MD380总体技术方案重点讲义资料.docx

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MD380总体技术方案重点讲义资料

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，并在考虑成本分析和资源计划要求的情况下，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，应由系统工程师进行一次版本升级和发布，保证项目组及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、防护和可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，所有文档的创作者及使用者都负有保密责任。

目录

1、设计背景4

1.1总体技术方案编制的依据4

1.2总体技术方案描述的产品名称和型号4

1.3引用的标准和规范6

1.4缩略词和术语定义6

2、电气方案设计7

2.1系统原理7

2.1.1系统原理图7

2.2系统架构7

2.3系统组成8

2.3系统接口8

2.3.1主回路端子8

2.3.2控制端子8

2.4电气关系8

2.5主回路设计8

3、结构方案设计8

4、系统测试方案9

4.1开发阶段样机系统测试9

4.2中试阶段样机型式试验9

5、单元技术规格10

5.1控制板技术规格10

5.1.1单板名称和型号10

5.1.2单板电气性能和功能描述10

5.1.3输入输出接口10

5.1.4单板结构工艺要求12

5.1.5软件接口12

5.2位置控制扩展板技术规格13

5.2.1单板名称和型号13

5.2.2输入输出接口13

5.2.3单板结构工艺要求14

5.3驱动板技术规格14

5.5散热器技术规格14

6、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15

6.1EMC的方案设计15

6.2可靠性和可维护性的方案设计15

6.3防护性和安规的方案设计15

7、风险分析和评估15

7.1风险分析15

7.2风险评估和缓解措施15

8、附件15

1、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1-1MD380vsMD320比较

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，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1.2MD380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

0.4G

B

0.7G

B

B

1.5G

B

B

2.2G

B

B

3.7G

C

5.5P

C

5.5G

C

7.5P

C

7.5G

D

11P

D

11G

D

15P

D

15G

D

18.5P

D

18.5G

E

22P

E

22G

E

30P

E

30G

E

37P

E

37G

F

45P

F

45G

F

55P

F

55G

F

75P

F

75G

G

90P

G

90G

G

110P

G

110G

H

132P

H

132G

H

H

160P

H

H

160G

H

H

200P

I

H

200G

I

H

220P

I

H

220G

I

H

250P

I

H

250G

I

H

280P

I

I

280G

I

I

315P

I

I

315G

J

I

355P

J

I

355G

J

I

400P

J

J

400G

J

J

450P

J

J

450G

J

500P

J

500G

J

560P

J

并联

450G

I

500P

I

500G

I

560P

I

560G

J

I

630P

J

I

630G

J

J

710P

J

J

710G

J

J

800P

J

J

800G

J

900P

J

500DY

I

560DY

I

630DY

I

710DY

J

I

800DY

J

J

900DY

J

J

1000DY

J

1100DY

J

1.3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

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，编码器反馈，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

图2-2系统框图

MD380采用单芯片架构，避免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，通过内部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，通过内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，通过内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

控制板

新设计，采用TMS320F2808DSP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,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

2.3.1主回路端子

参见《MD380开发规格书》6.1

2.3.2控制端子

参见《MD380开发规格书》6.2

2.4电气关系

参见图2-2

2.5主回路设计

保持和MD320一致

3、结构方案设计

MD380功率等级从0.4kW～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外形尺寸及安装尺寸

功率（kW）

Size

H（mm）

W（mm）

D（mm）

H1（mm）

W1（mm）

H2（mm）

W2（mm）

0.4

B

186

125

164

172

113

204

76

0.75

1.5

2.2

3.7

C

248

160

183

236

148

266

100

5.5

7.5

D

322

208

192

305

190

342

136

11

15

18.5

E

430

280

220

412

265

/

/

22

30

37

F

575

385

260

600

250

/

/

45

55

75

G

700

460

320

730

340

/

/

90

110

H

880

580

370

910

450

/

/

132

160

200

I

980

650

380

1030

420

/

/

220

250

280

315

J

1200

800

400

1300

540

/

/

355

400

H：

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的基础上更改了结构，控制单元。

控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1

PG接口扩展卡，OC与差分输入兼容，选件

MD38PG1

PG接口扩展卡，差分输入，带差分分频输出，选件

MD38PG2

PG接口扩展卡，实现UVW编码器，选件

MD38PG3

PG接口扩展卡，实现旋转变压器接口，选件

MD38PG4

PG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SizeB结构，实现位置控制（带RS485?

