陳洪福

摘 要：詳細(xì)闡述了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和電廠機(jī)電控制的策略，并對機(jī)電控制模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)及仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果作了系統(tǒng)分析，以期能提供有益的參考借鑒。

關(guān)鍵詞：PLC；機(jī)電控制；輸出電壓；仿真實(shí)驗(yàn)

中圖分類號：TM621.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.154

所謂“PLC”，就是可編程邏輯控制器，它是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同。由于其具有使用方便、編程簡單、可靠性高等特點(diǎn)，因此在電廠機(jī)電控制中有著廣泛的應(yīng)用。基于此，本文就小型PLC在電廠機(jī)電控制中的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及DCS電廠機(jī)電控制策略

1.1 基于小型PLC的DCS控制的機(jī)電控制總體設(shè)計(jì)

首先分析控制模塊的總體設(shè)計(jì)問題。DCS電廠機(jī)電控制模塊設(shè)計(jì)是制約電廠機(jī)電控制和發(fā)電的關(guān)鍵問題。電廠的DCS控制系統(tǒng)主要是由電動(dòng)機(jī)、中頻發(fā)電機(jī)、拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)、超導(dǎo)轉(zhuǎn)子整流器、直流變換器和系統(tǒng)終端設(shè)備組成，為電力發(fā)電服務(wù)。電廠的DCS機(jī)電控制系統(tǒng)的構(gòu)建框圖如圖1所示。

圖1 電廠的DCS機(jī)電控制系統(tǒng)的構(gòu)建框圖

圖1中，中頻發(fā)電機(jī)的電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，提供給系統(tǒng)中的各種控制器，構(gòu)建DCS電廠機(jī)電控制功率放大器，其節(jié)點(diǎn)由處理器、射頻芯片、外部Flash、USB橋接芯片和其他外圍設(shè)備組成。調(diào)諧放大部分別包括加法電路和兩個(gè)移相電路，分別由電容器或電感器和第一級電阻構(gòu)成串聯(lián)電路，電路發(fā)射端電流為：

. （1）

電路設(shè)計(jì)中，設(shè)定RQ1和RQ2分別為175 Ω，由QS1集電

極發(fā)出的整流信號為Ic=4 mA。采用小型PLC可編程序邏輯控制軟件來提高DCS電廠機(jī)電控制性能，整個(gè)小型PLC可編程序邏輯控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可分成四個(gè)結(jié)構(gòu)，分別是PLC可編程序邏輯控制處理器、小型PLC可編程序邏輯控制外圍設(shè)備、小型PLC可編程序邏輯控制操作系統(tǒng)和PLC可編程序邏輯控制應(yīng)用軟件，其層次關(guān)系和操作流程如圖2所示。

圖2 小型PLC可編程序邏輯控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

圖2中，PLC可編程序邏輯控制包括輸入采樣、DCS電廠機(jī)電控制執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。主要控制部件除MCU、DSP、EMPU和SOC外，還包括用于控制存儲、通信、調(diào)試和顯示等具有輔助性能的其他硬件。通過上述分析，構(gòu)建了基于小型PLC可編程序邏輯的DCS控制的電廠機(jī)電控制總體設(shè)計(jì)模型。以此為基礎(chǔ)，基于體系結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟、硬件。

1.2 DCS電廠機(jī)電控制算法設(shè)計(jì)

在電廠機(jī)電控制模塊設(shè)計(jì)中，由于PLC可編程序邏輯控制應(yīng)用軟件是針對一定應(yīng)用區(qū)域，基于固定的程序平臺來達(dá)到用戶預(yù)想的PLC可編程序邏輯控制軟件設(shè)計(jì)的目的，因此需要設(shè)計(jì)控制算法。采用PLC控制器控制DCS電廠機(jī)電時(shí)，需通過線性組合的方式來控制發(fā)電的變化率、積分時(shí)間和微分時(shí)間。DCS電廠機(jī)電系統(tǒng)的自相關(guān)控制狀態(tài)方程為：

線性化處理目標(biāo)電流矢量，取sinθP=θP，cosθP=1。此外，JPδ是電流矢量對時(shí)間軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，DCS電廠機(jī)電控制系統(tǒng)的感應(yīng)勢能T和高頻噪聲分量V分別為

. （3）

. （4）

基于三層前向神經(jīng)元PID變結(jié)構(gòu)控制方法改進(jìn)算法，設(shè)計(jì)三層前向神經(jīng)元PID變結(jié)構(gòu)模型。三層前向神經(jīng)元PID變結(jié)構(gòu)模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)輸入相量為：

