基于PLC和DSP的小水電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)
1 引言
水電站綜合自動(dòng)化裝置的研制主要集中在大、中型水電站，小水電自動(dòng)化程度相對(duì)落后，相當(dāng)一部分的小水電采用傳統(tǒng)的控制方式。如果照搬大、中型水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的模式來設(shè)計(jì)，其成本太高。本文根據(jù)某水電站實(shí)際情況設(shè)計(jì)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)與開發(fā)周期短，系統(tǒng)功能強(qiáng)，運(yùn)行可靠，人機(jī)界面友好，操作簡單，成本低。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 總體設(shè)計(jì)
本文采用單元機(jī)組控制方式，以一種簡潔的體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法對(duì)小水電站實(shí)現(xiàn)順序控制、轉(zhuǎn)速測量、頻率測量、溫度巡檢、勵(lì)磁控制、同期控制、電量采集、開關(guān)電量采集、通信于一體，同時(shí)能將前池水位（或水庫水位）、集水井水位、尾水水位顯示查詢，實(shí)時(shí)監(jiān)控單元機(jī)組及輔機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，提高了小水電站的綜合自動(dòng)化的可靠性。以西門子的plc s7-200和德州儀器公司ti的高性能數(shù)字信號(hào)處理器（tms320f2812）為核心控制器，觸摸屏為人機(jī)交互界面，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
plc為監(jiān)控的核心部件，由西門子的s7-200cpu226、1臺(tái)數(shù)字量擴(kuò)展模塊em223和1臺(tái)模擬量擴(kuò)展模塊em235組成。cpu226本身帶有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)，最大允許擴(kuò)展7個(gè)模塊。數(shù)字量擴(kuò)展模塊em223具有16個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)。模擬量擴(kuò)展模塊em235具有4路模擬量輸入，1路模擬量輸出。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中plc主要完成發(fā)電機(jī)組的正常開關(guān)機(jī)，事故和緊急停機(jī)，以及輔助設(shè)備的監(jiān)控，該plc的配置是完全滿足了自動(dòng)化設(shè)計(jì)的要求了。
數(shù)字信號(hào)處理器（dsp）為調(diào)速控制、勵(lì)磁控制、同期控制、綜合保護(hù)和通信的核心控制器，本文采用美國ti（texas instruments）公司的定點(diǎn)32位dsp芯片tms320f2812。該芯片資源豐富，片內(nèi)高達(dá)128k字的flash程序存儲(chǔ)器，高達(dá)18k字節(jié)的單口ram（saram）；兩個(gè)事件管理器模塊eva和evb，每個(gè)包括：4個(gè)16位通用定時(shí)器；16個(gè)16位的脈寬調(diào)制（pwm）通道；12位16通道a/d轉(zhuǎn)換器，每通道最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為80ns，可選擇由兩個(gè)事件管理器來觸發(fā)的兩個(gè)8通道輸入a/d轉(zhuǎn)換器或一個(gè)16通道輸入的a/d轉(zhuǎn)換器；增強(qiáng)的控制局域網(wǎng)絡(luò)（ecan）模塊；高達(dá)56個(gè)可單獨(dú)編程或復(fù)用的輸入輸出口（gpio）；豐富的外設(shè)接口包括一個(gè)spi串行外設(shè)接口、兩個(gè)sci串行通信接口、一個(gè)uart標(biāo)準(zhǔn)通用異步收發(fā)接口、一個(gè)can總線接口、一個(gè)mcbsp多通道緩沖串行接口［2］，完全能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。
觸摸屏采用的mt506觸摸屏屬于256色5.6“tft四線電阻式觸摸屏，是專門面向plc應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，可以實(shí)時(shí)顯示機(jī)組的數(shù)據(jù)信息、圖形、字符串、報(bào)警信息、歷史記錄、趨勢(shì)圖等，通過觸摸按鈕可產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)，或輸入數(shù)值、字符給plc進(jìn)行數(shù)據(jù)交換［5］。
2.2 監(jiān)控原理
本系統(tǒng)中tms320f2812dsp的功能是接受plc的控制信號(hào)，快速采集發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)電壓、電流值，以快速傅立葉算法計(jì)算當(dāng)前的電流、電壓、相位、頻率，自動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)速器、勵(lì)磁單元，快速跟蹤系統(tǒng)電網(wǎng)的電壓、頻率以及相位的變化，自動(dòng)并網(wǎng)，并按機(jī)組負(fù)荷要求自動(dòng)加載，并將調(diào)速、勵(lì)磁、同期和保護(hù)的狀態(tài)信息反映到plc上。dsp開發(fā)環(huán)境texas instruments公司的dsp集成開發(fā)環(huán)境ccs（code composer studio），是ti公司開發(fā)的專門進(jìn)行tms320系列dsp軟件設(shè)計(jì)的集成開發(fā)環(huán)境，它采用bbbbbbs風(fēng)格界面，集編輯、編譯、鏈接、軟件仿真、硬件調(diào)試及時(shí)跟蹤功能與一體。程序采用具有良好模塊化結(jié)構(gòu)的c語言編寫，具有靈活簡便、良好的可讀性及高可靠性的特點(diǎn)。整個(gè)軟件程序由自檢、通訊、勵(lì)磁調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、并網(wǎng)等幾大模塊構(gòu)成。
：鞏經(jīng)理
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