1 引言
在建立控制系統(tǒng)時(shí)， 系統(tǒng)集成商毫無例外地總是希望能使用比較少的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)更多的功能。他們需要控制系統(tǒng)不僅能處理數(shù)字i/o和運(yùn)動(dòng)，而且還可以集成用于自動(dòng)化監(jiān)控和測(cè)試的視覺功能和模塊化儀器。此外，控制系統(tǒng)還必須能實(shí)時(shí)地處理控制算法和分析任務(wù)并把數(shù)據(jù)傳送回企業(yè)。您是否能同時(shí)擁有pc的功能和plc(可編程控制器)的可靠性呢？
倍福公司設(shè)計(jì)可編程自動(dòng)控制器(pac)，就是這樣一個(gè)的平臺(tái)，它是一種新類型的控制器，該控制器結(jié)合了pc的處理器、ram和軟件的優(yōu)勢(shì)，以及plc固有的可靠性、堅(jiān)固性和分布特性正逐漸占領(lǐng)自動(dòng)化領(lǐng)域。
基于以上特點(diǎn)，在我們?cè)O(shè)計(jì)的風(fēng)電變流器中選擇了倍福的pac。
2 pac硬件簡(jiǎn)介
2.1 系統(tǒng)構(gòu)成
一個(gè)完整的pac系統(tǒng)包括以下幾種模塊組成(但不是每種都必須有):
(1) 基本cpu模塊;
(2) 系統(tǒng)接口模塊;
(3) 電源和i/o接口模塊;
(4) 現(xiàn)場(chǎng)總線模塊;
(5) 數(shù)字量和模擬量采集模塊;
(6) ups模塊。
pac系統(tǒng)外觀圖如圖1所示。
圖1 倍福pac系統(tǒng)外觀圖
2.2 cpu模塊
(1)存儲(chǔ)器選配: 64 m字節(jié)閃存 + 128 m字節(jié) ram;
(2)dvi/usb 選配: 選帶或不帶 dvi/usb 接口模塊;
(3)操作系統(tǒng)選配: bbbbbbs ce.ne;
bbbbbbs xp 嵌入式 (要求 cf 卡);
(4)twincat 實(shí)時(shí)plc選配
不帶 twincat;
twincat ce plc 或 twincat plc (取決于操作系統(tǒng));
twincat ce nc 或 twincat nc (取決于操作系統(tǒng))。
2.3 接口模塊
(1) 顯示器和觸摸屏接口
dvi:視頻信號(hào)通過標(biāo)準(zhǔn)的 dvi 連接 到顯示器上。usb:可連接觸摸屏或鼠標(biāo)、鍵盤、掃描儀、打印機(jī)、 cd-rom 讀寫器。
(2) 高速度232接口:最大傳輸速率115k;
(3) 音頻信號(hào)接口:主要提供音頻輸入/輸出接口;
(4) 視頻信號(hào)接口:主要提供視頻輸入/輸出接口。
3 九洲powerwinvert-a型風(fēng)電變流器主電路工作原理
筆者選用的是不可控整流＋升壓斬波＋spwm逆變的電路結(jié)構(gòu)，如圖2所示。
圖2 powerwinvert-a型風(fēng)電變流器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
3.1 主電路結(jié)構(gòu)
發(fā)電機(jī)使用的是永磁同步發(fā)電機(jī)，采用六相不可控整流橋?qū)ζ溥M(jìn)行12脈沖整流，在輸出端并上電容進(jìn)行穩(wěn)壓，減小直流脈動(dòng)?？紤]到電流波形畸變和發(fā)電機(jī)內(nèi)感的存在，在發(fā)電機(jī)輸出端并上無功補(bǔ)償電容，提高發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)和利用效率。在中間直流環(huán)節(jié)，采用升壓斬波電路。在逆變環(huán)節(jié)，采用兩個(gè)spwm逆變橋通過濾波電抗并聯(lián)的形式，以減小每個(gè)igbt通過的電流大小，還能在一定的控制方法配合下防止兩個(gè)逆變器輸出電流不等從而防止環(huán)流問題出現(xiàn)。另外，為了防止直流母線電壓過高損壞器件，加入了直流母線箝位電路;為了防止電路開始運(yùn)行對(duì)電容充電電流過大，加入了電容的預(yù)充電支路，同時(shí)該支路還保證發(fā)電機(jī)沒工作時(shí)的直流母線側(cè)上也有電壓，能對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償。
3.2 工作原理
