电控制系统（精选12篇）
电控制系统 篇1
摘要：文中阐述了高速电主轴系统在高档数控机床应用中的温升控制方法, 着重就温升产生的原因进行分析;对电主轴系统温升的控制方法进行详细论述。结合生产实践中, 对日本FANUC公司生产的高速电主轴在高速数控车床上进行成功应用, 验证了文中介绍的电主轴系统温升的控制方法是有效、可行的。
关键词：高速,电主轴,温升控制
1 引言
随着我国高档数控机床向高速化、高精化、高效化方向发展的趋势, 高速电主轴在高档数控机床领域应用越来越广泛。但在实际应用中, 面临的最大问题就是电主轴系统温度控制问题。这是因为随着机床主轴转速不断提高, 电主轴系统温度也会随之升高, 如果长时间在高速状态运行, 又不能很好地控制整个电主轴系统的温升问题, 就会使该系统失去热平衡, 主轴运行精度将无法得到保证, 最终导致整个系统由于温度过高而破坏。所以有效地控制电主轴系统的温升, 有利于电主轴系统优越性在数控产品中的稳定发挥, 同时对于提高整个数控机床的可靠性具有重大意义。
我公司研发了一款高速数控车床, 采用日本FANUC公司生产的高速电主轴, 该车床主轴最高转速可达12000r/min。由于很好地解决了高速电主轴系统的温升问题, 经过四个月的连续运转实验, 实际测量该电主轴系统温升不超过15℃, 远低于国家相关标准中规定温升不超过40℃的要求。实践证明我们对于高速电主轴系统的温升控制是稳定可靠的。本文重点介绍解决这一问题的一点心得。
2 电主轴系统温升原因分析
图1为简单的电主轴组成系统, 现以图1为例具体分析电主轴系统升温的原因。
1.前轴端盖2.前轴承座3.前轴承4.前轴承锁紧螺母5.主轴6.转子7.定子8.冷却套9.箱体10.后轴承11.后轴承座12.后轴承锁紧螺母
从图1我们可以明显地看出, 这个电主轴系统温升主要来源于以下几个方面:轴承的摩擦生热、线圈中电流热损耗产生的热能、电磁系统中转子与定子之间的电磁感应产生的热能等。正是由于电主轴系统中存在着这些不可避免的发热源, 才使整个系统温度不断升高。如不能有效合理地降低温度, 最终导致电主轴系统失去热平衡, 温度会直线上升, 直至系统被破坏。然而一个系统的温度除受内部温度影响以外, 还受外部温度的影响, 即外围工作环境, 这些因素都不容忽视。
3 电主轴系统温升的控制方法
首先, 我们研究一下轴承部分的降温。在设计电主轴系统的轴承时, 轴承设计、选用、安装的每个环节都必须经过严格的相关数据计算, 对其在一定升温范围内的膨胀量做充分的考虑。我们通过图2和图3所示关系对轴承配合选择和温度传递有一个直观了解。
设计时可按以下四个步骤进行, 具体内容如下: (1) 主轴支撑设计的初级阶段, 在结构允许的条件下, 尽可能将轴承支撑点远离转子, 即:加大前后轴承的跨距, 避免上述几个发热源之间距离过近, 不利于热量散失; (2) 在轴承配合尺寸计算过程中, 要考虑到轴承在冷装的条件下, 外圈与箱体或法兰之间的配合, 对于高速轴承来说应选用小间隙的配合, 这样做的目的主要是考虑到, 轴承在高速运转中, 由于摩擦力的存在, 滚子不断摩擦生热, 使轴承滚动体受热膨胀, 体积增大, 同时轴承外圈在受到滚子的热传递后, 也要热膨胀, 所以, 只要我们保证在高速运转中, 轴承外圈膨胀后与箱体有一定的过盈量就可以了。反之, 如果我们在冷态就让轴承有一定的过盈量, 那么当轴承外圈升温时, 会导致轴承外圈没有向外膨胀空间, 在箱体的作用下向滚子方向膨胀, 导致滚子空间变小, 这样会加剧摩擦力, 使得温升加速, 产生一种恶性循环。所以, 如果外圈留有一定的膨胀量的话, 则会在受到温升后膨胀, 使得滚子的摩擦力变小, 从而可以减少温度进一步升高; (3) 尽量采用油润滑或油气润滑, 这样不仅可以起到润滑作用, 还有效地起到冷却作用;如果由于结构限制只能采取脂润滑, 那么我们在装配时对润滑脂的射入量要严格控制, 一般情况下不宜过多, 取轴承滚子空间的1/10左右, 以油脂能均匀地在每个滚动体上形成一层薄油膜时的量为最佳; (4) 如使用角接触球轴承, 在轴承预紧时避免过大的预紧力。
我公司按以上方法在该数控车床上安装后实验得出的数据如表1所示。
根据表1测试数据, 我们可以绘制出该电主轴系统前、后轴承温升图, 如图4所示。
转子与定子的设计安装对整个电主轴系统温升有着决定性的作用, 必须强调要严格按照电主轴制造厂家所提供的相关数据进行设计。定子的安装非常重要, 在设计箱体与定子的配合圆尺寸时, 特别注意要使定子与箱体在垂直两个面内的变形量相等, 否则在工作中由于转子与定子之间的气隙不均匀, 导致热气流的分布不均匀, 而引起箱体的受热不均匀, 这样一来会造成箱体产生不均匀的变形, 这种不均匀的变形转加到定子和轴承外圈上, 会使本来平衡的系统变得不平衡, 导致恶性循环, 整个系统温度居高不下。
转子和定子部分的冷却也很重要。一般采用在定子与箱体之间增加冷却套, 利用不断循环的冷却液体进行冷却, 同时在箱体的设计上适当增加散热机构 (如散热片) , 效果会更佳;也可以采用两侧加外置轴流风机进行冷却, 这种方式结构简单, 成本较低, 具体选择可根据设计需要进行选择。
环境温度控制也非常重要。一般情况下, 最好能在常温下工作, 即20℃±2℃为最佳温度。
除此之外, 还要适当控制电主轴系统的动平衡, 对于高速电主轴来说, 动平衡等级应达到G0.4级, 这里对该项不作详细说明。
3 结语
无论是设计阶段还是装配阶段, 对于产生电主轴系统温升的主要环节, 我们应该严格控制, 把不该产生的热量消除掉, 把不可避免的热源尽量降到最低。在整个系统的设计当中, 一定要做到热平衡, 这样才能使整个电主轴系统中的各部分更接近热平衡。热量产生是不可避免的, 只要我们用有效的方法做好温升控制, 就可以使电主轴系统达到一个相对良好的精度。希望我们的一点经验对其他设计者能有所帮助!
