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論移動電站的自動控制系統(tǒng)設(shè)計

  
評論: 更新日期:2015年01月29日

 目前,以柴油發(fā)電機組為基礎(chǔ)的移動電站作為獨立的供電電源極為廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)場發(fā)電系統(tǒng),它具有使用方便、可靠性高和成本低等優(yōu)勢,可滿足短期供電需求,滿足長時間電力負荷,因而,在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中也得到認可與重視。本文針對移動電站自動控制系統(tǒng)的研究,詳細介紹了基于PLC控制的新自動控制系統(tǒng)和基于C8051FXXX單片機的新自動化控制系統(tǒng),并分析了其優(yōu)勢,推動新的自動控制系統(tǒng)設(shè)計的投入使用。
    近些年,隨著我國移動電站自動控制系統(tǒng)在標準化、研發(fā)能力上的較大突破,尤其是數(shù)字控制技術(shù)的日趨成熟,使得我國移動電站自動控制系統(tǒng)的設(shè)計上升到新的階段,極大的提高了移動電站的工作效率。目前移動電站以其方便快捷、成本低廉等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于郵電通訊、醫(yī)院學(xué)校等,滿足其應(yīng)急需求。但是,移動電站多為繼電器控制,在實際操作中,其系統(tǒng)的可靠性較差,維修的工作量較重,本文就從實際出發(fā),提出一些先進的設(shè)計方案,來實現(xiàn)對移動電站的有效控制,保障移動電站的工作效率。
    基于PLC控制的自動控制系統(tǒng)
    這是為了實現(xiàn)對移動電站在運行過程中可能處理的故障進行有效監(jiān)測、報警,并采取及時的保護措施的自動控制,它能夠提高移動電站的自動化控制能力,有效的控制操作人員的工作失誤率。從軟件設(shè)計來看,它通過以下幾個方面來對移動電站進行自動控制和檢測。
    1.1.開機起動階段。在開機階段,首先對周圍環(huán)境溫度的充分考慮,在程序開始的時候,重要判斷車廂內(nèi)的溫度是否高于0℃,這樣才能保證有效起動柴油機,否則PLC會輸出報警提示。其次是起動的方式,在操作中根據(jù)實際情況,柴油機的起動方式分為正常和緊急起動,自動開機起動的時候,PLC控制系統(tǒng)運行中10s內(nèi)自行起動3次都未成功時,就會自動報告輸出起動失敗并自動關(guān)機。另外,對油壓和飛車的檢測,當(dāng)起動成功后,應(yīng)該重視對其機油壓力和飛車與否進行檢測,當(dāng)機油油壓低于0.16,MPa或者發(fā)生飛車都會各自發(fā)出報警信號,并且自動進入緊急停機處理的程序。在設(shè)計的時候,其機油壓力的信號通過壓力傳感器,而飛車的信號是通過相應(yīng)的三極管,并考慮到在怠速延時時期其機油壓力可能偏低,所以,在怠速進行3min后進行機油壓力檢測。
    1.2.送電階段。在送電階段,PLC控制系統(tǒng)主要對移動電站進行密切監(jiān)控,并針對所出現(xiàn)的異常情況發(fā)出報警信號并及時采取相應(yīng)的處理措施,如:電壓不穩(wěn)定時,PLC會報警并進入緊急停機;當(dāng)冷卻水溫和機油溫度超過規(guī)定的溫度值時,PLC也會自動輸出相應(yīng)的報警信號并進行緊急停機。
    基于C8051FXXX單片機的移動電站控制系統(tǒng)
    C8051FXXX系列單片機是集成在一塊芯片上的混合信號系統(tǒng)級單片機,它使用CIP51微控制器內(nèi)核,與MCS51TM指令集萬千兼容,可以使用標準803X/805X的匯編器和編譯器進行軟件開發(fā),是一個真正能夠獨立工作的片上系統(tǒng)。本文采用其中的C8051F005作為控制系統(tǒng)的主要構(gòu)件,它采用64TQFP進行封裝,其運行速度高達25MI/s,支持電源管理,能夠在省電模式下正常工作,芯片中有一個具有32KB的Flash存儲器,這與8051兼容的微控制器內(nèi)涵,22個中斷源,1個具有窗口檢測功能的12位多通道SAR  ADC,1個可編程增益放大器PGA,4個通用的16位定時器和4B寬的通用數(shù)字I/O端口等。其片內(nèi)還設(shè)置有VDD監(jiān)視器、WDT和時鐘振蕩器,并且支持JTAG調(diào)試系統(tǒng),能夠?qū)υ谧罱K應(yīng)用系統(tǒng)上的單片機進行全速在線調(diào)試和在系統(tǒng)內(nèi)的編程。在設(shè)計上,它是通過以下幾個方面來實現(xiàn)對移動電站進行自動控制和檢測。
