和测试装备的条件和MD380产品开发计划的要求而编制的。MD380是MD320的升级版本，MD380相对于MD320有如下改变：表1-1 MD380 vs MD320 比拟项目子项MD380相对MD320的改变总体功率段MD380覆盖MD320全部功率段电压等级覆盖MD320电压等级，新增加三相480VAC电压等级主拓扑不变，借用MD320驱动局部结构借用BCD结构借用MD320N塑胶Size E改为塑胶结构钣金全新优化设计，保持320N风格，盖板全改为上下盖板结构硬件DSP平台选用280XDSP平台，相对于2403资源更丰富，性能更强大硬件性能增加硬件逐波限流，双编码器接口设计等软件软件性能更快速的系统响应，控制精度提高等软件功能增加位置扩展，更多实用功能等非标整合将80的非标整合进通用产品中生产支持自动测试，自校正，更短的的测试时间等MD380借用MD320功率驱动局部，结构上Size B/C/D 借用MD320N结构，后续新设计的结构风格与MD320N保持一致。因此本总体技术方案侧重于控制系统架构，软件的优化、结构优化方面的描述。1.2 总体技术方案描述的产品名称和型号表1.2 MD380系列型号功率等级(kW)电压等级(V)单相220V三相220V三相380V三相480V三相690V单机0.4GB0.7GBB1.5GBB2.2GBB3.7GC5.5PC5.5GC7.5PC7.5GD11PD11GD15PD15GD18.5PD18.5GE22PE22GE30PE30GE37PE37GF45PF45GF55PF55GF75PF75GG90PG90GG110PG110GH132PH132GHH160PHH160GHH200PIH200GIH220PIH220GIH250PIH250GIH280PII280GII315PII315GJI355PJI355GJI400PJJ400GJJ450PJJ450GJ500PJ500GJ560PJ并联450GI500PI500GI560PI560GJI630PJI630GJJ710PJJ710GJJ800PJJ800GJ900PJ500DYI560DYI630DYI710DYJI800DYJJ900DYJJ1000DYJ1100DYJ1.3 引用的标准和规无1.4 缩略词和术语定义2、电气方案设计2.1 系统原理人机界面LED键盘电源输入单相220AC三相220AC三相380AC三相480AC三相690AC整流单元通讯ProfibusMODBUS逆变单元控制单元编码器反应驱动单元制动单元用户给定DI输入AI输入故障输出DO状态输出AO图2-1 系统原理图变频器主电路拓扑采用交直交 整流逆变型拓扑。三相交流电经不可控整流单元整流滤波后的到平稳的直流，逆变单元通过PWM调制将直流逆变为频率，幅值可变的三相交流电。控制单元通过用户设置，系统给定，编码器反应，电压电流采样，实时计算产生PWM脉冲波控制逆变单元产生三相交流驱动电机。2.2 系统架构28xx平台人机界面(LED、键盘)本机IO扩展接口扩展IOSCI(485)通讯调试接口ProfBUSMODBUSPWM输出输出使能功率驱动单元制动单元逐波限流单元电路缺相检测扩展卡1PG卡主电路继电器反应给系统模拟量归一化UVW电流,母线电压,温度采样ABZ信号与正余弦信号保护中断位置控制接口制动PWM信号硬件保护单元过压过流,VCE保护中断ABZ信号差分/OC/UVW/旋变位置PG接口虚拟IO图2-2 系统框图MD380采用单芯片架构，防止MD320双芯片架构所带来的系统响应的问题。双芯片方案中由于电机性能控制和电机功能控制是由不同的CPU完成，相互之间通过SPI连接，数据交换的瓶颈使的MD320在一些要求高速响应的情况下不能快速响应系统控制指令。MD380采用一片TMS320F2808完成电机性能和功能控制，通过部RAM数据交换，快速响应系统控制指令。MD380提供硬件逐波限流技术，使系统报故障的几率大大降低，同时还能有效的保护系统损坏。同时还提供双编码器接口，兼容差分、OC、UVW、Sin/Cos、旋转变压器等编码器。一路用与连接被控电机，另外一路用于定位控制，这些使得MD380比MD320有更广阔的市场应用领域。MD380除支持通用的MODBUS协议外，还可以支持得到广泛应用的Profibus总线，通过后续的开发可以提供更丰富的总线支持。可以无缝集成到工厂集中控制环境中，便于工厂自动化建设。MD380集成真正意义的可编程扩展卡，该可编程扩展卡是一个独立的PLC，通过部厂家协议与变频器无缝连接在一起。可编程卡节省了用户投资，通过部特殊的控制变量可以更灵活控制变频器。