电控制系统 篇2
毕业设计（论文）任务书
系 学生姓名 电子通信 冯廷松
专 业 指导教师
电子信息工程
查丽斌
班 级 学 号
12091811 12918107
一、题目
下沙6号大街高峰期智能信号灯控制系统设计
二、内容和要求（理、工科类：包括需达到的技术指标、规定阅读的文献、应完成的图纸和说明书等；经管类：包括实习期间应收集的实际材料、论文要求解决的问题及重点、规定阅读的文献等）1.设计要求
搜集有关资料，学习有关绿波带的概念，在次基础上，设计下沙6号大街在早晚高峰时绿波带的交通控制系统。该路段设定带速40km/h，带宽24s的绿波带，通过调整各个交叉口之间的相位差以及各个交叉口本身的相序实现了系统的协调控制。2.技术指标
设计的交通灯协调控制系统采用MSC-51系列单片机AT89C51为中心器件，加上适当的驱动电路、数码管显示和红黄绿交通信号灯显示，结合软件设计实现交通信号灯控制任务。3规定阅读的书籍
〔1〕翟忠民，2004，道路交通组织优化，北京：人民交通出版社。〔2〕杨佩昆，吴兵，2002，交通管理与控制，北京：人民交通出版社。〔3〕王炜，过秀成，2000，交通工程学，南京：东南大学出版社。
〔4〕蒲琪，谭永朝，1999交叉口信号配时优化模型研究，海铁道大学学报。
〔5〕杨锦东，杨东援.，2001，城市信号控制交叉口信号周期时长优化模型，同济大学学报。
〔6〕裴玉龙，孙明哲，董向辉，2004，城市主干路交叉口信号协调控制系统设计研究，交通运输工程与信息学报。
〔7〕张卫华，王炜，2004，基于公交优先通行的交叉口预信号设置方法研究，清华大学，东南大学。
〔8〕胡辉，单片机原理及应用设计[M]中国水利水电出版社，2006 〔9〕楼然苗，李光飞，51系列单片机设计实例[M]北京航空航天大学出版社，2006 〔10〕何立民，单片机应用技术大全。北京：北京航空航天大学出版社，1994。〔11〕韩全立.赵德申编著.微机控制技术[M].北京：机械工业出版社，2008 〔12〕王守中，聂元铭，51单片机开发入门与典型实例[M].。北京：人民邮电出版社，2009。〔13〕张鑫，华臻，陈书谦，单片机原理及应用[J].电子工业出版社，2008(5)。
三、起止日期及进度安排
起止日期：
进度安排： 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 时间
2015.12.14-2016.1.15 2016.1.16-2016.3.1 2016.3.2 2016.3.3-2016.3.13 2016.3.14-2016.3.27 2016.3.28-2016.4.10 2016.4.11-2016.4.24 2016.4.25-2016.5.8 2016.5.9-2016.5.24 2016.5.25
内容 查阅资料 任务书 开题报告会
查阅资料并完成原理图绘制 绘制PCB板图并完成硬件制作
程序编写
查阅资料并完成原理图绘制
撰写毕业论文 论文评审及修改 毕业答辩 2015 年
月
日 至
2016 年
月 25 日
指导教师
（签名）2016
年 1
月 15 日
四、系部审查意见：
系主任
分院领导
（签名）2016 年 1
月 18 日
（签名）2016 年 1
电气控制系统中继电保护器的整定 篇3
【关键词】电气控制；继电保护；整定
随着科学技术的飞速发展，电气系统自动化程度的不断提高，继电保护器在电气系统中的应用也越来越广泛，它不仅保护着设备本身的安全，而且还保障了生产的正常进行，因此，做好继电保护的整定与复校工作对于保障设备安全和生产的正常进行是十分重要的。
1.电保护器的原理
1.1取样单元
负责将被保护的电力系统运行中的物理量经过电气隔离并将其转换为继电保护装置中比较鉴别单元可以接受的信号，由一台或几台传感器如电流、电压互感器组成。
1.2比较鉴别单元
包括给定单元，由取样单元来的信号与给定信号比较，以便下一级处理单元发出何种信号。（正常状态、异常状态或故障状态）比较鉴别单元可由4只电流继电器组成，二只为速断保护，另二只为过电流保护。电流继电器的整定值即为给定单元，电流继电器的电流线圈则接收取样单元（电流互感器）来的电流信号，当电流信号达到电流整定值时，电流继电器动作，通过其接点向下一级处理单元发出使断路器最终掉闸的信号；若电流信号小于整定值，则电流继电器不动作，传向下级单元的信号也不动作。鉴别比较信号“速断”、“过电流”的信息传送到下一单元处理。
1.3处理单元
接受比较鉴别单元来的信号，按比较鉴别单元的要求进行处理，根据比较环节输出量的大小、性质、组合方式出现的先后顺序，来确定保护装置是否应该动作；由时间继电器、中间继电器等构成。电流保护：速断：中间继电器动作，过电流：时间继电器动作。
1.4控制及操作电源
继电保护装置要求有自己独立的交流或直流电源，而且电源功率也因所控制设备的多少而增减；交流电压一般为220伏，功率1KVA以上。
1.5执行单元
故障的处理通过执行单元来实施。执行单元一般分两类：一类是声、光信号继电器；另一类为断路器的操作机构的分闸线圈，使断路器分闸。
2.继保整定与复校的方法
2.1过流继电器的整定方法
（1）电路组成。该电路由单相交流低压电源、开关、单相调压器、电流发生器、整流器以及直流电压表、电流表、毫伏表等组成（76为过流继电器线圈）。
（2）电路工作原理及继保整定（复校）步骤：
电路工作原理：通过单相调压器改变电流发生器原边电压.由于继保整定电砧所带负载一定，电流发生器付边经整流器整流后的电流将随着调压器的输出电压的改变而大小可调。
继保整定（复校）步骤：
依据过流继电器所保护的电机的额定电流值和电机的过载能力/过载系数计算出所要整定的过流继电器的的整定值。
依照电路原理图，断开过流继电器的旁路，并照图接线。
对过流继电器所保护回路的高速开关作跳闸试验。
在检查接线无误的前提下，将调压器调至电压输出最小位置方可对继保电路进行通电试验。
初通电试验时，应先将高速开关断开，对继保整定电路进行升降压试验，观察继保整定电路工作是否正常。
待继保整定电路升降压空试正常后，方可合上高速开关，通过调整调压器电压（电压由低向高）做过流继电器的整定或复校，在这个过程中要特别观察电压表、电流表（或毫伏表）的指示和过流继电器的动作，并做好记录。
核对过流继电器动作值与整定值，并对过流继电器进行调整。
当过流继电器的动作值与整定值达到一致时，须反复做多次，确认动作值准确无误、动作可靠。
2.2过压继电器的整定方法
（1）过压继电器整定复校电路的组成：
该电路由单相交流低压电源、开关、单相调压器、倍压整流、型电压发生器以及电压表等组成。
（2）电路工作原理及继保整定（复校）的步骤：
电路工作原理：（45为过压继电器线圈）
过压继电器继保整定电路是由单相调压器和由二极管、电容器组成的倍压整流器组成的，通过改变调压器的输出电压，再经过倍压整流器升压达到调节输出电压的目的。
继保整定（复校）的步骤：
依据过压继电器所保护的电机或装置的额定电压和允许的过电压系数（一般直流电机取1.15）计算过电压继电器的整定值。
依照电路原理图，断开过压继电器的旁路，并照图接线。
对过压继电器所保护回路的高速开关作跳闸试验。
在检查接线无误的前提下，将调压器调至电压输出最小位置方可对继保电路进行通电试验。
初通电试验时，应先将高速开关断开，对继保整定电路进行升降压试验，观察继保整定电路工作是否正常，升降压是否平滑。
待继保整定电路升降压空试正常后，方可合上高速开关，通过调整调压器电压（电压由低向高）做过压继电器的整定或复校，在这个过程中要特别观察电压表的指示和过压继电器的动作，并做好记录。
核对过压继电器动作值与整定值，并对过压继电器进行调整，当过压继电器的动作值与整定值达到一致时，须反复做多次，确认动作值准确无误、动作可靠。
2.3欠磁继电器的整定方法
欠磁继电器继保整定的电路，其整定与复校步骤与过流继电器继保整定的步骤基本类同，有所区别的是：
（1）过流继电器的保护动作主要是检验继电器的吸合值，而欠磁继电器的保护动作则是继电器的释放值。
（2）过流继电器的整定值是以所保护电机的额定电流和电机的过载能力确定的；而欠磁继电器的整定值则是以电机允许的最小励磁电流确定的。
3.继保整定工作中应注意的问题
（1）做直流大电机过流时，使用短接软线时，其软线距过流继电器的平行距离要在1.5米～2.0米以上才行，否则由于软线电流产生的磁场对电流继电器的磁场产生作用使吸力减小，增大了整定值的误差，其后果是非常严重的。
（2）在做直流大电机过流整定时，由于空间母线电流产生的磁场对过流继电器磁场实际存在着一定的影响，故过流继电器的整定（复校）工作应尽可能在现场做，以免由此造成整定值的误差，这种误差对于保护装置也是很危险的。
（3）在做过流或欠磁继电器的整定（复校）时，对于小电流可用电流表直读，以减小整定误差，对于大电流可采用分流器接表方式。
（4）无论是做过流、过压还是欠磁继电器的整定或复校时，应尽可能地将保护电器所带的跳闸开关（高速开关）一并联做。
（5）无论是做过流、过压还是欠磁继电器的整定或复校时，须断开原系统与保护继电器联接的旁路，否则一方面会影响整定值的准确度，另一方面会使继保整定（复校）工作无法开展（例如对过电压继电器的整定，由于采用的电路为倍压整流电路，其带负载能力较小，如有较大负载的旁路存在，将会造成继保整定电路的电压升不上去）。
【参考文献】
[1]继电保护器的简介及原理.电子电路网，2012.
