摘 要：柴油發(fā)電機(jī)組作為電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)的供電電源，在油田的應(yīng)用非常廣泛。而發(fā)電頻率對(duì)鉆井設(shè)備的工作狀況和柴油發(fā)電機(jī)組電壓特性及帶載能力有很大的影響，故對(duì)發(fā)電頻率進(jìn)行測(cè)量和調(diào)節(jié)是非常重要的。介紹了用TMS320F2812 DSP通過光電碼盤來測(cè)取柴油發(fā)電機(jī)組頻率的方法，實(shí)驗(yàn)表明，本方法測(cè)頻結(jié)果準(zhǔn)確，為頻率調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)提供了可靠的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：柴油發(fā)電機(jī)組；TMS320F2812 DSP；頻率測(cè)量；電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)

中圖分類號(hào)：TP274文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-373X(2009)03-103-02

Application of TMS320F2812 DSP in Frequency Measurement of Diesel Generating Set

YAN Hongliang

(Electronic Engineering Institute,Xi′an Shiyou University,Xi′an,710065,China)

Abstract：Diesel generating set is widely used in power supply for meeting the demand of electric drill rig.The frequency measurement and adjustment are very important because it has remarkable influence on voltage characteristic and load capacity of diesel generating set as well as working condition of drilling equipment.A frequency measurement solution is presented in this paper by using TMS320F2812 DSP coupled with photoelectric encoder.It is proved that an accurate frequency measurement method and dependable foundation for frequency adjustment.

Keywords：diesel generating set;TMS320F2812 DSP;frequency measurement;electric drill rig

0 引 言

對(duì)于柴油發(fā)電機(jī)組而言，調(diào)頻性能的好壞，是決定整個(gè)發(fā)電機(jī)組電氣性能的關(guān)鍵，決定了它的電壓特性、帶載能力。而傳統(tǒng)的模擬頻率調(diào)節(jié)裝置要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律或擴(kuò)展更多的功能，就必然造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本提高，可靠性降低的問題。隨著微處理器技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，柴油發(fā)電機(jī)的頻率調(diào)節(jié)從傳統(tǒng)的模擬技術(shù)轉(zhuǎn)向數(shù)字控制。數(shù)字式控制器具有算法靈活、精度高、抗能力強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)數(shù)字式控制器的研究已成為柴油發(fā)電機(jī)領(lǐng)域的熱門課題。本文論述的就是柴油發(fā)電機(jī)數(shù)字控制器中頻率測(cè)量環(huán)節(jié)的功能實(shí)現(xiàn)。

1 測(cè)頻原理

系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示，柴油發(fā)電機(jī)的頻率可由光電編碼器來檢測(cè)，碼盤與機(jī)組傳動(dòng)軸連接，能夠產(chǎn)生兩個(gè)頻率變化且正交(即相位相差90°)的脈沖，DSP通過其EV管理器的正交編碼脈沖QEP電路對(duì)脈沖頻率或周期進(jìn)行測(cè)量，從而測(cè)得機(jī)組轉(zhuǎn)速，機(jī)組轉(zhuǎn)速n與同步發(fā)電機(jī)發(fā)電頻率f之間滿足:

f=pn/60

(1)

其中p為發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)。故由此可間接測(cè)得柴油發(fā)電機(jī)的頻率。

圖1 柴油發(fā)電機(jī)的頻率測(cè)量系統(tǒng)原理框圖

而測(cè)取機(jī)組轉(zhuǎn)速的方法有T法、M法和M/T法，T法是通過測(cè)量光電碼盤所產(chǎn)生的相鄰兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間來確定轉(zhuǎn)速，故適合測(cè)量較低轉(zhuǎn)速;M法則是在一定的時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)光電碼盤所產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來確定轉(zhuǎn)速，故適合測(cè)量較高轉(zhuǎn)速;而M/T法由于結(jié)合了前兩者的特點(diǎn)，所以在測(cè)速場合被廣泛使用。其原理是，由定時(shí)器確定采樣周期T，定時(shí)器的定時(shí)開始時(shí)刻總與脈沖編碼器的第一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖前沿保持一致，在T的期間內(nèi)得到脈沖數(shù)M1，同時(shí)，另一個(gè)計(jì)數(shù)器對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)T定時(shí)結(jié)束時(shí)，只停止對(duì)脈沖計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，而T結(jié)束后脈沖編碼器輸出的第一個(gè)脈沖前沿時(shí)，才停止對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘的計(jì)數(shù)，并得到計(jì)數(shù)值M2，其持續(xù)時(shí)間為T+ΔT，即可以推導(dǎo)出此時(shí)轉(zhuǎn)速為:

n=60M1K(T+ΔT)=60M1fsKM2 (r/min)

