基于LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)的潮流發(fā)電控制系統(tǒng)

　　現(xiàn)場總線技術(shù)是在80年代后期發(fā)展起來的一種先進(jìn)的現(xiàn)場工業(yè)控制技術(shù)。它集數(shù)字通信、智能儀表、微機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一身，從根本上突破了傳統(tǒng)的“點(diǎn)對點(diǎn)”式的模擬信號(hào)或數(shù)字—模擬信號(hào)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(shù)保證。本文將LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用在由DSP控制的70KW潮流發(fā)電裝置中，真正做到在辦公室內(nèi)控制現(xiàn)場設(shè)備，察看運(yùn)行情況，記錄運(yùn)行過程并適時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

　　1、潮流發(fā)電系統(tǒng)整體介紹

　　1.1系統(tǒng)工作原理

　　“恒頻”即是恒定液壓馬達(dá)的輸出速度，實(shí)際上是一個(gè)恒速控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用兩個(gè)控制器進(jìn)行控制，一個(gè)是控制柜中的數(shù)字控制器，其作用是完成系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的切換，運(yùn)行參數(shù)的顯示，系統(tǒng)的自保控制及另一個(gè)控制器進(jìn)行必要的岸控。另一個(gè)控制器是模擬控制器。系統(tǒng)的執(zhí)行元件是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其作用是操縱液壓馬達(dá)的變量手柄使系統(tǒng)能輸出50HZ穩(wěn)定的三相電能，即穩(wěn)速控制器，其工作過程為右測速發(fā)電機(jī)測出馬達(dá)轉(zhuǎn)速，然后與給定信號(hào)進(jìn)行比較，通過功放帶動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，經(jīng)過螺旋減速器與變量手柄調(diào)整馬達(dá)的轉(zhuǎn)排量，最終使馬達(dá)的輸出穩(wěn)定。

　　該系統(tǒng)主要由控制器,功放,步進(jìn)電動(dòng)機(jī),螺旋減速器及變量手柄,液壓馬達(dá),測速發(fā)電機(jī)組成,是一個(gè)閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。如下圖所示：

　　圖1穩(wěn)速控制系統(tǒng)原理框圖

　　本系統(tǒng)中將被控制量—液壓馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速，與給定轉(zhuǎn)速相比較，以構(gòu)成誤差信號(hào).直接利用誤差進(jìn)行控制，使系統(tǒng)趨向減小誤差的方向，以至使誤差為零，從而達(dá)到被控制量趨向給定值的目的[5]。

　　穩(wěn)速恒頻控制部分的負(fù)載是變量馬達(dá)的變量手柄的轉(zhuǎn)角，執(zhí)行器采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。系統(tǒng)方塊圖可寫成如下形式：

　　圖2系統(tǒng)方塊圖

　　設(shè)定一個(gè)e(即n0)，便可得到一個(gè)穩(wěn)定的ΩD(電機(jī)輸入轉(zhuǎn)速)，其中K、τ參數(shù)是變化的，但是變化很緩慢，因此需要對輸入設(shè)定值適當(dāng)予以修正，或者控制參數(shù)需要調(diào)整，這由控制柜中的控制器來實(shí)現(xiàn)。

　　1.2控制系統(tǒng)組成

　　潮流發(fā)電的控制系統(tǒng)有以下幾個(gè)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(hù)電路等。各部分中需要監(jiān)測和/或控制的量主要有：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，潮流流速，液壓傳動(dòng)裝置油壓，油量，電池電壓，現(xiàn)場溫度等。

　　2、硬件實(shí)現(xiàn)

　　2.1LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)

　　LonWorks現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)如圖1所示，它在采用開放式網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)七層模型(OSI)的基礎(chǔ)上開發(fā)了LonTalk通信協(xié)議。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有信息處理和控制的功能。另外還具有11個(gè)功能強(qiáng)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(zhí)行器相聯(lián)，可以很方便地把整個(gè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)局域操作網(wǎng)(LocalOperationNetwork)[4]。LON網(wǎng)上的每個(gè)控制點(diǎn)稱為LON節(jié)點(diǎn)或LonWorks智能設(shè)備，它包括一片Neuron芯片、傳感和控制設(shè)備、收發(fā)器和電源。下圖是—種典型的LON節(jié)點(diǎn)方框圖。

　　圖3 LON節(jié)點(diǎn)方框圖

　　通常的基于LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)的數(shù)據(jù)采集是由采集節(jié)點(diǎn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，以網(wǎng)絡(luò)變量形式發(fā)送數(shù)據(jù);上位機(jī)根據(jù)需要通過網(wǎng)絡(luò)適配器或網(wǎng)卡讀出數(shù)據(jù)。其中對控制器的監(jiān)控需要將DSP控制終端接到LON總線上。

　　2.2DSP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(jī)控制和運(yùn)動(dòng)控制而設(shè)計(jì)的，它最具有特色的就是它具有事件管理模塊(EventManagerModule)。就是因?yàn)榫哂写四K，使得原來非常復(fù)雜的交流調(diào)速控制變得更加容易。它所內(nèi)含的定時(shí)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(jī)控制應(yīng)用場合，除了直流電動(dòng)機(jī)、交流鼠籠電機(jī)等常規(guī)調(diào)速系統(tǒng)以外，在交流感應(yīng)電機(jī)、永磁同步電機(jī)、直流無刷電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)等新興交流調(diào)速場合也可以得到廣泛的應(yīng)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(lián)作為八位的數(shù)據(jù)總線;TMS320F240的D8與3150的I/O8相聯(lián)，作為DSP請求發(fā)送數(shù)據(jù)的信號(hào)線和接收3150命令的應(yīng)答線;D9與I/O9相聯(lián)，作為神經(jīng)元芯片接收數(shù)據(jù)的應(yīng)答線;D10與I/O10相聯(lián)，用作3150發(fā)送命令的信號(hào)線。

　　3、控制流程

　　DSP軟件實(shí)現(xiàn)的具體流程圖如下：

　　圖5DSP流程圖

　　4、結(jié)論

　　目前，LONWORKS控制網(wǎng)絡(luò)已被美國空調(diào)與制冷協(xié)會(huì)確定為樓宇自控網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，也被美國鐵路協(xié)會(huì)確定為鐵路自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，眾多的制造商和用戶紛紛在其控制網(wǎng)絡(luò)方案中采用這種技術(shù)。近年來，LonWorks技術(shù)的應(yīng)用在我國也得到迅速發(fā)展。它在本文所闡述的監(jiān)控系統(tǒng)中的成功應(yīng)用再次驗(yàn)證了LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)所具有的組網(wǎng)靈活、互換作性好、可靠性高等特點(diǎn)。