电回转炉的自动控制系统设计 篇4
SRK-0940电回转炉最主要的功能是对来料进行加热, 炉膛加热区正常温度为850℃, 最高温度为900℃, 温度控制误差为±2℃;炉管转速在0.5~8r/min之间可连续调节。在充分考虑电回转炉结构、加热方式、检测装置和通讯设备的基础上, 选用三菱FX2N-48MR系列PLC进行控制程序的编写, 实现了炉温的设定和控制, 以及炉管转速的控制。
2控制系统总体设计
2.1电回转炉工作过程
电回转炉外观结构图如图1, 物料由螺旋给料机送入电回转炉的炉管, 回转管的旋转带动物料在管内翻滚, 从回转管的高端流向低端, 依次通过按工艺所需温度调节好的各个温区, 完成工艺要求的化学反应后, 经出料罩流出回转管。
2.2 控制系统总体设计
电回转炉的控制点有:炉膛温度、炉管转速、进料速度、氨气进入量等, 但炉膛温度控制和炉管转速控制相对比较重要。选用日本三菱公司的FX2N-48MR系列PLC来自动控制电回转炉的工作过程, 设定电回转炉的炉膛温度和炉管转速在一个特定的范围之内, 并自动调节, 以满足温度和转速控制的要求, 该电回转炉控制系统如图2所示。
3 基于PLC控制系统的外围硬件设计
3.1 主要外围硬件设计
经分析电回转炉控制系统的工艺过程和硬件配置可知, 现场有输入和输出信号分别为13个, 其中主要包括系统总开关、温度设定点、炉管速度设定点, 以及温区温度控制等输入输出点。由热电偶采集炉温, 其输出形式是模拟量, 而PLC处理的是数字量, 因此需要一个特殊功能模块将采集到的模拟信号转换成与温度成比例的数字量, 本系统在三菱FX2N-48MR系列PLC上加装FX-4AD模数转换模块和FX-2DA数模转换模块。
变频器选用型号为FR-A540的变频器, 功率为0.4-160k W;热电偶选型采用优质WR1P铂铑热电偶来传感炉膛加热温区的温度;根据使用要求, 选用西门子的触摸屏K-TP178micro来进行数据设定、显示和监控。
3.2 外围硬件接线设计
在对电回转炉的控制硬件进行设计和分析之后, 绘制出电回转炉温度控制系统硬件接线图如图3所示。
4 基于PLC控制系统的软件设计
4.1 炉膛温度控制
本炉温度控制系统的控制任务是:根据温度给定值和测量值的比较结果, 决定电回转炉的通电和断电, 实现温度控制在某一范围内。电回转炉温控系统的工作过程: (1) 给定值 (0~850℃) 通过键盘输入PLC主机, PLC主机把给定值传递给数字量输出模块, 控制固态继电器的开关状态, 从而控制电回转炉的加热情况; (2) 给定值通过键盘输入PLC主机, 再由主机传递给比较环节, PLC把温度检测装置反馈的炉温实际值与给定值进行比较, 比较的偏差送入PID调节器进行PID运算, PID输出结果通过执行机构控制电回转炉温度。由PLC控制的电回转炉温度控制系统构成如图4所示。
系统的控制梯形图可以用PLC的功能指令来编程, 电回转炉温度自动控制系统程序流程图如图5所示。
通过对电回转炉温度控制要求的分析, 结合实际进行了程序编写, 则温度控制梯形图如图6所示。
4.2 炉管转速控制
4.2.1 PLC与变频器的设置
PLC和变频器之间进行通讯, 通讯规格必须在变频器的初始化中设定, 如果没有进行初始设定或有一个错误的设定, 数据将不能进行传输。每次参数初始化设定完以后, 需要复位变频器。如果改变与通讯相关的参数后, 变频器没有复位, 通讯将不能进行。三菱FX系列PLC在进行通讯时也需对通讯格式 (D8120) 进行设定。
(1) 三菱PLC的设置
D8102设置如表1。
即数据长度为8位, 偶校验, 2位停止位, 比特率为9600bps, 无标题符和终结符, 没有添加和校验码, 采用无协议通讯 (RS485) 。
(2) 三菱变频器的设置
变频器具体参数设置请见表2。
4.2.2 炉管转速控制编程
通过改变变频器运行频率来改变炉管的转速, 根据炉管转速的要求, 结合实际进行程序的编写, 炉管转速控制梯形图略。
5 结语
本文以SRK-0940电回转炉的温度和转速控制作为主要研究对象, 论述了系统的控制要求、工作原理、硬件配置和软件设计, 给出了系统的硬件接线图和控制梯形图。选用的三菱FX2N系列PLC来实现炉膛温度和炉管转速的控制要求。通过改造, 电回转炉控制系统运行更稳定、更安全。此次设计, 对于电回转炉的控制点内容未能详尽, 所设计的系统还存在一些不完善之处, 有待于今后进一步探讨、研究和加以解决。
参考文献
[1]陈嘉艳.电炉温度控制系统的研制[J].实验室研究与探索, 2002 (5) :78-80.
[2]吴波, 张静.PLC在热处理电阻炉温度控制系统设计中的应用[J].热处理技术与装备, 2006 (6) :27.
[3]甘红胜, 邓谨.基于PLC控制的温度控制器测试系统的设计[J].机电一体化, 2010 (4) :83-85.
装表接电工作质量控制研究论文 篇5
关键词：装表接电；质量管理；控制技术
电力营销服务中，装表接电工作是主要的服务项目。电能用户要能够正常用电，就要对装表接电的工作质量以有效控制，不仅关乎到电力企业是否能够安全稳定地运行，而且还关乎到电力企业能够获得的经济效益。但是，装表接电工作由于参与的人员多，而且所能够涉及到的专业技术复杂，要确保装表节点工作质量，就要实施必要的安全控制工作，以避免安全隐患存在而影响电网安全运行。
1装表接电工作中要高度重视质量控制
1.1装表接电工作中重视质量控制可以塑造良好的作业环境
装表接电工作具有一定的危险性，如果工作人员没有较高的质量控制意识，在工作中就不会对自己的行为以约束。重视装表接电工作的质量控制，首先是引导工作人员树立安全作业意识，其次是基于此而保证工作质量[1]。特别是装表接电作业以高位作业居多，如果工作人员没有按照有关规范进行操作，甚至存在违规操作的现象，就会导致作业安全系数下降，不仅威胁到工作人员的人身安全，而且还会严重影响到装表接电工作质量。装表接电工作中要高度重视质量控制，就可以为工作人员塑造良好的作业环境，让装表接电工作人员在安全稳定的环境中展开工作，从而提高工作质量和工作效率，为电能用户提供满意的服务。
1.2装表接电工作中重视
质量控制可以提高工作人员的责任意识装表接电工作中，线路短路是常见的问题，但多为工作人员操作不慎而导致的。针对装表接电工作中的各项内容强调质量控制，可以促使工作人员严格按照操作规定执行各项工作，随之工作人员的责任意识也会有所提升。具体操作中，装表接电工作人员会在日常工作中认真履行责任，在提高安全意识的同时，还会做到及时发现问题，及时采取技术措施解决。对于领导人员而言，会将质量控制工作落实到装表接电工作现场，对现场工作人员以技术指导和安全指导，以提高工作人员的责任意识，使工作人员意识到，只有在安全的工作环境中，全身心地投入到工作状态，且严格按照规定展开工作，就会保证装表接电工作质量。装表接电工作质量还与工作人员的职业操守密切相关。因此，还要做好装表接电工作质量控制的同时，强调工作人员的职业道德是必不可少的，这也是保证装表接电工作质量的关键。
2装表接电工作中所存在的质量问题
装表接电工作并不仅仅局限于安装电表，接通电源而确保电表正常运行那么简单，而是属于系统化工作，关乎到一系列的技术问题和安全问题。装表接电工作作为业扩报装中的最后一个环节，也是关键环节[2]。任何一个装表接电工作人员都要树立质量控制理念，为电能用户实施全城服务，以提高工作进度，还能够保证工作质量。在电能用户用电的过程中，并不意味着装表接电工作结束，而是要进入到监控阶段，装表接电工作人员通过客户终端就可以对电能用户的用电情况进行监督，并实施远程测量，从而为电能用户提供高质量的服务。但是，当装表接电工作落实到具体实施阶段，就会存在一些质量问题需要重点关注。
2.1装表接电工作的效率低而影响服务质量
中国的社会经济快速发展，无论是生产中，还是人们的日常生活中，用电量呈现出攀升的趋势。面对电能供不应求的局面，电力企业开始扩展电网覆盖面，给装表接电工作带来了一定的压力，不仅工作质量受到影响，工作效率也不高，电能供应质量不高。比如，供电企业在执行装表接电工作中，并没有根据电网的实际运行情况，导致装表接电设计与实际工作不相符合，使得设计方案难以落实到实际工作中。装表接电的现场操作设计到的技术复杂，且内容繁琐，同时还需要不同部门的专业技术人员合作完成。如果不同部门的专业技术人员在工作中的协调力度不够，就需要首先做好协调工作，之后才可以进入到具体操作中，由此而导致装表接电工作质量受到影响，而且难以提高工作效率[3]。此外，供电企业为了加快工程进度，会存在不按照规范操作的现象，导致装表接电工作中频频出现问题而不得不返工，由此而影响了装表接电工作质量，使得工作效率降低。
2.2由于盗窃电能问题而给装表接电工作带来困难
电能是供电企业获得经济效益的一部分。如果盗窃电能问题存在，不仅会造成供电企业的经济损失，而且还导致安全事故发生。一些电能用户为了获得更多的电能而更少地支付电费，就会采取技术手段窃电，特别是目前的窃电行为已经高科技化了，对装表接电工作造成了一定的干扰，不仅无法将电能用户的电费准确地结算出来，甚至窃电而导致的故障隐患都难以查找。一旦故障因窃电行为的存在而导致安全事故，就会影响正常供电，且会威胁到该线路电能用户的财产安全，给供电企业造成一定的经济损失。
