MD380总体技术方案

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及更改限制：在安排阶段，系统工程师（项目经理）组织相关人员依据产品规格书，并在考虑成本分析和资源安排要求的状况下，进行系统设计，编制产品总体技术方案。经过评审的产品总体技术方案必需归档并纳入更改限制。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，但必需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，应由系统工程师进行一次版本升级和发布，保证项目组及相关部门运用的总体技术方案为有效版本。2、产品总体技术方案的内容要求：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、防护和牢靠性方案的设计以及存在的风险进行全面描述。产品总体技术方案的描述应当全面、清楚，各单元之间接口关系的定义只能有唯一的说明。总体技术方案的内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行。总体技术方案不应再描述实现单元规格的方式或过程，以及单元内部的接口关系，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，也将作为开发安排和单元测试验收的依据，还将作为产品宣扬、产品维护、技术培训、技术沟通以及技术积累的资料来源。4、保密要求：产品总体技术方案属于机密文件，全部文档的创作者及运用者都负有保密责任。书目TOC\o"1-3"\h\z1、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引用的标准和规范 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限制端子 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限制板技术规格 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位置限制扩展板技术规格 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）、牢靠性和可维护性、防护性和安规的方案设计 156.1EMC的方案设计 156.2牢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，并考虑到产品的成本分析报告，以及公司现有的开发人员、技术储备和测试装备的条件和MD380产品开发安排的要求而编制的。MD380是MD320的升级版本，MD380相对于MD320有如下变更：表1-1MD380vsMD320比较项目子项MD380相对MD320的变更总体功率段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驱动部分结构借用BCD结构借用MD320N塑胶SizeE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，限制精度提高等软件功能增加位置扩展，更多好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功率驱动部分，结构上SizeB/C/D借用MD320N结构，后续新设计的结构风格与MD320N保持一样。因此本总体技术方案侧重于限制系统架构，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1.2MD380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引用的标准和规范无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逆变单元限制单元编码器反馈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纳交－直－交整流逆变型拓扑。三相沟通电经不行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，幅值可变的三相沟通电。限制单元通过用户设置，系统给定，编码器反馈，电压电流采样，实时计算产生PWM脉冲波限制逆变单元产生三相沟通驱动电机。2.2系统架构28xx平台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输出输出访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卡主电路继电器反馈给系统模拟量归一化UVW电流,母线电压,温度采样ABZ信号及正余弦信号爱护中断位置限制接口制动PWM信号硬件爱护单元过压过流,VCE爱护中断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采纳单芯片架构，避开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限制和电机功能限制是由不同的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状况下不能快速响应系统限制指令。MD380采纳一片TMS320F2808完成电机性能和功能限制，通过内部RAM数据交换，快速响应系统限制指令。MD380供应硬件逐波限流技术，使系统报故障的几率大大降低，同时还能有效的爱护系统损坏。同时还供应双编码器接口，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，另外一路用于定位限制，这些使得MD380比MD320有更广袤的市场应用领域。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供应更丰富的总线支持。可以无缝集成到工厂集中限制环境中，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，通过内部厂家协议与变频器无缝连接在一起。可编程卡节约了用户投资，通过内部特别的限制变量可以更敏捷限制变频器。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，限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，在系统组成上基本相同，如下表表2.3.1MD380系列系统组成项目描述功率单元借用MD320驱动电路借用MD320（SizeE新设计，不完全借用）散热器借用MD320限制板新设计，采纳TMS320F2808DSP平台键盘显示新设计扩展板兼容老扩展板，带位置限制的限制板是新设计PG卡新设计塑胶Size完全BCD借用MD320N,SizeE新设计钣金新设计，但外形尺寸保持和MD320兼容2.3系统接口主回路端子参见《MD380开发规格书》6.1限制端子参见《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MD320一样3、结构方案设计MD380功率等级从0.4kW～450kW，共分9个体积。其中SizeB/C/D结构借用已经完成开发的MD320N结构，在此基础上SizeE～J在外观造型上沿用MD320N的风格。SizeE由钣金结构改为塑胶结构SizeF～J保持钣金结构，在满意需求的状况下外形尺寸最大程度保持与MD320一样。初步外形尺寸如下表。表3.1外形尺寸及安装尺寸功率(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H1：一般安装时的安装长度W1：一般安装时的安装宽度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具体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的基础上更改了结构，限制单元。限制单元的单板基本重新设计，MD380新增单板如下表所示。表5-1MD380新增单板列表项目描述单板名称通用全系列通用限制板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：满意SizeB结构，实现位置限制(带RS485?)MD38PGBDP卡：SIZE-C及以上通用，SizeB外置，选件MD38DP简易IO卡：满意SizeB结构，仅DIx2，DOx1、AIx1(带RS485?)MD38EIO定位PG卡：隔离的差分PG卡，并带IO卡相同的IO资源，无分频输出MD38DWPLC卡：用户可编程扩展卡MD38PLC驱动MD380SizeE专用驱动板MST183QD15.1限制板技术规格单板名称和型号MD380全系列共用一块限制板，单板名称为：MST552KZ1单板电气性能和功能描述表5.1.1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MD320DSP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接口满意差分，OC，UVW，旋变等编码器输入键盘显示接口满意5xLED，9xKEY具体参见《MD380开发规格书》输入输出接口表5.1.2PIN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.PIN标号描述1COM24V隔离电源2COM324V424V5DI6一般DI,5VHC电平6DI7一般DI,5VHC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CANATXD10DI8一般DI,5VHC电平11AI3±3V模拟量输入12AO2AO2-PWM与FM复用13RTS485RS485通讯接口14SCIARXD15SCIATXD16DI9一般DI,5VHC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QEPA20RELAY2一般DO,5VHC电平,驱动继电器21DO2一般DO,5VHC电平22DI10一般DI,5VHC电平2315V5V，±15V，GND24-15V255V265V27GND28GND表5.1.4分类端子记号端子功能说明技术规格数字输入DI1-DI4一般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内部与COM、24V隔离，出厂通过跳线与+24V短接24V电源24V板内供应24V24V±10%，空载虚电压不超过30V，最大输出电流200mA,内部与OP/CME/GND隔离COM板内24V地内部与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，内部射极与COM连(可作为一般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内部与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模拟地内部与COM、CME隔离AI1模拟单端输入通道AI10～10V，12位辨别率，校正精度0.5％AI2模拟单端输入通道AI20～10V/0～20mA12位辨别率,校正精度0.5％AO1模拟输出10～10V(0～20mA,12位辨别率,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/3A（COS=0.4）5.1.4单板结构工艺要求1、单板尺寸范围与MD320限制板尺寸完全一样。2、单板布局限制板采纳双面贴片，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）；表面贴装和插装器件混合运用。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行ICT测试和功能测试。具体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。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限制，其资源安排如下。表DSP资源安排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位置限制扩展板技术规格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表用户端子分类端子记号端子功能说明技术规格通讯接口485＋485差分信号正端标准RS-485通讯接口485－485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，可供应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内部与COM、24V隔离，出厂通过跳线与+24V短接24V电源24V板内供应24V24V±10%，空载虚电压不超过30V，最大输出电流200mA,内部与OP/CME/GND隔离COM板内24V地内部与CME、GN