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論移動(dòng)電站的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  
評論: 更新日期:2015年01月29日

 目前,以柴油發(fā)電機(jī)組為基礎(chǔ)的移動(dòng)電站作為獨(dú)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(shí)間電力負(fù)荷,因而,在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中也得到認(rèn)可與重視。本文針對移動(dòng)電站自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究,詳細(xì)介紹了基于PLC控制的新自動(dòng)控制系統(tǒng)和基于C8051FXXX單片機(jī)的新自動(dòng)化控制系統(tǒng),并分析了其優(yōu)勢,推動(dòng)新的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的投入使用。
    近些年,隨著我國移動(dòng)電站自動(dòng)控制系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)電站自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上升到新的階段,極大的提高了移動(dòng)電站的工作效率。目前移動(dòng)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(dòng)電站多為繼電器控制,在實(shí)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(shí)際出發(fā),提出一些先進(jìn)的設(shè)計(jì)方案,來實(shí)現(xiàn)對移動(dòng)電站的有效控制,保障移動(dòng)電站的工作效率。
    基于PLC控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)
    這是為了實(shí)現(xiàn)對移動(dòng)電站在運(yùn)行過程中可能處理的故障進(jìn)行有效監(jiān)測、報(bào)警,并采取及時(shí)的保護(hù)措施的自動(dòng)控制,它能夠提高移動(dòng)電站的自動(dòng)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(jì)來看,它通過以下幾個(gè)方面來對移動(dòng)電站進(jìn)行自動(dòng)控制和檢測。
    1.1.開機(jī)起動(dòng)階段。在開機(jī)階段,首先對周圍環(huán)境溫度的充分考慮,在程序開始的時(shí)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(dòng)柴油機(jī),否則PLC會(huì)輸出報(bào)警提示。其次是起動(dòng)的方式,在操作中根據(jù)實(shí)際情況,柴油機(jī)的起動(dòng)方式分為正常和緊急起動(dòng),自動(dòng)開機(jī)起動(dòng)的時(shí)候,PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行中10s內(nèi)自行起動(dòng)3次都未成功時(shí),就會(huì)自動(dòng)報(bào)告輸出起動(dòng)失敗并自動(dòng)關(guān)機(jī)。另外,對油壓和飛車的檢測,當(dāng)起動(dòng)成功后,應(yīng)該重視對其機(jī)油壓力和飛車與否進(jìn)行檢測,當(dāng)機(jī)油油壓低于0.16,MPa或者發(fā)生飛車都會(huì)各自發(fā)出報(bào)警信號(hào),并且自動(dòng)進(jìn)入緊急停機(jī)處理的程序。在設(shè)計(jì)的時(shí)候,其機(jī)油壓力的信號(hào)通過壓力傳感器,而飛車的信號(hào)是通過相應(yīng)的三極管,并考慮到在怠速延時(shí)時(shí)期其機(jī)油壓力可能偏低,所以,在怠速進(jìn)行3min后進(jìn)行機(jī)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(dòng)電站進(jìn)行密切監(jiān)控,并針對所出現(xiàn)的異常情況發(fā)出報(bào)警信號(hào)并及時(shí)采取相應(yīng)的處理措施,如:電壓不穩(wěn)定時(shí),PLC會(huì)報(bào)警并進(jìn)入緊急停機(jī);當(dāng)冷卻水溫和機(jī)油溫度超過規(guī)定的溫度值時(shí),PLC也會(huì)自動(dòng)輸出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)并進(jìn)行緊急停機(jī)。
    基于C8051FXXX單片機(jī)的移動(dòng)電站控制系統(tǒng)
    C8051FXXX系列單片機(jī)是集成在一塊芯片上的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)單片機(jī),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(biāo)準(zhǔn)803X/805X的匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開發(fā),是一個(gè)真正能夠獨(dú)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(jìn)行封裝,其運(yùn)行速度高達(dá)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(gè)具有32KB的Flash存儲(chǔ)器,這與8051兼容的微控制器內(nèi)涵,22個(gè)中斷源,1個(gè)具有窗口檢測功能的12位多通道SAR  ADC,1個(gè)可編程增益放大器PGA,4個(gè)通用的16位定時(shí)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(shí)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(jī)進(jìn)行全速在線調(diào)試和在系統(tǒng)內(nèi)的編程。在設(shè)計(jì)上,它是通過以下幾個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)對移動(dòng)電站進(jìn)行自動(dòng)控制和檢測。
    2.1.硬件電路的設(shè)計(jì)。首先,整個(gè)電路采用的是閉環(huán)控制型的計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,整個(gè)控制過程是由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)判斷決策和實(shí)時(shí)控制三個(gè)環(huán)節(jié)組成,可以及時(shí)完成自動(dòng)或者緊急開關(guān)機(jī)、自動(dòng)送電、參數(shù)測量和越限報(bào)警等各種功能,其次,整個(gè)控制系統(tǒng)的核心是由微控制器、復(fù)位電路和時(shí)鐘構(gòu)成,其主要任務(wù)就是協(xié)調(diào)和監(jiān)督整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行,并進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)采集和處理、進(jìn)行邏輯判斷等。六路傳感器通過PGA再次放大,并進(jìn)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(hào),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(hào)產(chǎn)生了越限行為,就會(huì)通知微控制器,發(fā)出報(bào)警信號(hào),同時(shí)會(huì)自動(dòng)中斷運(yùn)行,為系統(tǒng)提供了快捷相應(yīng)的時(shí)間。同時(shí),為了增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力,用VDD監(jiān)視器、WDT和時(shí)鐘丟失監(jiān)測器等,能夠第一時(shí)間檢測到程序的異常,并能夠自動(dòng)進(jìn)行處理、恢復(fù)其正常運(yùn)行。
    2.2.軟件的設(shè)計(jì)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(chǔ)器,利用MOVC和MOVX對它在系統(tǒng)編程,并且設(shè)計(jì)了通過RS232端口進(jìn)行程序升級(jí)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(jī)部分進(jìn)行通訊握手、程序接受及裝載等工作。控制程序主要由主程序和各功能子程序模塊做出,其主要任務(wù)就是密切監(jiān)測機(jī)組的運(yùn)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(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。
    基于MSP430FXXX單片機(jī)的移動(dòng)電站控制系統(tǒng)
    MSP430FXXX單片機(jī)充分運(yùn)用高速芯片的特有性能,加以簡單的外圍電路,從而實(shí)現(xiàn)對移動(dòng)電站的自動(dòng)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(jì)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(jìn)行多種運(yùn)算的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(gè)控制系統(tǒng)的主控器件,有著以下幾點(diǎn)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(chǔ)程序指令和數(shù)據(jù)的芯片上的存儲(chǔ)器,并且可以大大提高運(yùn)算速度,適合快速的運(yùn)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(cuò)誤,并完成系統(tǒng)的自動(dòng)復(fù)位;內(nèi)置3個(gè)晶振和時(shí)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(shí)鐘源,充分發(fā)揮芯片的性能,降低功耗。

    本文在優(yōu)化移動(dòng)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(jī)的移動(dòng)電站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和基于C8051FXXX單片機(jī)的移動(dòng)電站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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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