3装表接电工作的质量控制要点
3.1装表接电工作中的接线环节要高度重
装表接电安装需要在停电环境下进行，其中装表接电工作质量需要高度重视。接线的过程中，首先将导线上铜锈清除干净。如果发现导线绝缘破裂，就要更换新的导线。如果需要破开导线的护套线，所破开的标准长度为18～21cm，否则，如果线头开拆得太短或者太长，就会对后续的装表接电工作造成影响。护套线的甲线使用颜色是一条为黑色，一条为白色，而常用护套线则使用其他的彩色。为了避免装表接电安装由于线头接触而导致短路现象，线头处要使用绝缘胶包裹起来[4]。对导线的火线以及软铜线的操作，则需要工作人员用钳子进行处理。如果工作人员在装表接电工作中需要绕线，就要在连接的位置绕6圈。接线线绕要科学合理，如果为远距离接线，线绕要超过55圈，如果为近距离接线，且线路较多，线绕就要超过40圈，以确保电网运行安全。
3.2强化控制窃电行为
窃电行为会导致电能大量损耗，对装表接电的安全性造成不良影响，同时还影响电表对电能计量的准确性。因此，要控制好装表接电的工作质量，就要做好防窃电工作。具体操作中，工作人员可以在保护柜中安装电能计量装置以及相关的设备，并对保护柜做好加固处理工作，以避免遭到恶意破坏。对于连接在电能计量装置上的电压线路，一定要留在计量箱的内部[5]。另外，还要强化对电能计量装置的巡查工作，一旦发现有窃电行为，就要及时采取必要的技术处理措施，对计量装置进行检测，以避免供电企业因此而造成巨大的经济损失。
4结语
综上所述，装表接电工作中，做好质量控制工作，就要能够充分满足电能用户的高质量用电需求，通过提高供电质量以实现正常用电。在装表接电的具体操作中，会由于服务质量不到位或者窃电行为的存在而造成一定的困难，这就需要充分掌握装表接电工作的质量控制要点，高度重视装表接电工作中的接线环节，并强化控制窃电行为，以提高装表接电的工作质量。
参考文献:
电控制系统 篇6
关键词：电气控制系统 继电保护器 整定
继电保护器是基于微处理器设计，集反时限（Inverse Time）和定时限（Independent Time）继电器保护于一体的综合继电保护设备。继电保护器常常用来为电力设备提供安全保护。继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”，在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。在科技水平的發展之下，我国电厂电气系统的自动化程度也得到了一定的提升，对于电厂电气设备而言，继电保护器有着十分重要的作用，因此，继电保护器也在电厂电气设备之中得到了广泛的使用，为了保障电厂电气设备运行的安全性与有效性，必须要做好继电保护器的整定和复校工作，下面就对电气控制系统中继电保护器的整定问题进行深入的分析。
1 继电保护器整定注意事项
在进行继电保护器的整定时，需要注意到以下几个问题：
第一，在做直流大电机过流使用短接软线时，需要将软线距过继电器平行距离控制到1.5到2.0m，如果未达到这一标准，软线电流磁场就会对电流继电器产生影响，增加整定误差。
第二，在做直流大电机过整定电流的情况下，空间母线电流磁场会影响过流继电器磁场，因此，在开展整定工作时，需要尽量的将其控制在现场，这样就能够有效减小整定误差。
第三，在欠磁继电器与过流继电器的整定过程中，如果电流较小，则应该尽可能的使用只读方式，这样就能够有效减小整定的误差，如果电流较大，则可使用分流器接表法来进行分析。
2 过压继电器整定方式
过压继电器整定电路包括几个部分，即测试电压表、电路开关、倍压整流型电压发生器、单相交流低压电源与单相调压器，需要满足过压保护、电压不平衡保护、错相保护、欠压保护、静态断相保护以及动态断相保护几个内容。
其中，过压保护是在线路电压偏高时进行的保护；电压不平衡保护即对三相电压平衡问题进行的保护，其保护模式是立即动作；错相保护是在线路电源输入程序发生错误时的保护措施；欠压保护是对线路电压低于预设电压时的一种保护；静态错相保护是在非运行设备出现断相问题时开展的保护措施；动态断相保护对运行设备出现断相问题时开展的保护措施。
在整定过压继电器时，需要先进行初通电试验，在进行试验时，需要断开高速开关，针对继电保护器整定电路来开展降压试验，在试验时应该进行密切的观察，看升压与降压的情况，是否存在异常，在升压与降压恢复正常之后，即可将高速开关合上。在高速开关合上之后，再整定过压继电器，在整定过程中要观察过压继电器动作与电压表指示情况，并进行严格的记录，完成之后，再调整过压继电器。
3 过流继电器整定方式
过流继电器整定电路包括测试电流表、电流发生器、毫伏表、单相交流低压电源、整流器、电路开关几个部分，过流继电器能够实现过流保护功能、欠压保护功能和过压保护功能。过流继电器需要提前设置好三相电流流过值，若三相电流发生问题，那么继电保护器就会进入到故障状态，在出现故障状态时，电流通过值会显示在显示屏之中，如果想要改变这一状态，就可以通过延时设置或者人工干预的方式进行，而继电保护器能够根据电流变化情况来修改跳闸延时情况。在过压保护功能方面，若线路电压一直偏高，那么继电保护就会采取相应的保护措施，除此之外，还会使用警告音与闪灯的方式来报警，如果继电保护器进入到故障状态之后，电压值的变化程度也会在液晶显示屏中显示出来，如果想要改变这一问题，就可以通过延时设置与人工干预的方案进行；在欠压保护功能方面，若线路电压一直较低，那么继电保护器就会开启保护模式，若电压恢复正常状态，那么系统也会退出故障，该种功能是可以实时关闭的。
在整定过流继电器时需要进行通电试验，将高速开关完全断开，进行升压与降压试验，看继电保护器整定电力电压情况，在电压稳定滞后，即可开展整定工作，在整定的过程中需要观察好电流表、电压表与毫伏表的变化情况，记录好相关数据，这样不仅可以提升系统运行的稳定性，还能够为操作人员提供一个安全的作业环境。
参考文献：
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电控制系统 篇7
随着人类对能源需求的急速增加, 可再生能源成为全球研究的热点, 其中风力发电得到了迅速的发展。与传统风电系统相比, 直驱风力发电系统省去故障率高的齿轮箱, 具有机械损耗小、成本低、结构简单、发电效率及运行可靠性高、低电压穿越能力强等优点[1,2,3]。
为了适应新的电网规则, 风电机组在并网点发生电压跌落时, 风力机必须保持并网。目前常用的方法有:直流端加入卸荷电路[1,2]、直流端并入超级电容器储能装置[4,5]。本文提出将网侧的电压跌落信号反馈到整流侧, 作为整流侧输出功率的参考值, 减少了直流端的功率不平衡, 从而实现低电压穿越。
在PWM变流器系统设计中, 常用的控制策略有功率控制[6]、反馈线性化控制[7]、基于自抗扰技术的控制[8]、基于无源控制理论的控制、PI控制。由于只采用PI控制器具有调试难度大、结构复杂等不足。对此, 本文提出了无源混合控制策略, 分别建立了机侧和网侧变流器的EL数学模型, 利用无源控制理论[9,10,11]设计无源控制器, 使变流器具有良好的性能。仿真结果验证本文所提控制策略是可行的。
2 基于双PWM变流器的拓扑结构及建模
2.1 双PWM变流器拓扑结构
为适应新的电网规则, 风力发电系统在电网故障时必须具备低电压运行能力, 进一步还需要无功功率的支持。为了模拟发电系统, 本文采用三相电源代替多级低速永磁同步发电机风电。
直驱风电系统双PWM变流器拓扑结构如图1所示。为建立其数学模型, 需要作如下假设:1) 电源为三相对称正弦电压;2) 滤波电感是线性的, 且不考虑饱和;3) 开关为理想开关, 无导通关断延时, 无损耗。
在图1中, uu, uv, uw为三相对称相电压;iu, iv, iw为输出的三相电流;Su, Sv, Sw为机侧变流器的开关函数。iDC为直流母线电流;uDC为直流电压;R, L为滤波器电抗器的电阻和电感;C为直流侧电容;为变流器的输入相电压;iL1为负载电流。为网侧变流器的开关函数;其中 (上桥臂导通, 下桥臂关断) , (下桥臂导通, 上桥臂关断) 。为网侧变流器输出的三相交流相电压, 为网侧变流器输出的三相电流, 为网侧三相交流电源。
2.2 机侧变流器的数学模型
在三相对称电源电压情况下, 机侧变流器在三相uvw坐标系下的数学模型为
将变流器在三相uvw坐标系下的系统等量变换到两相同步旋转dq坐标下, 其等量变换矩阵为
于是可得dq同步旋转坐标系下机侧变流器的数学模型为
式中:为开关函数在dq轴上的分量。
对于平衡电源, 若则输入机侧变流器的有功功率和无功功率分别为
由式 (3) 和式 (4) 可得机侧变流器在两相同步旋转dq坐标系下的数学模型为
将式 (5) 写成EL方程的标准形式为
式中:Mm为正定的对角阵;Jm为反对称矩阵, Jm=-JmT, 反映系统内部的互联结构;Rm为对称正定矩阵, 反映系统的耗散特性;um为系统与外部的能量交换。
各矩阵具体表达式为
2.3 网侧变流器的数学模型
