新闻是有分量的

基于LonWorks现场总线技术的潮流发电控制系统

2019-05-25 09:59栏目:投资
TAG:

  现场总线技术是在80年代后期发展起来的一种先进的现场工业控制技术。它集数字通信、智能仪表、微机技术、网络技术于一身,从根本上突破了传统的点对点式的模拟信号或数字模拟信号控制的局限性,为真正的分散式控制,集中式管理提供了技术保证。本文将LonWorks现场总线技术应用在由DSP控制的70KW潮流发电装置中,真正做到在办公室内控制现场设备,察看运行情况,记录运行过程并适时进行调整。

  1、潮流发电系统整体介绍

  1.1系统工作原理

  恒频即是恒定液压马达的输出速度,实际上是一个恒速控制系统。该系统采用两个控制器进行控制,一个是控制柜中的数字控制器,其作用是完成系统运行状态的切换,运行参数的显示,系统的自保控制及另一个控制器进行必要的岸控。另一个控制器是模拟控制器。系统的执行元件是步进电动机,其作用是操纵液压马达的变量手柄使系统能输出50HZ稳定的三相电能,即稳速控制器,其工作过程为右测速发电机测出马达转速,然后与给定信号进行比较,通过功放带动步进电动机,经过螺旋减速器与变量手柄调整马达的转排量,最终使马达的输出稳定。

  该系统主要由控制器,功放,步进电动机,螺旋减速器及变量手柄,液压马达,测速发电机组成,是一个闭环直流调速系统。如下图所示:

  图1稳速控制系统原理框图

  本系统中将被控制量液压马达输出转速,与给定转速相比较,以构成误差信号.直接利用误差进行控制,使系统趋向减小误差的方向,以至使误差为零,从而达到被控制量趋向给定值的目的[5]。

  稳速恒频控制部分的负载是变量马达的变量手柄的转角,执行器采用步进电动机。系统方块图可写成如下形式:

  图2系统方块图

  设定一个e(即n0),便可得到一个稳定的D(电机输入转速),其中K、参数是变化的,但是变化很缓慢,因此需要对输入设定值适当予以修正,或者控制参数需要调整,这由控制柜中的控制器来实现。

  1.2控制系统组成

  潮流发电的控制系统有以下几个部分组成:蓄电池及充电电路主电路,DSP主控制器,功率输出保护电路等。各部分中需要监测和/或控制的量主要有:发电机转速,步进电机转速,潮流流速,液压传动装置油压,油量,电池电压,现场温度等。

  2、硬件实现

  2.1LonWorks现场总线技术

  LonWorks现场总线结构如图1所示,它在采用开放式网络互联七层模型(OSI)的基础上开发了LonTalk通信协议。每个节点都有信息处理和控制的功能。另外还具有11个功能强大的I/O接口。用户可以指定34种不同的I/O接口方式与传感器、执行器相联,可以很方便地把整个控制系统联成一个局域操作网(LocalOperationNetwork)[4]。LON网上的每个控制点称为LON节点或LonWorks智能设备,它包括一片Neuron芯片、传感和控制设备、收发器和电源。下图是种典型的LON节点方框图。

  图3 LON节点方框图

  通常的基于LonWorks现场总线技术的数据采集是由采集节点对现场数据进行采集,以网络变量形式发送数据;上位机根据需要通过网络适配器或网卡读出数据。其中对控制器的监控需要将DSP控制终端接到LON总线上。

  2.2DSP主控制器与LON总线的接口

  TI公司的2000系列芯片TMS320F240是专门为了电机控制和运动控制而设计的,它最具有特色的就是它具有事件管理模块(EventManagerModule)。就是因为具有此模块,使得原来非常复杂的交流调速控制变得更加容易。它所内含的定时器、比较单元、捕获单元、积分编码脉冲电路使其拥有比较宽范围的电机控制应用场合,除了直流电动机、交流鼠笼电机等常规调速系统以外,在交流感应电机、永磁同步电机、直流无刷电机、开关磁阻电机等新兴交流调速场合也可以得到广泛的应用。

  DSP与LON总线的硬件接口如下图所示:

  图4硬件接口示意图

  3150与TMS320F240采用并行通信[1]。3150的I/O0I/O7与TMS320F240的D0D7相联作为八位的数据总线;TMS320F240的D8与3150的I/O8相联,作为DSP请求发送数据的信号线和接收3150命令的应答线;D9与I/O9相联,作为神经元芯片接收数据的应答线;D10与I/O10相联,用作3150发送命令的信号线。

  3、控制流程

  DSP软件实现的具体流程图如下:

  图5DSP流程图

  4、结论

  目前,LONWORKS控制网络已被美国空调与制冷协会确定为楼宇自控网络标准,也被美国铁路协会确定为铁路自动化网络标准,众多的制造商和用户纷纷在其控制网络方案中采用这种技术。近年来,LonWorks技术的应用在我国也得到迅速发展。它在本文所阐述的监控系统中的成功应用再次验证了LonWorks控制网络所具有的组网灵活、互换作性好、可靠性高等特点。