. （5）

通過微分線性組合PID變結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)控制，得到輸出模型為：

. （6）

通過上述控制算法設(shè)計(jì)，改進(jìn)了電廠的DCS機(jī)電控制算法，嵌入到小型PLC可編程序邏輯控制系統(tǒng)中可實(shí)現(xiàn)控制模塊的設(shè)計(jì)改進(jìn)。

2 機(jī)電控制模型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在上述算法中，由于PLC可編程序邏輯控制器接收的信號必須是數(shù)字量，因此，數(shù)據(jù)采集板所采集到的輸出電壓、輸出電流需載入MySQL數(shù)據(jù)庫，并采用較低的采樣比來容許較高的信號帶寬，以此設(shè)計(jì)邏輯控制電路。通過開關(guān)的關(guān)斷或接通來控制濾波器模式的選擇，濾波器的工作時(shí)鐘可通過DSP的時(shí)鐘分頻得到，其中，包括I/O電源（3.3 V）、內(nèi)核電源（0.8～1.2 V）以及實(shí)時(shí)時(shí)鐘電源（3.3 V）。選用ADM706SARDSP芯片，實(shí)現(xiàn)小型PLC的DCS電廠機(jī)電控制模塊，把機(jī)電控制模塊設(shè)計(jì)成四種復(fù)位方式，分別為上電復(fù)位、看門狗復(fù)位、供電電壓過低復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。

檢測裝置中為PLC供電的電源電壓為5 V，采用專業(yè)基準(zhǔn)源芯片PLC來產(chǎn)生參考源Vref，送入AD5545將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，可以配置報(bào)警門限，例如alert、config、data、trans和user。載入控制算法，代碼為：

#cd/mywork/crosspile

#xzvf/linux/arm-linux-gcc-4.4.3.tar.gz

ExportPATH=$PATH：/mywork/crosscompile/opt

/FriendlyARM/toolschain/4.4.3/bin

獲得內(nèi)核源碼：

#cd/mywork/kernel

#tarxzvf

/linux/linux-2.6.32.2-mini2440-20110304.

tar.gz

獲得vboot源碼：

將vboot源碼放在“/mywork/bootloader”目錄下

#cd/mywork/bootloader

#tarxvzf/linux/vboot-src-20100727.tar.gz

操作系統(tǒng)編譯完成后，就在應(yīng)用層運(yùn)行Android的應(yīng)用程序，設(shè)計(jì)PLC控制板。

3 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

通過仿真實(shí)驗(yàn)，可測試本文設(shè)計(jì)的小型PLC的DCS電廠機(jī)電控制模塊性能。Matlab的Simulink為平臺建立系統(tǒng)仿真模型，選用Machine庫中DCS電廠機(jī)電控制系統(tǒng)作為被控對像，假設(shè)使用Uses表明組件完成自身功能需要其他組件提供的接口，并設(shè)置端口號為9002，則電動(dòng)機(jī)組的參數(shù)為：相電阻3.234 Ω，相電感11 mH，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.000 4 kg/m2，額定轉(zhuǎn)速2 000 r/min，極對數(shù)為6，阻尼系數(shù)為0.003 N/（m/s）。PLC可編程序邏輯控制器片內(nèi)含4 KB In-systemprogrammable（ISP）的可反復(fù)擦寫1 000次的Flash只讀程序存儲器，電廠機(jī)電控制模塊的控制規(guī)則如表1所示。

表1 電廠機(jī)電控制模塊的控制規(guī)則

NB NM NS ZO PS PM PB NB

NB NS ZO NM NM NM NS NS

NM NS ZO NM NM NS ZO PS

NS NM NM NS NS ZO PS PM

ZO NM NS NS ZO PS PS PM

在上述實(shí)驗(yàn)環(huán)境和參數(shù)設(shè)定基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在仿真實(shí)驗(yàn)中，采用傳統(tǒng)的控制方法對比算法性能，以電廠的輸出功率為測試指標(biāo)，測試輸出功率的跟蹤控制性能。采用本文設(shè)計(jì)的電廠機(jī)電控制模塊優(yōu)化方案，加負(fù)荷后，本方案的調(diào)節(jié)時(shí)間更短。當(dāng)控制過程穩(wěn)定后，電機(jī)時(shí)滯耦合系統(tǒng)的解耦性能較好，提高了同步跟蹤控制性能，實(shí)現(xiàn)了對電廠機(jī)電系統(tǒng)的邏輯控制，從而提高了電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。

4 結(jié)束語

綜上所述，PLC有著使用方便、編程簡單、可靠性高等特點(diǎn)，在電廠機(jī)電控制中起著重要的作用。因此，我們需要做好PLC的相關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其在電廠機(jī)電控制中發(fā)揮出應(yīng)有的效果，從而提高電廠機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：王霞〕