通常对其采用基于电网电压定向的矢量控制技术, 将电网电压定向到d轴, 则网侧变流器在两相dq同步旋转坐标系下的数学模型为
式中:分别为开关函数在dq轴上的分量。
在三相平衡电网电压情况下, 流向电网的有功功率和无功功率分别为
由式 (7) 和式 (8) 可得网侧变流器在两相旋转dq坐标系中的数学模型为
将式 (9) 化成EL方程的标准形式, 可得:
式中:Mg为正定的对角矩阵;Jg为反对称矩阵, Jg=-JgT, 反映系统内部的互联结构;Rg为对称正定矩阵, 反映系统的耗散特性;ug为系统与外部的能量交换。
各矩阵具体表达式为
3 控制器的设计
3.1 机侧变流器控制器的设计
3.1.1 电压外环控制器
电压外环控制器采用PI控制器, 其传递函数为
于是可以按照典型II型来选择Kpv和Kiv。
3.1.2 无源控制器的设计
令xem=xm-xm*, 由式 (6) 可知:
取误差能量函数:
为使系统快速收敛到期望点, 使误差能量函数快速变零, 需要注入阻尼, 加快系统耗散。注入阻尼耗散项为
式中:Ra为正定矩阵。
则式 (12) 可变成
选取控制律为
可使
于是可得实现式 (16) 的机侧变流器的开关函数为
将式 (18) 带入式 (5) , 若选择的比较大, 则Pm可以很快地稳定于Pref, Qm可以很快地稳定于0, 则有
式 (19) 中的第3个式子满足功率平衡, uDC的稳定值为uDCR。式 (19) 表明控制律能实现动态和稳态解耦, 提高系统的动、静稳定性能。
由式 (19) 开关函数, 可得机侧变流器的控制框图如图2所示。
3.2 网侧变流器控制器的设计
3.2.1 期望稳定平衡点的确定
网侧变流器稳定运行时, 期望功率因数为1, 直流电压等于给定电压uDCR, 其期望平衡点为x1*=p, x2*=0, x3*=uDCR。根据稳态时交直流侧功率平衡方程:
由式 (20) 可得:
3.2.2 无源控制器的设计
设xeg=xg-xg*, 由式 (10) 可知
取误差能量函数
为使系统快速收敛, 要注入阻尼, 其阻尼耗散项为
则式 (22) 可变成
选取控制律为
可使
于是可得式 (26) 的网侧变流器开关函数为
将式 (28) 带入式 (9) , 若选择的比较大, 则Pg可以很快地稳定于P, Qg可以很快地稳定于0, 则有:
由式 (29) 所得开关函数, 可得网侧变流器的控制框图如图3所示。
综合以上的控制策略, 可得以无源控制为主、PI控制为辅的直驱风电系统结构框图见图4。
4 仿真研究
用Matlab/Simulink软件对系统进行仿真。机侧变流器电压外环采用经典PI控制器, 其中直流电压期望值设为680 V, 电抗值为15 m H, 电抗器内阻和线路电阻之和为0.1Ω, 电容器为1 000μF, 网侧变流器交流电压幅值为311 V, 注入阻尼Ra=100Ω, 电压跌落的幅值为50%, 0.5 s时跌落开始, 1 s时跌落结束。
机侧变流器的仿真结果如图5~图8所示, 图5表明在电压跌落时, 电流相应减小, 跌落结束后迅速恢复至原来的值;直流侧电压的仿真波形如图6所示, 在电压跌落时有一个上冲, 经过控制器的调节后逐渐恢复至额定值, 电压恢复时有一个下陷。图7表明变流器的输出有功、无功功率的变换情况, 电压跌落期间, 由于电流不能突变, 输出的有功功率很快跌落至50%左右, 无功功率基本不变;变流器的功率因数如图8所示, 基本实现单位功率因数。
网侧变流器的仿真结果如图9~图11所示, 图9表明有功、无功功率的变换;图10表明实现单位功率因数运行;网侧变流器的a相电压和a相电流的仿真波形如图11所示。
当电压跌落30%时变流器两侧的有功功率和无功功率的变换如图12、图13所示。
当电压跌落70%时, 变流器两侧的有功、无功功率的仿真波形如图14、图15所示。
综上所述, 可以看出针对电压不同程度的跌落, 本文所提的控制策略是可行的。
5 结论
针对直驱风电系统, 本文提出了一种以无源控制为主、PI控制为辅的控制策略。仿真结果表明机侧变流器在网侧电压跌落期间输出功率减小, 直流侧电压能够快速跟踪期望值, 网侧变流器基本实现单位功率因数, 交流电流正弦化, 实现低电压穿越, 验证了所提控制策略是可行的。
参考文献
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电控制系统 篇8
本文首先采用有限状态机理论针对HEDS进行建模与分析, 进而基于多变量模糊控制对控制算法进行设计, 提取关键控制规则进行优化, 最后通过Matlab系统仿真,对所提出的控制方案进行了仿真验证。
1 HEDS系统建模
一个典型的HEDS由发动机、 耦合器、 电动机、 逆变器、动力电池组等组成。 电动机作为系统中的机械功率输出装置, 通过逆变器来连接直流母线, 电机控制器实时地通过变频控制来调节电动机输出功率、发动机燃烧燃油, 以此带动小型永磁同步发电机发电, 与电池共同组成混合动力能量源, 为电动机提供电能供应。 为了对HEDS进行数学描述, 系统根据不同的控制决策在不同的工作模式之间进行实时切换。
为了对控制算法进行研究, 需要对每种动力部件的数学模型进行进一步的详细描述。 动力电池组是一个复杂的非线性时变系统, 为了避免模型过于复杂, 忽略温度和使用寿命对电池特性的影响,采用简化的内阻等效模型, 将电池组视为一个包含可变内阻的电压源, 电池组的输出为端电压与端电流。 发动机建模采用稳态实验数据加一阶延迟修正的双PI控制模型,其中,第一个P控制环表示发动机的输出功率调节,控制器根据系统需求功率和发动机实际功率调整发动机目标工作转速;第二个PI控制环为发动机的力矩控制, 控制器根据发动机目标转速与实际转速之差控制发动机的工作力矩,发动机与电池组的数学模型如式(1)~式(4)所示。
其中,Te为发动机力矩,Tm为电机力矩,f为延迟函数,τ为时间常数,坠t为传动效率,is为电机传动比,Tr为发动机负载力矩,Pre为需求功率,Pe为发动机实际输出功率,χne为发动机转速控制信号,ζTe为发动机转速控制信号,fPI与 λPI为PI控制函数,Ubat和Ibat分别为动力电池组的端电压与输出电流,Rn为内阻,Vbat为电池组开路电压,ξbc为电池组的库伦效率,Pbat为电池组输出功率。
考虑到模型的动态特性, 电池组的开路电压Vbat与内阻Rn都是与电池组当前的电荷状态So C (State of Charge ) 有关的变量, So C采用电流积分算法法进行估计:
其中,Q为电池组初始容量,Qmax为电池组最大容量,Kυ为电池衰老对So C影响的修正系数。
2 模糊控制算法
基于上述模型对控制策略进行设计与优化,HEDS控制的核心问题在于使整个系统实现工作效率需求的同时协调控制多个工作单元,从而使效率达到最优。 工作效率分两个层次:(1) 单个工作单元自身的效率最优,例如早期的发动机自身效率达到最优曲线控制算法等,这一类控制思路虽然简单有效,但个体的最优不等于整体的最优; (2)通过个体单元之间的协同控制,实现整体的最优,即基于系统优化的控制策略。 为了实现上述系统效率最优控制, 同时使系统可以体现出良好的工作效果, 必须通过模糊控制算法来实现HEDS的逻辑控制。模糊逻辑结构采用2 输入1 输出的T-S型结构,首先将电池So C与负载功率作为模糊输入进行模糊化处理, 进而输入到T-S模糊控制器中,模糊输出为发动机的目标功率, 通过模糊规则来决定系统的模糊输出, 输入与输出的隶属度函数如图1 所示。 解模糊的过程采用重心法,模糊运算采用Zadeh算法,如式(6)所示。
其中,J与Q表示隶属度函数,x表示触发隶属度规则的模糊变量。
仿真过程采用美国US06 工况作为速度运行工况,结合上述模糊隶属度函数设计HEDS模糊控制规则。 系统中电动机的输出功率由综合控制器根据驾驶员踏板信号决定,因此模糊控制算法主要解决了电动机的功率在发动机发电机组与电池组之间的合理分配。 模糊规则的主要设计思路是在满足系统功率需求的前提下,负载功率越高则发动机输出功率也越高;负载功率越低则越倾向于发动机不输出功率。 当电池组So C越低时发动机输出功率越高;电池组So C越高时,则发动机输出功率越低。 列举部分模糊规则如下:
其中, K1, K2, … Kn为n条模糊控制规则的输出系数:
上述模糊控制规则反应了输入与输出的模糊逻辑对应关系,在建立的过程中依靠模拟人工智能来体现混合动力系统的设计经验。 显然这样的控制算法虽然具有智能性, 但却无法实现效率的最优, 因此有必要对模糊算法进行进一步的优化。 通常对模糊的优化主要分为两种, 一种是对隶属度函数进行优化, 另一种是对模糊规则进行优化, 本文采用第二种思路, 即对模糊规则进行优化。 每条模糊规则中均含有一个待定系数Ki, Ki的选取对于发动机发电机组与电池组的功率分配起着直接作用。 对模糊控制算法建立优化模型,因为每一个Ki对应着每一条模糊决策下的发动机输出功率,通过查表最优曲线则可以得到不同的发动机效率。 因此可以将系统效率写成关于Ki的函数,同时将优化目标函数定为系统效率的倒数,即可以得到优化目标函数的表达式如式为:
约束条件为:
其中, So C_Low与So C_High为电池组So C的下限与上限,Pe_max为发动机最大功率,Pm为电动机功率,Pm_max与Pm_min为电动机峰值功率与最低功率,ξm、 ξe与 ξbat为电动机效率、发动机效率与电池组效率。
3 Matlab仿真分析
为了对所提出的模糊控制策略及其优化方法的正确性和有效性进行验证, 对建立的模型及速度工况在Matlab中进行系统仿真, 仿真过程采用固定步长0 . 01 s 。仿真结果如图2 所示。 可以看出电池组的输出电流始终控制在-100 A~+200 A区域内的电池组效率较高, 同时较低的电池充放电电流有助于提高电池使用寿命。 仿真结果同时表明, 发动机功率在低功率时处于关闭状态,当发动机开启时则大部分时间处于中高功率区间,避免了低功率工作状态,有助于控制降低发动机排放。
在整个仿真工况中随机抽取18 个观测点, 与未优化前的系统效率进行对比,结果如图3 所示。 可以看出未优化前平均效率为75.8% ,经过优化后系统效率有了明显提高, 平均效率达到81.4% , 提高了5.6% , 表明所设计的模糊控制算法及其优化方法合理有效。
本文建立了混合动力电驱动系统的数学模型, 并基于该模型进一步提出了多变量模糊控制算法,进而对模糊规则进行了优化。 Matlab仿真表明所设计的模糊控制算法使混合动力系统实现了良好的控制效果,工作效率有明显改善,优化之后的混合动力电驱动系统效率较优化之前提高了5.6%。
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永磁直驱风电系统弱磁控制研究 篇9
近年来随着直驱永磁同步风力发电系统研究的不断深入,其关键技术日趋成熟,在工业中已经进入大功率应用时代。为保证系统以最大发电功率运行,发电机速度在转折速度以下时,机侧变流器一般采用最大转矩/电流比控制以保证发电机的铜耗最小,减低变流器的电流容量。当风速继续增大,发电机的转速超过转折速度时,由于母线电压的限制,必须采用弱磁控制( FW) ,在弱磁控制方式下再确定合适的电流控制方案,使得发电机输出功率跟随风机的最佳功率曲线( MPPT) 运行。
传统的弱磁控制方案一般采用开环弱 磁控制[1,2,3,4,5]。文献[2]中在转折速度以上采用开环弱磁控制,根据电机方程、最大输出电压和转矩参考值计算出在开环弱磁条件下的交直轴电流值。文献[3]在电动汽车用永磁同步电机中利用开环弱磁控制实现了汽车高速运行。文献[4]通过实时修正电流参考值进行弱磁控制,属于开环弱磁控制。开环控制严格依赖电机参数,按照电机在冷态下计算得到的交直轴电流往往不能满足电机的实际需求; 开环弱磁控制需要在不同的速度下解一组超越方程,在控制芯片DSP中实现困难,通常需要离线并计算存入DSP内存中以供查阅,这样增加了计算量,并且对所有电机不具有通用性[5]。
文献[6,7]利用一种闭环弱磁控制实现了高速电机的弱磁控制。文献[8]对异步电机弱磁控制环节进行了参数设计。闭环弱磁环节利用电机定子参考电压和直流母线反馈值进行闭环控制设计,通过阈值函数进行弱磁控制投切。其实现简单,并对电机具有普遍适用性。
本文分别对两种弱磁控制进行了原理分析,对比了其性能优劣,并在理论分析的基础上进行了仿真和实验验证。
2 永磁同步电机弱磁控制
2. 1 弱磁条件分析
在不同的风速条件下,发电机的输出功率按照风力机的最佳功率曲线运行,以保持风能利用系数最大[9]。转子磁场定向条件下,按照电动机定向惯例,采用等幅值变换,同步旋转坐标系下永磁同步发电机的电压方程为:
功率方程为:
式中,ud、uq分别为定子电压在dq轴上的分量; id、iq为定子电流在dq轴上的分量; Rs为定子电阻; Ld、Lq分别为定子的dq轴电感; Ω为转子机械角速度; ωr为转子电角速度; ψf为永磁体基波励磁磁链; Te和Pe分别为电机的电磁转矩和电磁功率。
忽略电机动态过程,稳态时定子电压幅值可以表示为:
在直驱永磁风电系统中,直流母线的电压由网侧变流器进行控制,一般为恒定值。采用SVPWM调制时,受直流母线电压限制,机侧变流器输出电压的基波分量峰值为:
综合式( 2) ~ 式( 4) 可以得到机侧变流器输出最大电压临界状态下的一组方程式:
定义临界状态下电机电角速度ωrt为转折速度。当给定控制方式和功率后,转折速度可以唯一确定。电机的电角速度超过转折速度后,若不采用弱磁控制,电流调节器处于饱和状态,机侧变流器输出的电压不足以跟踪调制算法得到的电机定子电压,调制算法失效[10]。若电机转速继续升高后保持正常运行,则需要进行弱磁控制,可通过调节定子电流id和iq实现。由式( 5) 可以看到,若令直轴电流为负值,则可以在维持定子电压在恒定值| us|max的条件下扩大电机运行范围。直轴电流为负值可以理解为在永磁体产生的磁链上叠加一个反向磁场,削弱气隙磁场得到弱磁的效果。
直驱永磁风电系统机侧采用转子旋转坐标系下的矢量控制策略。根据控制方式的不同,直轴电流的参考值id分为两个部分: 在转折速度以下,为了控制简便,采用id= 0控制; 转折速度以上,采用弱磁控制,id由弱磁控制环节给定。根据永磁同步电机的数学模型,弱磁条件下整个系统的控制矢量图如图1所示。其中,开关切换到虚线框内时为闭环弱磁控制,开关切换到式( 6) 时为开环弱磁控制。下面分别对开闭环弱磁控制原理及其优缺点进行分析。
2. 2 开环弱磁控制
当风速不断变换,电机按照最佳功率曲线运行时,随着电机速度的进一步升高,电机的转速会超过转折速度ωrt,为了避免控制失效,电机采用恒定电压幅值运行,幅值为由式( 4) 确定的电压极限值。若发电机功率未到达额定功率,则功率按照最佳功率曲线运行,此时为变功率运行状态; 若发电机功率达到额定功率,则此后功率给定为额定功率,发电机运行在恒功率运行状态。
综合式( 2) 和式( 3) ,在给定功率参考值和电压极限值的情况下,对应转折速度以上的某一风速可以确立一组方程如下:
式( 6) 在发电状态下具有唯一解。对其进行分析可知,转折速度以上,交直轴电流是互为耦合关系的,速度越高,耦合越强。一般情况下,直轴电流参考值恒为负值,且随转速的升高其模值增大。
开环弱磁虽然物理意义简单明了,但由于交直轴电流的耦合关系,对式( 6) 进行求解比较困难,在DSP中不容易实现。一般做法是根据电机的参数和功率曲线离线计算得到不同速度下的交直轴电流参考值,生成转速-电流表格存于DSP中,在实际控制时通过对当前电机转速进行判断,查表给定电流参考值。开环弱磁控制电流参考值的计算严格依赖于电机参数,一般情况下离线计算过程不考虑电机的温升特性和磁饱和特性,在实际控制中若按照计算得到的电流参考值进行控制,会出现直流母线电压利用率降低、功率偏差等现象。另外,不同的电机参数均不相同,针对每一台参数不同的风电机组都要进行大量运算,在控制芯片中重新写入表格,控制不具有普遍性,不利于工业实现。开环弱磁投入运行的判断条件为电机转速,其灵敏性高,由于机侧变流器控制只有一个电流环,其响应速度较快。
2. 3 闭环弱磁控制
在开环控制中可以看到,永磁同步电机的弱磁控制主要通过调节直轴电流来实现,其主要目的为限制调制电压的幅值不超过极限值。利用这一思想,可以设计一个闭环控制环节,通过定子电压幅值反馈,采用合适的控制方案得到定子直轴电流的参考值。下面对其设计过程进行详细说明。
在控制环节中,根据交直轴电压分量ud和uq进行合成可以得到调制电压的幅值:
定子直轴电流分量参考值i*d可以通过一个阈值判断函数进行表示,如式( 8) 所示。当调制电压幅值小于电压极限值时,定子直轴电流分量参考值为0; 当调制电压幅值超过电压极限值时,立即投入闭环弱磁控制算法,定子直轴电流分量参考值为弱磁控制器输出直轴电流idfw。
弱磁控制器采用PI控制,将电压极限值与调制电压幅值的差值送入比例积分控制环节,可以得到弱磁条件下定子电流的直轴分量。文献[8]在对感应电机进行磁链调节的过程中指出,比例环节对电机的转速和直流母线电压非常敏感,会增加弱磁控制环节的不稳定性,故采用积分环节可实现很好的弱磁控制性能。设定kifw为控制器积分系数,则可得到弱磁控制器为:
根据电机的功率表达式和定子电压交直轴分量,可以进一步得到特定功率下定子交轴电流分量参考值:
闭环弱磁控制环节的框图如图1中的虚线框所示。由闭环弱磁控制环节可以看到,整个调节过程不涉及电机参数,控制对电机参数变化具有鲁棒性,温升及磁饱和特性对算法没有影响; 电机弱磁判断条件为调制电压幅值,只有当电压幅值达到直流母线限定的最大值时弱磁控制才投入,故其母线电压利用率高; 另外,弱磁控制无需进行离线计算,具有普遍适应性。但由于增加了一个闭环环节,其直轴电流给定过程需要一定的时间进行调节,其响应速度受到影响。
2. 4 开闭环弱磁控制比较
根据分析,开环和闭环弱磁控制的对比如表1所示。可以看到,尽管闭环弱磁控制以牺牲了电流环节的响应速度为代价,但由于其不需要进行繁琐的运算,适用性强,在实际的工程应用中更具有优势。
3 算例分析