(2)

其中K為編碼器旋轉(zhuǎn)一周的脈沖數(shù);fs為標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)鐘脈沖的頻率。由式(1)可得，機(jī)組頻率為:

f=pM1fsKM2 (Hz)

(3)

按此方法測(cè)頻，脈沖數(shù)M2會(huì)存在多1或少1的誤差，但由于fs遠(yuǎn)高于光電脈沖頻率，所以由其引起的誤差很小，測(cè)量精度大大提高。

2 測(cè)頻系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

光電碼盤有A,B,Z三相輸出信號(hào)，其中A和B相信號(hào)相位相差90°，Z相信號(hào)稱零位信號(hào)。因A和B相信號(hào)的電平超過DSP的輸入電平，故需先進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，使其變?yōu)?~3 V的電平信號(hào)，測(cè)頻系統(tǒng)需要將A相調(diào)理信號(hào)接入DSP的EVA的CAP1/QEP1腳，將B相調(diào)理信號(hào)接入DSP的EVA的CAP2/QEP2腳即可。由于CAP1/QEP1,CAP2/QEP2為正交解碼電路與捕獲單元的復(fù)用腳，故需配置CAPCONA寄存器來使能正交解碼電路。

正交編碼脈沖電路的時(shí)基可由EVA的通用定時(shí)器T2提供，通用定時(shí)器必須設(shè)置成定向增/減計(jì)數(shù)模式，并以正交編碼脈沖時(shí)鐘源。機(jī)組的旋轉(zhuǎn)方向可通過檢測(cè)兩個(gè)脈沖序A、B那一個(gè)先到達(dá)來確定，轉(zhuǎn)速可由脈沖數(shù)和脈沖頻率來決定。EVA模塊中的正交編碼脈沖電路的方向檢測(cè)邏輯決定了兩個(gè)序列中哪一個(gè)是先導(dǎo)序列，接著它就產(chǎn)生方向信號(hào)作為通用定時(shí)器T2的計(jì)數(shù)方向輸入。如果CAP1/QEP1輸入是先導(dǎo)序列，則通用定時(shí)器進(jìn)行增計(jì)數(shù)；如果CAP2/QEP2 輸入是先導(dǎo)序列，則通用定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)數(shù)。兩列正交輸入脈沖的兩個(gè)邊沿都被正交編碼脈沖電路計(jì)數(shù)，因此產(chǎn)頻率是每個(gè)輸入序列的4倍，并把這個(gè)時(shí)鐘作為通用定時(shí)器T2的輸入。定時(shí)器T2在計(jì)數(shù)器上溢或下溢時(shí)翻轉(zhuǎn)，并重新開始計(jì)數(shù)。

設(shè)置通用定時(shí)器T1的時(shí)鐘輸入為fs，并開通定時(shí)

器中斷，中斷周期為轉(zhuǎn)速的采樣周期T，則定時(shí)器每隔

時(shí)間T向CPU發(fā)送一次中斷請(qǐng)求。利用光電碼盤輸出脈沖的上升沿啟動(dòng)采樣周期定時(shí)器工作的同時(shí)，啟動(dòng)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)器工作。測(cè)頻中斷服務(wù)程序如圖2所示。

圖2 測(cè)頻中斷服務(wù)程序

3 結(jié) 語

實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)光電碼盤的K=1 024，同步發(fā)電機(jī)p=2，T=10 ms時(shí)，正常轉(zhuǎn)速時(shí)，頻率測(cè)量誤差為±0.03%，可見，利用M/T法測(cè)量機(jī)組轉(zhuǎn)速和頻率，在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均能獲得較高的精度。

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作者簡介 閆宏亮 男，1975年出生，講師。在陜西省電動(dòng)鉆機(jī)控制技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從事配網(wǎng)優(yōu)化、電機(jī)運(yùn)行與控制方面的研究工作。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。