Lon Works 現場總線技術在潮流發電控制系統中的應用

摘要：現場總線是連接智能現場設備和自動化系統的數字式雙向傳輸多分支結構的通信網絡.本文將Lon Works現場總線技術應用在由DSP控制的70KW潮流發電裝置中，真正做到在辦公室內控制現場設備，察看運行情況，記錄運行過程并實時進行調整。

關鍵詞：Lon Works現場總線技術; 潮流發電; DSP

0 引言

　　現場總線技術是在80年代后期發展起來的一種先進的現場工業控制技術。它集數字通信、智能儀表、微機技術、網絡技術于一身，從根本上突破了傳統的“點對點”式的模擬信號或數字—模擬信號控制的局限性，為真正的“分散式控制，集中式管理”提供了技術保證。本文將Lon Works現場總線技術應用在由DSP控制的70KW潮流發電裝置中，真正做到在辦公室內控制現場設備，察看運行情況，記錄運行過程并適時進行調整。

1 潮流發電系統整體介紹

　　1.1 系統工作原理

　　“恒頻”即是恒定液壓馬達的輸出速度，實際上是一個恒速控制系統。該系統采用兩個控制器進行控制，一個是控制柜中的數字控制器，其作用是完成系統運行狀態的切換，運行參數的顯示，系統的自保控制及另一個控制器進行必要的岸控。另一個控制器是模擬控制器。系統的執行元件是步進電動機，其作用是操縱液壓馬達的變量手柄使系統能輸出50HZ穩定的三相電能，即穩速控制器，其工作過程為右測速發電機測出馬達轉速，然后與給定信號進行比較，通過功放帶動步進電動機，經過螺旋減速器與變量手柄調整馬達的轉排量，最終使馬達的輸出穩定。

　　該系統主要由控制器,功放,步進電動機,螺旋減速器及變量手柄,液壓馬達,測速發電機組成,是一個閉環直流調速系統。如下圖所示：

　　本系統中將被控制量 —液壓馬達輸出轉速，與給定轉速 相比較，以構成誤差信號 .直接利用誤差進行控制，使系統趨向減小誤差的方向，以至使誤差為零，從而達到被控制量 趨向給定值 的目的[5]。

　　穩速恒頻控制部分的負載是變量馬達的變量手柄的轉角，執行器采用步進電動機。系統方塊圖可寫成如下形式：

　　設定一個e （即n0），便可得到一個穩定的ΩD（電機輸入轉速），其中K、τ參數是變化的，但是變化很緩慢，因此需要對輸入設定值適當予以修正，或者控制參數需要調整，這由控制柜中的控制器來實現。

　　1.2控制系統組成

　　潮流發電的控制系統有以下幾個部分組成：蓄電池及充電電路主電路，DSP主控制器，功率輸出保護電路等。各部分中需要監測和/或控制的量主要有：發電機轉速，步進電機轉速，潮流流速，液壓傳動裝置油壓，油量，電池電壓，現場溫度等。

2 硬件實現

　　2.1 Lon Works現場總線技術

　　Lon Works現場總線結構如圖1所示，它在采用開放式網絡互聯七層模型（OSI）的基礎上開發了LonTalk通信協議。每個節點都有信息處理和控制的功能。另外還具有11個功能強大的I/O接口。用戶可以指定34種不同的I/O接口方式與傳感器、執行器相聯，可以很方便地把整個控制系統聯成一個局域操作網 （Local Operation Network） [4]。LON網上的每個控制點稱為LON節點或LonWorks智能設備，它包括一片Neuron芯片、傳感和控制設備、收發器和電源。下圖是—種典型的LON節點方框圖。

　　通常的基于Lon Works現場總線技術的數據采集是由采集節點對現場數據進行采集，以網絡變量形式發送數據;上位機根據需要通過網絡適配器或網卡讀出數據。其中對控制器的監控需要將DSP控制終端接到LON總線上。

　　2.2 DSP主控制器與LON總線的接口

　　TI公司的2000系列芯片TMS320F240是專門為了電機控制和運動控制而設計的，它最具有特色的就是它具有事件管理模塊（Event Manager Module）。就是因為具有此模塊，使得原來非常復雜的交流調速控制變得更加容易。它所內含的定時器、比較單元、捕獲單元、積分編碼脈沖電路使其擁有比較寬范圍的電機控制應用場合，除了直流電動機、交流鼠籠電機等常規調速系統以外，在交流感應電機、永磁同步電機、直流無刷電機、開關磁阻電機等新興交流調速場合也可以得到廣泛的應用。

　　DSP與LON總線的硬件接口如下圖所示：

　　3150與TMS320F240采用并行通信[1]。3150的I/O0——I/O7與TMS320F240的D0——D7相聯作為八位的數據總線;TMS320F240的D8與3150的I/O8相聯，作為DSP請求發送數據的信號線和接收3150命令的應答線;D9與I/O9相聯，作為神經元芯片接收數據的應答線;D10與I/O10相聯，用作3150發送命令的信號線。

3 控制流程

　　DSP軟件實現的具體流程圖如下：

4 結論

　　目前，LONWORKS控制網絡已被美國空調與制冷協會確定為樓宇自控網絡標準，也被美國鐵路協會確定為鐵路自動化網絡標準，眾多的制造商和用戶紛紛在其控制網絡方案中采用這種技術。近年來，Lon Works技術的應用在我國也得到迅速發展。它在本文所闡述的監控系統中的成功應用再次驗證了Lon Works控制網絡所具有的組網靈活、互換作性好、可靠性高等特點。

參考文獻：

　　[1] 黃天戍 王 堅 DSP與Lon Works現場總線的接口設計[J] 電工技術雜志 2002（4）.

　　[2] 張桂香 王輝 編著 計算機控制技術[M] 電子科技大學出版社 1999 214—P218.

　　[3] 李文秀 趙乃真 編 數字控制系統[M] 哈爾濱工程大學出版社 1997 202—P204.

　　[4] 楊旭，朱斌.高速多通道同步數據采集DSP系統在電力系統中的應用[J] 山東：暨南大學學報（自然科學版），2001（6）.

　　[5]Luo Yao-hua, Ye Xiu-fen. Integrated control system for first tidal flow electricity generating ship of China. [J] Journal of marine science and application, Vol.1,No.1,June 2002.