MD380还增加了虚拟IO功能，可以将远程设备如数据采集单元采集的数字量、模拟量，控制系统中间变量做为本机IO或者变量。2.3 系统组成MD380是MD320升级而来，在系统组成上根本一样，如下表表2.3.1 MD380系列系统组成项目描述功率单元借用MD320驱动电路借用MD320Size E新设计，不完全借用散热器借用MD320控制板新设计，采用TMS320F2808 DSP平台键盘显示新设计扩展板兼容老扩展板，带位置控制的控制板是新设计PG卡新设计塑胶Size 完全BCD借用MD320N,Size E新设计钣金新设计，但外形尺寸保持和MD320兼容2.3 系统接口2.3.1 主回路端子参见MD380开发规格书6.12.3.2 控制端子参见MD380开发规格书6.22.4 电气关系参见图2-22.5 主回路设计保持和MD320一致3、结构方案设计MD380功率等级从0.4kW450kW，共分9个体积。其中Size B/C/D结构借用已经完成开发的MD320N结构，在此根底上Size EJ在外观造型上沿用MD320N的风格。Size E由钣金结构改为塑胶结构Size FJ保持钣金结构，在满足需求的情况下外形尺寸最大程度保持与MD320一致。初步外形尺寸如下表。表3.1外形尺寸与安装尺寸功率(kW)SizeH(mm)W(mm)D(mm)H1(mm)W1(mm)H2(mm)W2(mm)0.4B186125164172113204760.751.52.23.7C2481601832361482661005.57.5D322208192305190342136111518.5E430280220412265/223037F575385260600250/455575G700460320730340/90110H880580370910450/132160200I9806503801030420/220250280315J12008004001300540/355400H：外形长度W：外形宽度D：外形高度H1：普通安装时的安装长度W1：普通安装时的安装宽度H2：散热器外装时的安装长度W2：散热器外装时的安装宽度具体详细结构方案设计参见各体积的结构方案设计。4、系统测试方案4.1 开发阶段样机系统测试参见MD380系统测试方案。4.2 中试阶段样机型式试验参见MD380系统测试方案。5、单元技术规格MD380系列变频器在功率模块，驱动单元借用MD320。在MD320的根底上更改了结构，控制单元。控制单元的单板根本重新设计，MD380新增单板如下表所示。表5-1 MD380新增单板列表项目描述单板名称通用全系列通用控制板MST552KZ1塑胶件键盘显示板MST552GA1参数拷贝卡MD38CP扩展卡扩展接口1PG接口扩展卡，OC与差分输入兼容，选件MD38PG1PG接口扩展卡，差分输入，带差分分频输出，选件MD38PG2PG接口扩展卡，实现UVW编码器，选件MD38PG3PG接口扩展卡，实现旋转变压器接口，选件MD38PG4PG接口扩展卡，实现SIN/COS码盘接口，选件MD38PG5扩展接口2不隔离PG卡：满足Size B结构，实现位置控制(带RS485?)MD38PGBDP卡：SIZE-C与以上通用，Size B外置，选件MD38DP简易IO卡：满足Size B结构，仅DI x 2，DO x 1、AI x 1(带RS485?)MD38EIO定位PG卡：隔离的差分PG卡，并带IO卡一样的IO资源，无分频输出MD38DWPLC卡：用户可编程扩展卡MD38PLC驱动MD380 Size E专用驱动板MST183QD15.1 控制板技术规格5.1.1 单板名称和型号MD380全系列共用一块控制板，单板名称为：MST552KZ15.1.2 单板电气性能和功能描述表5.1.1 控制板电气性能和功能描述项目描述电源输入来自驱动板：5V，±15V，GND和隔离24V，COM电源输出10V和隔离24V输出驱动板接口兼容MD320 DSP接口，通过34PIN排线连接输入输出IO兼容MD320：2xAI,1xAO,5xDI,2xDO,1xRELAY扩展接口兼容老扩展卡，同时可增加编码器接口PG接口满足差分，OC，UVW，旋变等编码器输入键盘显示接口满足5 x LED，9 x KEY具体参见MD380开发规格书5.1.3 