    2.1.硬件電路的設(shè)計。首先,整個電路采用的是閉環(huán)控制型的計算機測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,整個控制過程是由實時數(shù)據(jù)采集、實時判斷決策和實時控制三個環(huán)節(jié)組成,可以及時完成自動或者緊急開關(guān)機、自動送電、參數(shù)測量和越限報警等各種功能,其次,整個控制系統(tǒng)的核心是由微控制器、復(fù)位電路和時鐘構(gòu)成,其主要任務(wù)就是協(xié)調(diào)和監(jiān)督整個系統(tǒng)的正常運行,并進行詳細的數(shù)據(jù)采集和處理、進行邏輯判斷等。六路傳感器通過PGA再次放大,并進行A/D轉(zhuǎn)換,并且利用ADC的可編程窗口檢測功能,對水溫、油溫、油壓和油門位置四路窗口信號,將窗口的邊界參數(shù)輸入ADC的上下限寄存器,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后,當(dāng)可編程窗口檢測器發(fā)現(xiàn)輸入信號產(chǎn)生了越限行為,就會通知微控制器,發(fā)出報警信號,同時會自動中斷運行,為系統(tǒng)提供了快捷相應(yīng)的時間。同時,為了增強系統(tǒng)的抗干擾能力,用VDD監(jiān)視器、WDT和時鐘丟失監(jiān)測器等,能夠第一時間檢測到程序的異常,并能夠自動進行處理、恢復(fù)其正常運行。
    2.2.軟件的設(shè)計上,我們都知道,系統(tǒng)軟件是由加載引導(dǎo)程序和控制程序組成,C8051F005內(nèi)有32KB Flash存儲器,利用MOVC和MOVX對它在系統(tǒng)編程,并且設(shè)計了通過RS232端口進行程序升級的方法,這就是加載引導(dǎo)程序,加載引導(dǎo)程序區(qū)用于同用戶操作界面的PC機部分進行通訊握手、程序接受及裝載等工作??刂瞥绦蛑饕芍鞒绦蚝透鞴δ茏映绦蚰K做出,其主要任務(wù)就是密切監(jiān)測機組的運行狀態(tài)參數(shù),并根據(jù)這些狀態(tài)參數(shù)做出控制判斷,以此保障機組的穩(wěn)定運行。
    基于MSP430FXXX單片機的移動電站控制系統(tǒng)
    MSP430FXXX單片機充分運用高速芯片的特有性能,加以簡單的外圍電路,從而實現(xiàn)對移動電站的自動控制,這種新處理器適用于工業(yè)控制、儀器儀表領(lǐng)域等,設(shè)計中主要采用了簡單的RISC結(jié)構(gòu),簡潔的內(nèi)核指令和模擬指令,可進行多種運算的數(shù)據(jù)存儲器和寄存器;還有高效的查表處理指令,這些都可以保障可編制高效率的源程序。
    本文所采用的是MSP430FXXX系列中的MSP430F149,它是整個控制系統(tǒng)的主控器件,有著以下幾點優(yōu)勢:首先是其功耗低。MSP430F149內(nèi)設(shè)置有快速閃存,它能夠使監(jiān)控器的電流消耗變小,延長電池壽命;其次是用于存儲程序指令和數(shù)據(jù)的芯片上的存儲器,并且可以大大提高運算速度,適合快速的運算;另外,多外設(shè)接口,能夠很好的處理程序中所遇到的未知錯誤,并完成系統(tǒng)的自動復(fù)位;內(nèi)置3個晶振和時鐘發(fā)生器,可以根據(jù)不同的工作狀態(tài)靈活的選擇不同的時鐘源,充分發(fā)揮芯片的性能,降低功耗。

    本文在優(yōu)化移動電站控制系統(tǒng),降低投資,提高其穩(wěn)定性方面做出積極的探索,其中基于MSP430FXXX單片機的移動電站控制系統(tǒng)設(shè)計和基于C8051FXXX單片機的移動電站控制系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,穩(wěn)定性好,可靠性高,可得到廣泛的推廣使用。

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