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基于LonWorks现场总线技术的潮流发电控制系统

  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ΩD(电机输入转速),其中K、τ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/O0——I/O7与TMS320F240的D0——D7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。

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