输入输出接口表5.1.2通用PG接口PIN标号描述1QEP1ADSP通用GPIO,可通过设置定义为QEP，SCI，CAN，SPI等功能2QEP1B3QEP1Z4GP225GP3467VCC5V电源8GND9UU4模拟量输入，做Sin/Cos模拟量输入，也做UVW数字量输入10UU511UU612UU7131415COM24V隔离电源16COM1724V1824V表5.1.3扩展板接口PIN标号描述1COM24V隔离电源2COM324V424V5DI6普通DI,5V HC电平6DI7普通DI,5V HC电平7QEP-B通用GPIO,可做SPIMI,也可做QEPB8QEP-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电平11AI3±3V模拟量输入12AO2AO2-PWM 与FM复用13RTS485RS485通讯接口14SCIARXD15SCIATXD16DI9普通DI,5V HC电平17CANARXD通用GPIO,也可做CANARXD18RESET复位信号19QEP-A通用GPIO,可做SPIMO,也可做QEPA20RELAY2普通DO,5V HC电平,驱动继电器21DO2普通DO,5V HC电平22DI10普通DI,5V HC电平2315V5V，±15V，GND24 -15V255V265V27GND28GND表5.1.4用户端子分类端子记号端子功能说明技术规格数字输入DI1-DI4普通多功能输入端子隔离漏源极输入可编程端子,输入频率<100HzDI5多功能高速脉冲输入端子最高输入频率100kHzOP多功能输入端子公共端部与COM、24V隔离，出厂通过跳线与+24V短接24V电源24V板提供24V24V±10%，空载虚电压不超过30V，最大输出电流200mA,部与OP/CME/GND隔离COM板24V地部与CME、GND隔离数字输出DO1DO1:开路集电极输出隔离漏源极输出可编程端子24VDC/50mAFMFM:可编程脉冲频率输出作数字输出，部射极与COM连(可作为普通可编程开路集电集端子)，最高输出频率100kHzCME开路集电极输出公共端部与COM、GND隔离，出厂通过跳线与COM短接模拟输入输出+10V10V模拟电压输出10V±10%，最大10mAGND模拟地部与COM、CME隔离AI1模拟单端输入通道AI1010V，12位分辨率，校正精度0.5AI2模拟单端输入通道AI2010V/020mA 12位分辨率,校正精度0.5AO1模拟输出1010V(020mA,12位分辨率,校正精度1继电器输出TA/TB/TC继电器输出TA-TB：常闭；TA-TC：常开，触点容量： 250VAC/3ACOS=0.45.1.4 单板结构工艺要求1、单板尺寸围与MD320控制板尺寸完全一致。2、单板布局控制板采用双面贴片，双面插件的方式布局。3、PCB层数和PCBA的设计要求四层板1.6mm厚度；外表贴装和插装器件混合使用。4、单板生产工艺双面回流焊单面波峰焊手工后补焊的方式生产。5、单板测试策略和工装夹具设计进展ICT测试和功能测试。详细过程由单板调试说明文件定义。6、新工艺、新材料、器件工艺无。5.1.5 软件接口MD380为单芯片架构，由一片主控MCU(TMS320F2808)完成电机性能和功能控制，其资源分配如下。表5.1.5 DSP资源分配Pin管脚功能用途(MD380)F1F2F3F447GPIO0EPWM1A-PWM44GPIO1EPWM1BSPISIMOD-45GPIO2EPWM2A-48GPIO3EPWM2BSPISOMID-51GPIO4EPWM3A-53GPIO5EPWM3BSPICLKDECAP156GPIO6EPWM4AEPWMSYNCIEPWMSYNCODRIVE58GPIO7EPWM4BSPISTEDECAP2HDO-1/AO-260GPIO8EPWM5ACANTXBADCSOCAOBREAK61GPIO9EPWM5BSCITXDBECAP3AO-1/HDO-264GPIO10EPWM6ACANRXBADCSOCBORELAY70GPIO11EPWM6BSCIRXDBECAP4HDI-11GPIO12TZ1CANTXBSPISIMOB过流95GPIO13TZ2CANRXBSPISOMIBCBC8GPIO14TZ3SCITXDBSPICLKBCBC9GPIO15TZ4SCIRXDBSPISTEBCBC50GPIO16SPISIMOACANTXBTZ5DI,DO,显示，键盘52GPIO17SPISOMIACANRXBTZ654GPIO18SPICLKASCITXDB-57GPIO19SPISTEASCIRXDB-63GPIO20EQEP1ASPISIMOCCANTXBQEP1/旋变RDVEL67GPIO21EQEP1BSPISOMICCANRXB71GPIO