以实验室一台永磁同步电机为例进行分析,电机参数如表2所示。为了实现弱磁控制,直流母线电压设为260V,则机侧变流器能够输出的最大电压为150V,考虑到死区效应及控制裕量,设定机侧变流器最大输出电压为140V。转折速度以下,机侧变流器采用id= 0控制。转折速度附近,功率给定为5k W,根据式( 5) 可以得到电机的转折速度为ωrt=105. 6rad / s,对应电机转速为nrt= 126 r / min。转折速度以上,按式( 6) 可以离线求得不同转速下电机的交直轴电流参考值。转折速度附近的区域,交直轴电流参考值如表3所示。
4 仿真验证
基于开闭环弱磁控制原理,在Matlab中搭建了永磁直驱风力发电机侧变流器仿真系统。其中母线电压由一个恒定的直流电压源代替,其电压设定为260V。发电机的参数与算例分析中的参数完全一致。仿真过程不考虑电机的温升特性与磁饱和特性。仿真集中在转折速度附近进行验证,电机初始转速为120r/min; 0. 1s阶跃至130r/min,控制进入弱磁控制阶段; 0. 25s转速进一步升至135r/min。在转折速度附近,功率参考值均为5k W。
图2为开环弱磁控制的仿真波形。其判断条件为电机转速。将电机转速与离线计算得到的转折速度对比,转折速度以下的采用id= 0控制,交轴电流参考值由式( 2) 给定; 转折速度以上交直轴电流参考值根据表3设定。由仿真结果可以看到,转折速度前后,定子电流切换很快,而且跟踪效果好。
图3为闭环弱磁控制的仿真波形。其判断条件为在线实时计算得到的电压幅值,当电压幅值小于| us|max时,采用id= 0控制; 当定子电压幅值超过| us|max时,通过闭环弱磁控制进行调节。仿真结果显示,在电机进行弱磁切换瞬间,由于弱磁闭环环节的存在,定子电流的调节速度稍慢。图4为弱磁闭环投入前后的放大图,可以看到,弱磁切换与电流环的响应速度有关,当速度变化后,只有电流环调节变流器输出电压达到| us|max时,弱磁闭环才投入运行。
由于仿真过程不考虑电机的温升特性和磁饱和特性,两种仿真状态下的电机参数完全一致,故弱磁达到稳态时,闭环弱磁得到电流参考值与开环弱磁得到的完全相同。不考虑电机参数变化时,两种闭环控制的直流母线利用率完全相同,但在实际情况中电机参数随工作环境的不同是时变的。由两种控制的仿真结果可以看到,由于开环弱磁控制离线进行参考电流的计算,其电流响应速度较快,但严格依赖于电机参数; 闭环弱磁控制不依赖于电机参数,通过电压闭环来计算直轴电流参考值,电流的响应速度除了受电流控制器的性能影响外,还与弱磁闭环控制环节响应速度相关,故其响应速度不如开环弱磁控制迅速。
5 实验验证
基于控制原理与仿真分析,在永磁直驱风电实验平台上进行实验验证,实验参数与算例分析及仿真分析中的参数完全一致。其中,永磁同步发电机通过变频器和异步电动机进行驱动,通过改变变频器的频率来模拟不同控制模式下的外部条件。直流母线电压通过网侧变流器进行控制,稳定在260V。
电机侧变流器采用两电平PWM变流器,开关频率设定为5k Hz,调制采用SVPWM调制。为了验证电机的弱磁过程,电机转速由120r/min升速至138r / min。下面给出电机ab相线电压和a相电流的实验波形。
图5为开环弱磁控制实验效果图。超过转折速度后,电机进入弱磁控制环节,可以看到电流响应速度很快。由于开环弱磁参数是离线计算得到的,不考虑电机温升、磁路饱和等外界条件对电机等效参数的影响,实际电机参数与离线计算所用参数不一致,故到转折速度时电机电压未到达设定最大值,母线利用率低。由于实际得到的电压与预期电压不一致,开环弱磁条件下电机的实际功率与功率给定会出现偏差,经计算得到实际功率为4. 6k W,与预期得到的5k W有一定偏差,这对风电机组的效率有很大影响。
图6( a) 为闭环弱磁控制实验效果图,可以看到其弱磁过程较为缓慢。图6( b) 为闭环弱磁过程局部放大图,定子电压在电机升速后出现明显的超调情况,此时定子电压已经达到最大限幅值,闭环弱磁环节投入,调节交直轴电流使电机进入恒幅值、恒功率运行状态。由于弱磁判断条件为电压幅值,对直流母线的利用率较高。并且闭环弱磁控制环节与电机参数无关,电机的交直轴电流给定严格按照功率给定计算得到,故其调节得到的电流比开环弱磁更准确,并且能够完全跟踪实际的给定功率。
6 结论
本文对永磁直驱风力发电系统的开闭环弱磁控制进行了研究,并对两种方式进行了对比。其中,开环弱磁控制投切的控制条件为转折速度,闭环弱磁控制为机侧变流器最大输出电压。对比结果表明虽然闭环弱磁控制响应速度相对较慢,但由于其直流母线电压利用率高,控制更精确,其工业应用前景更加广泛。仿真和实验验证也证实了理论分析的观点。
摘要：永磁直驱风力发电系统中,机侧变流器输出电压受直流母线电压限制。在对最大风能捕获曲线进行跟踪过程中,当机侧变流器参考输出电压超过直流母线电压限幅值后,需要进行弱磁控制。弱磁控制可以采用开环弱磁和闭环弱磁,其中开环弱磁控制通过判断当前转速与转折速度的关系进行投切,闭环控制利用参考电压与直流母线电压反馈值进行控制。文章对两种方式进行了原理分析和对比,对比分析结果表明:相对于开环弱磁控制,闭环弱磁控制对电机参数依赖性小,数字控制实现容易,稳态条件精度更高,应用更具有普遍性。在Matlab环境和实验平台上分别对两种方案进行了仿真和实验验证,结果很好地吻合了理论分析的结论。
电控制系统 篇10
关键词：弱电系统,管理,维护
0 引言
人们习惯把弱电方面的技术称之为弱电技术。随着现代弱电高新技术的迅速发展, 弱点技术应用的越来越广泛, 在机械生产、智能消防系统, 监控系统, 计算机网络, 楼宇自控, 智能广播等等中大量广泛。本文就弱电技术在智能建筑中的管理及维护进行探讨, 弱电技术的应用程度决定了智能建筑的智能化程度。
1 弱电系统管理及维护存在的主要问题
一是对弱电工程重视不够, 致使弱电施工的时间和空间往往受到其他施工方的挤压。建设期间, 由土建、装饰、安装、弱电系统集成的很多参与方共享时间与空间资源, 施工各方对时空资源会相互争占。结果, 弱电则成为最弱势, 其施工的时间与空间受到其他方的挤压;二是弱电与土建、机电设备、强电安装, 无论是施工, 还是系统功能的最终实现, 关联性大, 藕和度高, 而这一方面的规范体系又很不健全。因此, 在彼此的接口处, 界面不清, 这一块的工作由那一方负责, 在设计与规章中界定不明, 造成施工时相互推诿, 配合失调。
2 如何加强弱电系统管理及维护
2.1 弱电系统的防雷接地维护
弱电系统的接地线不能与强电交流的地线以及电网零线短接或混接, 接地线不能形成封闭回路。弱电系统中的监控系统及其专业设备的接地线, 应选用铜芯绝缘软线。弱电系统中三芯电源插座的接地端, 应与系统的接地端相连 (保护地线) 。公共场馆弱电系统的传输线路 (与环境、土壤有关) 要求单端接地, 在调度室室屏蔽层接地 (接到机柜上) , 干扰信号通过屏蔽层隔开, 两端都接地, 有浮点;在特殊情况下, 要两端都接地。有些地方控制线会受到干扰 (杂波信号导致信号不良) , 应将位置移动。干扰无论大小都会表现出来, 导致弱电系统控制不灵敏;另一方面, 在布线时, 由于现场要布很多线, 且一般是由多人来布线, 容易错接, 因此, 建议在布线时要做好标识, 以提高效率。
2.2 加强弱电系统与土建、装饰配合的管理
这种配合管理上弱电工程实施中最麻烦的地方, 在土建、装饰工程的承包合同中, 应对以下各条予以明确规定。对所有地下、穿墙、沿柱墙面预埋的线管、线槽工程, 建设方委托土建施工时土建方应按合同计费标准承接, 按要求完成。土建总承包方要保证弱电施工的供电、供水等并接受甲方和监理的协调管理。土建方对要隐埋线管、线槽的层面, 在土建施工前要及时通报建设方和监理, 便于相关单位的协作;装饰工程方要预先向监理、建设方通报吊顶、地面、墙面装饰的施工进度计划, 为弱电施工留下应有的时间与空间。总网络图应统筹考虑, 除土建、水电外, 还应有详细的弱电系统的时间安排。土建与装饰方都应设专门负责协调工作的责任人。
2.3 加强弱电系统与机电设备、强电工程相互配合的管理
机电设备 (包括变压器、高低压柜、电梯、电器控制箱、水泵、风机、防火卷帘门等) 的招标、采购的弱电技术条款应咨询弱电工程师。投标方、供货方应明确对这些条款的满足与偏离情况。合同签约与设备验收时一定对此进行仔细检查与核对。强电控制柜的定货、安装要保证电缆能够正常接入, 并在柜内留有相应的安装空间。土建、装饰、强电、弱电在施工时都要保证不损坏其他方已完工程, 若有损坏, 责任方承担损失。
2.4 加强对弱电系统设计的管理
先要做好弱电系统的整体规划在智能建筑的方案设计阶段, 就要依据建筑物的使用要求、使用功能、服务功能, 物业管理方式作尽可能深的分析与探讨, 从适用性、先进性、经济性上综合考虑, 作一个合理的整体规划。要上些什么项目, 要达到一个什么标准, 做出明确的需求分析, 再由设计院进行设计。要求设计方对每一个子系统的设计方案都要作详细的技术交底, 建设方应与设计院就各个子系统的监控对象、监控方法、设备数量、系统结构和布局、预算费用, 特别是在降低造价、节约投资上进行深入的讨论, 对建设方有较大分歧的设计, 要组织专题论证。设计方要有总管本项目强电设计与弱电设计的技术负责人, 管理、协调本项目的强弱电及相关专业的矛盾。要对弱电线管、线槽及水、电、风系统中的线管、线槽、管道的排布作统一设计。弱电系统中的电缆、线管、线槽、不得与风管、水管、机电设备、强电走线相冲突, 并应选择与建筑物内各种设备安装相适应的合理布局和走向, 以节约工程投资。对弱电系统要作综合布线设计 (暂可以只对电话布线、数据布线、消防布线、广播布线和BAS布线) 。对明装的线管、线槽不仅要有水平定位、还应有垂直安装尺寸及足够的空间, 要兼顾其与预埋线管、线槽的连续性与整体性, 要能保证隐蔽的预埋作业的整体实施。对隐埋线管、线槽的载体:地面、墙柱面的面层, 土建设计要有足够的嵌入尺寸, 对大面积的平面, 还应对厚度有均匀度要求。与弱电系统相互连接的电器控制箱应作好弱电电缆引入开孔及柜内接线端子排的设计, 并明确标出互连的强、弱电电器的工作电压。须由消防子系统实现联动控制的机电设备, 设计院的强弱电设计人员应仔细核对, 确保控制的准确实现。