）

MD38PGB

DP卡：

SIZE-C及以上通用，SizeB外置，选件

MD38DP

简易IO卡：

满足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

MD38DW

PLC卡：

用户可编程扩展卡

MD38PLC

驱动

MD380SizeE专用驱动板

MST183QD1

5.1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：

MST552KZ1

5.1.2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

满足差分，OC，UVW，旋变等编码器输入

键盘显示接口

满足5xLED，9xKEY

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

1

QEP1A

DSP通用GPIO,可通过设置定义为QEP，SCI，CAN，SPI等功能

2

QEP1B

3

QEP1Z

4

GP22

5

GP34

6

7

VCC

5V电源

8

GND

9

UU4

模拟量输入，做Sin/Cos模拟量输入，也做UVW数字量输入

10

UU5

11

UU6

12

UU7

13

14

15

COM

24V隔离电源

16

COM

17

24V

18

24V

表5.1.3扩展板接口

PIN

标号

描述

1

COM

24V隔离电源

2

COM

3

24V

4

24V

5

DI6

普通DI,5VHC电平

6

DI7

普通DI,5VHC电平

7

QEP-B

通用GPIO,可做SPIMI,也可做QEPB

8

QEP-Z

通用GPIO,可做SPICLK,也可做QEPZ

9

CANATXD

通用GPIO,可做SPIHL,也可做CANATXD

10

DI8

普通DI,5VHC电平

11

AI3

±3V模拟量输入

12

AO2

AO2-PWM与FM复用

13

RTS485

RS485通讯接口

14

SCIARXD

15

SCIATXD

16

DI9

普通DI,5VHC电平

17

CANARXD

通用GPIO,也可做CANARXD

18

RESET

复位信号

19

QEP-A

通用GPIO,可做SPIMO,也可做QEPA

20

RELAY2

普通DO,5VHC电平,驱动继电器

21

DO2

普通DO,5VHC电平

22

DI10

普通DI,5VHC电平

23

15V

5V，±15V，GND

24

-15V

25

5V

26

5V

27

GND

28

GND

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<100Hz

DI5

多功能高速脉冲输入端子

最高输入频率100kHz

OP

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

板内提供24V

24V±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

DO1

DO1:

开路集电极输出

隔离漏源极输出可编程端子24VDC/50mA

FM

FM:

可编程脉冲频率输出

作数字输出，内部射极与COM连（可作为普通可编程开路集电集端子），最高输出频率100kHz

CME

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

+10V

10V模拟电压输出

10V±10%，最大10mA

GND

模拟地

内部与COM、CME隔离

AI1

模拟单端输入通道AI1

0～10V，12位分辨率，校正精度0.5％

AI2

模拟单端输入通道AI2

0～10V/0～20mA12位分辨率,校正精度0.5％

AO1

模拟输出1

0～10V（0～20mA,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/3A（COS=0.4）

5.1.4单板结构工艺要求

1、单板尺寸范围

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）；表面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

进行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5.1.5DSP资源分配

Pin

管脚功能

用途（MD380）

F1

F2

F3

F4

47

GPIO0

EPWM1A

-

-

PWM

44

GPIO1

EPWM1B

SPISIMOD

-

45

GPIO2

EPWM2A

-

-

48

GPIO3

EPWM2B

SPISOMID

-

51

GPIO4

EPWM3A

-

-

53

GPIO5

EPWM3B

SPICLKD

ECAP1

56

GPIO6

EPWM4A

EPWMSYNCI

EPWMSYNCO

DRIVE

58

GPIO7

EPWM4B

SPISTED

ECAP2

HDO-1/AO-2

60

GPIO8

EPWM5A

CANTXB

ADCSOCAO

BREAK

61

GPIO9

EPWM5B

SCITXDB

ECAP3

AO-1/HDO-2

64

GPIO10

EPWM6A

CANRXB

ADCSOCBO

RELAY

70

GPIO11

EPWM6B

SCIRXDB

ECAP4

HDI-1

1

GPIO12

TZ1

CANTXB

SPISIMOB

过流

95

GPIO13

TZ2

CANRXB

SPISOMIB

CBC

8

GPIO14

TZ3

SCITXDB

SPICLKB

CBC

9

GPIO15

TZ4

SCIRXDB

SPISTEB

CBC

50

GPIO16

SPISIMOA

CANTXB

TZ5

DI,DO,显示，键盘

52

GPIO17

SPISOMIA

CANRXB

TZ6

54

GPIO18

SPICLKA

SCITXDB

-

57

GPIO19

SPISTEA

SCIRXDB

-

63

GPIO20

EQEP1A

SPISIMOC

CANTXB

QEP1/旋变RDVEL

67

GPIO21

EQEP1B

SPISOMIC

CANRXB

71

GPIO22

EQEP1S

SPICLKC

SCITXDB

72

GPIO23

EQEP1I

SPISTEC

SCIRXDB

83

GPIO24

ECAP1

EQEP2A

SPISIMOB

QEP2-A/HDI-1

91

GPIO25

ECAP2

EQEP2B

SPISOMIB

QEP2-B

99

GPIO26

ECAP3

EQEP2I

SPICLKB

QEP2-I

79

GPIO27

ECAP4

EQEP2S

SPISTEB

485-R/T

92

GPIO28

SCIRXDA

-

TZ5

SCI，编程

DP卡/PLC卡接口