隨著風(fēng)速的變化，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速也在變化，因此發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電的電壓和頻率是不斷變化的，該變壓變頻的交流點(diǎn)經(jīng)過ac-dc變換后變?yōu)榱朔炔粩嘧兓闹绷麟?，然后?jīng)過升壓斬波穩(wěn)壓后轉(zhuǎn)化為電壓幅值穩(wěn)定而電流大小隨風(fēng)速度不斷變化的直流電，再經(jīng)過spwm逆變器，變成了與電網(wǎng)相位、頻率相同，輸出電壓隨風(fēng)速不斷變化且略高于電網(wǎng)電壓的三相交流電，最后經(jīng)過濾波電抗器并網(wǎng)，輸出電壓高于電網(wǎng)部分降在濾波電抗器上，從而完成了直驅(qū)并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流電路將變頻變壓交流電轉(zhuǎn)化為能并網(wǎng)的交流電的任務(wù)。
4 倍福pac在變流器中的應(yīng)用
4.1 應(yīng)用框圖
倍福pac在變流器中的應(yīng)用如圖3所示。
圖3 倍福pac在變流器中的應(yīng)用框圖
4.2 系統(tǒng)介紹
整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變流器運(yùn)行的全方位監(jiān)控，其中以太網(wǎng)門接口用于連接風(fēng)場(chǎng)集中控制站，交換機(jī)2可以實(shí)現(xiàn)與其他變流器的信息互聯(lián)。觸摸屏用于本地變流器狀態(tài)信息的查看和設(shè)置，主控器通過prifibus總線與變流器plc，機(jī)艙plc，低壓plc的連接，具體負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)各點(diǎn)的模擬量與數(shù)字量的采集和控制。
4.3 主控制器部分
作為現(xiàn)場(chǎng)總線的主站，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的整體控制，主要由以下幾部分組成:
(1)cx1020-0111:cpu模塊，帶以太網(wǎng)接口和usb/dvi 接口;
(2)cx1020-0002:電源模塊;
(3) cx1500-m310:現(xiàn)場(chǎng)總線主站。
4.4 變流器plc部分
作為現(xiàn)場(chǎng)總線的從站，負(fù)責(zé)變流器功率控制電路模擬量和開關(guān)量的采集和控制，主要有以下部分組成:
(1) bk3150:現(xiàn)場(chǎng)總線耦合器;
(2) kl9210:電源模塊;
(3) kl1104:數(shù)字量輸入模塊;
(4) kl2134:數(shù)字量輸出模塊;
(5) kl6904:數(shù)字量輸出模塊，安全端子;
(6) kl1904:數(shù)字量輸入模塊，安全端子;
(7) kl3404:模擬量輸入模塊;
(8) kl4032:模擬量輸出模塊;
(9) kl9010:總線末端模塊。
4.5 低壓plc部分
作為現(xiàn)場(chǎng)總線的從站，負(fù)責(zé)變流器低壓電器部分(空氣開關(guān)，斷路器等)模擬量和開關(guān)量的采集和控制，在數(shù)字量與模擬量模塊的數(shù)量上與變流器plc有所區(qū)別。
5 結(jié)束語
backhoff pac系統(tǒng)已經(jīng)在本公司研發(fā)的powerwinvert-a型風(fēng)電變流器中成功應(yīng)用(如圖4所示)，并取得了良好的效果。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，倍福的pac一定會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。
圖4 應(yīng)用于powerwinvert-a型風(fēng)電變流器中的倍福pac實(shí)物圖
作者簡(jiǎn)介
裴景斌(1978-)男 本科 主要從事風(fēng)電變流器的研究和開發(fā)。
參考文獻(xiàn)
[1]陽憲惠. 現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社,1996
[2]beckhoff new automation technology 2006
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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