Lon Works 現場總線技術在潮流發電控制系統中的應用
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:
圖1 穩速控制系統原理框圖
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:

圖2 系統方塊圖
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。

圖3 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:

圖4 硬件接口示意圖
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:

圖5 DSP流程圖
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.
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