22EQEP1SSPICLKCSCITXDB72GPIO23EQEP1ISPISTECSCIRXDB83GPIO24ECAP1EQEP2ASPISIMOBQEP2-A/HDI-191GPIO25ECAP2EQEP2BSPISOMIBQEP2-B99GPIO26ECAP3EQEP2ISPICLKBQEP2-I79GPIO27ECAP4EQEP2SSPISTEB485-R/T92GPIO28SCIRXDA-TZ5SCI，编程DP卡/PLC卡接口4GPIO29SCITXDA-TZ66GPIO30CANRXA-GPIO或者监控7GPIO31CANTXA-GPIO或者监控100GPIO32SDAAEPWMSYNCIADCSOCAOEEPROM5GPIO33SCLAEPWMSYNCOADCSOCBO43GPIO34-旋变sample5.2 位置控制扩展板技术规格5.2.1 单板名称和型号选件，MD380 带定位功能的扩展IO卡，单板名称为：MD38DW5.2.2 输入输出接口表5.2.1用户端子分类端子记号端子功能说明技术规格通讯接口485485差分信号正端标准RS-485通讯接口485485差分信号负端标准RS-485通讯接口编码器接口A+编码器A相正端仅差分，可提供5V电源，最大100mA,输入频率<300kHzA-编码器A相负端B+编码器B相正端B-编码器B相负端Z+编码器Z相正端Z-编码器Z相负端PGP编码器5V电源COM编码器电源数字输入DI6-DI10多功能输入端子光耦隔离漏源极输入可编程端子，最高输入频率100HzOP1多功能输入端子公共端部与COM、24V隔离，出厂通过跳线与+24V短接24V电源24V板提供24V24V±10%，空载虚电压不超过30V，最大输出电流200mA,部与OP/CME/GND隔离COM板24V地部与CME、GND隔离数字输出DO2开路集电极输出光耦隔离漏源极输出可编程端子，24VDC/50mACME1开路集电极输出公共端部与COM、GND隔离，出厂通过跳线与COM短接模拟输入输出+10V10V模拟电压输出10V±10%，最大10mAGND模拟地部与COM、CME隔离AI3模拟单端输入通道±10V,1%精度,可选为电机PTC输入AO2模拟单端输出通道010V/020mA,12位分辨率,1%精度,手动校正,与FM复用继电器输出PA/PB/PC继电器输出PA-PB：常闭；PA-PC：常开，触点容量：250VAC/3ACOS=0.4屏蔽PE屏蔽接地部与主回路端子PE相连5.2.3 单板结构工艺要求1、单板尺寸围148mm x 89mm2、单板布局控制板采用双面贴片，双面插件的方式布局3、PCB层数和PCBA的设计要求四层板1.6mm厚度；外表贴装和插装器件混合使用。4、单板生产工艺双面回流焊单面波峰焊手工后补焊的方式生产5、单板测试策略和工装夹具设计进展ICT测试和功能测试。详细过程由单板调试说明文件定义。6、新工艺、新材料、器件工艺无。5.3 驱动板技术规格除Size E外，MD380各功率等级借用一样功率等级的MD320驱动板Size E 驱动板电路主要局部不变，功率模块选用不变。相对MD320 Size E驱动板，MD380 Size E驱动板有如下变化。1 单板名称单板名称：MST183QD12 端子台选择选用PCB焊接型端子台，可以降低本钱，经过计算需要100A的端子来满足37KW功率输出，但市面上没有100APCB焊接型端子台标准品，只能开模设计。3 整流单元同样也是为了降低本钱，整流单元选用和功率模块一样高度17mm的整流单元。具体型号待定。5.5 散热器技术规格借用MD3206、电磁兼容性EMC、可靠性和可维护性、防护性和安规的方案设计6.1EMC的方案设计同MD3206.2 可靠性和可维护性的方案设计同MD3206.3 防护性和安规的方案设计同MD3207、风险分析和评估7.1 风险分析表7.1关键元器件描述关键器件控制板DSPTMS320F2808贴片电解电容47u/35v 100u/35v高速光耦10MHz 光耦：6N137 电平转换芯片3.3/5V互转：TXB0108FFC连接器连接键盘，需要28Pin FFC连接器Size EPCB焊接端子台新开模设计100A栅栏式PCB焊接型端子台整流单元17mm高的整流单元，可集成到驱动板上7.2 风险评估和缓解措施表7.2 风险评估表风险排序风险描述风险概率风险可能导致的后果减小风险的措施责任人8、附件附件1：Size E结构设计方案书附件2：钣金结构设计方案书附件3：MD380变频器测试方案附件4：MD380开发规格书14 / 14