基于LonWorks現場總線技術的潮流發電控制系統

　　現場總線技術是在80年代后期發展起來的一種先進的現場工業控制技術。它集數字通信、智能儀表、微機技術、網絡技術于一身，從根本上突破了傳統的“點對點”式的模擬信號或數字—模擬信號控制的局限性，為真正的“分散式控制，集中式管理”提供了技術保證。本文將LonWorks現場總線技術應用在由DSP控制的70KW潮流發電裝置中，真正做到在辦公室內控制現場設備，察看運行情況，記錄運行過程并適時進行調整。

　　1、潮流發電系統整體介紹

　　1.1系統工作原理

　　“恒頻”即是恒定液壓馬達的輸出速度，實際上是一個恒速控制系統。該系統采用兩個控制器進行控制，一個是控制柜中的數字控制器，其作用是完成系統運行狀態的切換，運行參數的顯示，系統的自保控制及另一個控制器進行必要的岸控。另一個控制器是模擬控制器。系統的執行元件是步進電動機，其作用是操縱液壓馬達的變量手柄使系統能輸出50HZ穩定的三相電能，即穩速控制器，其工作過程為右測速發電機測出馬達轉速，然后與給定信號進行比較，通過功放帶動步進電動機，經過螺旋減速器與變量手柄調整馬達的轉排量，最終使馬達的輸出穩定。

　　該系統主要由控制器,功放,步進電動機,螺旋減速器及變量手柄,液壓馬達,測速發電機組成,是一個閉環直流調速系統。如下圖所示：

　　圖1穩速控制系統原理框圖

　　本系統中將被控制量—液壓馬達輸出轉速，與給定轉速相比較，以構成誤差信號.直接利用誤差進行控制，使系統趨向減小誤差的方向，以至使誤差為零，從而達到被控制量趨向給定值的目的[5]。

　　穩速恒頻控制部分的負載是變量馬達的變量手柄的轉角，執行器采用步進電動機。系統方塊圖可寫成如下形式：

　　圖2系統方塊圖

　　設定一個e(即n0)，便可得到一個穩定的ΩD(電機輸入轉速)，其中K、τ參數是變化的，但是變化很緩慢，因此需要對輸入設定值適當予以修正，或者控制參數需要調整，這由控制柜中的控制器來實現。

　　1.2控制系統組成

　　潮流發電的控制系統有以下幾個部分組成：蓄電池及充電電路主電路，DSP主控制器，功率輸出保護電路等。各部分中需要監測和/或控制的量主要有：發電機轉速，步進電機轉速，潮流流速，液壓傳動裝置油壓，油量，電池電壓，現場溫度等。

　　2、硬件實現

　　2.1LonWorks現場總線技術

　　LonWorks現場總線結構如圖1所示，它在采用開放式網絡互聯七層模型(OSI)的基礎上開發了LonTalk通信協議。每個節點都有信息處理和控制的功能。另外還具有11個功能強大的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、執行器相聯，可以很方便地把整個控制系統聯成一個局域操作網(LocalOperationNetwork)[4]。LON網上的每個控制點稱為LON節點或LonWorks智能設備，它包括一片Neuron芯片、傳感和控制設備、收發器和電源。下圖是—種典型的LON節點方框圖。

　　圖3 LON節點方框圖

　　通常的基于LonWorks現場總線技術的數據采集是由采集節點對現場數據進行采集，以網絡變量形式發送數據;上位機根據需要通過網絡適配器或網卡讀出數據。其中對控制器的監控需要將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是專門為了電機控制和運動控制而設計的，它最具有特色的就是它具有事件管理模塊(EventManagerModule)。就是因為具有此模塊，使得原來非常復雜的交流調速控制變得更加容易。它所內含的定時器、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控制應用場合，除了直流電動機、交流鼠籠電機等常規調速系統以外，在交流感應電機、永磁同步電機、直流無刷電機、開關磁阻電機等新興交流調速場合也可以得到廣泛的應用。

　　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相聯作為八位的數據總線;TMS320F240的D8與3150的I/O8相聯，作為DSP請求發送數據的信號線和接收3150命令的應答線;D9與I/O9相聯，作為神經元芯片接收數據的應答線;D10與I/O10相聯，用作3150發送命令的信號線。

　　3、控制流程

　　DSP軟件實現的具體流程圖如下：

　　圖5DSP流程圖

　　4、結論

　　目前，LONWORKS控制網絡已被美國空調與制冷協會確定為樓宇自控網絡標準，也被美國鐵路協會確定為鐵路自動化網絡標準，眾多的制造商和用戶紛紛在其控制網絡方案中采用這種技術。近年來，LonWorks技術的應用在我國也得到迅速發展。它在本文所闡述的監控系統中的成功應用再次驗證了LonWorks控制網絡所具有的組網靈活、互換作性好、可靠性高等特點。