3 结论
与其它设备维护一样, 弱电系统的管理维护也离不开问题的主动发现与处理, 这样能够将故障消除于无形之中, 大多故障会有一段时间的预兆, 因而要主动去发现问题, 解决问题;不仅需要在弱电系统的施工过程中进行质量管理, 更重要的是在后期的维护中, 要多动脑筋, 多与相关技术人员交流合作, 辅以现代化的检测设备, 活学活用, 归纳总结, 提高弱电系统管理维护的水平。
参考文献
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电控制系统 篇11
关键词：
数字相位计； FPGA； IQ正交算法； ECPR
中图分类号： TM 932文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2013.05.004
引言
电定标热释电辐射计（electrically calibrated pyroelectric radiation，ECPR）是测量光辐射功率的一种高精度绝对辐射计，其基本原理是使用热敏元件作为探测器，利用辐射的热效应测量辐射功率[15]。测量中，待测辐射所产生的信号与用电功率加热所产生的校准信号进行比较，当两个信号相等时，待测辐射功率就等于产生比较信号的电功率。这种辐射计也称电平衡，其突出的优点是用户不需要用标准辐射源对仪器定标。由于该方法将光辐射功率的测量标准溯源到电学功率测量的标准上来，因此可以获得很高的测量精度。电定标热释电辐射计的系统框图如图1所示。
相位测量广泛应用于信号检测技术中，目前测量相位的主要方法有频率变化法、插脉冲法、过零比较法以及数字相关法等。由于模拟电路无法避免的电子线路噪声干扰，以及外界因素的干扰，这导致测量相位的精度受到很大的影响。本文正是采用数字化测量方法中的IQ正交解调算法来完成对于信号相位差的计算，以此来解决模拟电路中的诸多问题，用数字信号处理方法，提高相位计的性能和精确度。
光学仪器第35卷
第5期张祥安，等：电定标热释电辐射计系统的数字相位计
本文提出了一种ECPR系统中一种数字相位计的实现方法[67]，该方法将数字信号处理的IQ正交解调算法引入了鉴相系统，利用FPGA的高速实时处理能力的优势，对采集到的信号数据进行IQ正交计算，最后利用CORDIC算法[89]得出辐射计系统中测量信号与参考信号之间的相位差。FPGA芯片以其独到的高吞吐量和并发运算执行，配合利用流水线技术，完成算法的执行效率高、速度快、稳定性好，与DSP或者ARM处理器相比，后者有着诸多难以克服的技术瓶颈，所以在现今各种复杂高端数字信号处理方面，FPGA有进一步取代DSP处理器的趋势。
1数字相位计的原理与实现
1.1数字相位计原理
数字相位计模块框图如图2所示，整个模块以处理两部分信号为主。一路为被测信号，将微弱的被测输入信号经过OPA运放做前置交流放大处理，然后信
号送至二阶带通滤波器，带通滤波电路中心频率14 Hz与斩波器斩波频率相同，目的是将探测器输出的同频率的微弱信号与其他高频或工频干扰信号分离开来。 此时将输出具有相位延时信息的模拟正弦信号经由A/D模数转换，输入到FPGA寄存器中。另一路为参考信号，参考信号是14 Hz的方波，在每个周期的上升沿阶段触发A/D采样。ECPR系统会在测量初始化期间多次测量两者信号的相位差，然后得到一个相位差平均数，通过矫正两者相位差，使得两者在后续光电平衡检测电路中可以保持更高的检测精度。
1.2数字相位计在ECPR中的作用
相位计模块在整个ECPR系统中，起到一个同步被测与参考信号的作用，之所以要让两者同步，是为了在后续进行相敏检波的时候，可以得到两者幅值乘积的最大值，这样积分输出的直流信号就可以完全反应出热释电光电加热平衡的信息，已达到高精度的辐射计光功率检测的目的。如图3所示，在得到了初始化矫正后同步的被测与参考信号之后，被测信号进一步输入到光电功率自平衡电路模块中与移相的参考信号通过相敏检波得到整流后的半波正弦信号，接着将整流信号转为直流信号，根据输入直流信号的幅值大小来决定对热释电加热电功率输出的大小，当加热的电功率与输入的光功率平衡时候，热释电将不再输出信号，此时达到光电平衡状态，然后通过电功率检测模块，计算得到的电加热电功率值即是被测光信号光功率值。
由上述分析可见，数字化方法对谐波信号和由于有源器件引起的随机噪声具有很强的抑制作用，在低信噪比条件下，也可有效检测相位差，而且该方法为无偏、一致的估计，适合用于微弱信号的精密检测[10]。
1.4CORDIC算法计算arctan函数
在数字信号处理、导航通讯等许多领域会大量使用反正切函数进行必要的计算，当FPGA系统应用于上述领域时常常会遇到如何使用硬件来完成反正切函数计算的问题。
坐标旋转数字式计算机（coordinate rotation digital computer，CORDIC）其基本思想是用一系列与运算基数相关的角度的不断旋转，逼近所需旋转的角度，从广义上讲它是一个数值逼近的方法，由于这些固定的角度与计算基数有关，运算只有移位和加减法。
2算法在FPGA中的实现
相位计算法在FPGA中实现的结构框图如图5所示，系统采用主时钟信号为50 MHz，控制单元在参考信号上升沿触发A/D采样，把输入的模拟正弦信号在一个周期内等间隔转换成12 bit的数字信号，在一个14 Hz周期内，采样脉冲有512个，得到512个离散数据点，每个数据点和FPGA中的参考正余弦对应做乘法运算，ROM查找表数据来源于MATLAB生成的mif文件，对于sin参考信号，数据为带符号位宽12 bit整型，一个周期有512个离散数据点组成，同理cos参考信号与sin为正交，相位差90°，每次计算之后的值保留在寄存器中累加，待完成一个周期的512个数据的IQ正交算法后得到I和Q的平均值，将两者送入CORDIC内核模块中计算相位差。基于CORDIC算法的 arctan 模块基本的迭代结构由三个寄存器、三个add模块、两个移位模块和一个内置ROM表构成。其中，add_sub完成加法或者减法操作，具体是加法还是减法由寄存器Q_reg的最高位来进行控制，移位模块完成式（6）中的2-n操作，而内置的ROM表则事先把arctan（2-n）的值放入，每次计算时只需逐次把数据传入add模块即可。在设计中特别需要注意的是数据的量化，否则得不到正确的角度值。在计算完最后的结果之后，将多次周期的相位差信息取平均值反馈。
nlc202309032248
3实验结果
如图6所示，当只用光信号对探测器加热时，斩波调制频率14 Hz，测得放大电路，滤波电路，参考方波，相敏检波以及积分器输出波形，而光电平衡时探测器输出波形是光电同时在各自周期内对热释电加热，使得光电最后达到平衡。我们可以看到，经过滤波处理后的输入信号和相位调整过的参考方波相位同步一致，可以使得相敏检波达到乘积最大值。系统在电功率加热后，让热释电达到光电功率平衡，最后探测器输出几乎为零，此时测得的电功率即为光功率，当测量精度为1 mW，其不确定度为1%。
4结论
本论文提出的数字相位计基于正交IQ解调和CORDIC算法，算法模块都集成于FPGA中完成，在电定标热释电辐射计系统中发挥了作用，让系统对于光功率的检测精度得到了有效的提高，并且系统的运行速度和稳定性也因加入了FPGA而得到进一步改善，具有良好的应用前景。
参考文献：
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电控制系统 篇12
采煤机远程通讯和工作面集中控制技术是现代化矿井的标志, 它包括工作面设备, 主要是采煤机的运行参数与地面控制中心的数据传输、运行状态和位置的监控, 地面控制中心对井下设备工作运行的操作控制, 也就是实现无人工作面的最终目的。
1 国内外采煤机远程控制系统的概况、水平和发展趋势
美国JOY、德国Eickhoff采煤机都实现了数据远程传输、集中监控和分集中控制, 采煤机通过供电电缆的控制芯线或先导芯线与顺槽集中控制站连接。顺槽集中控制站包括负荷中心、调制解调器、微机MICOS、显示器、键盘和接口。顺槽集中控制站与采煤机、液压支架控制系统、工作面输送机、转载机相连, 通过中继站可与大于5km的地面数据转换器连接, 后者把信号传给矿井地面站。
国内电牵引采煤机远程监控控制系统的发展阶段仅限于数据传输的功能, MGTY/700-1.1WD系列采煤机控制系统都具有数据上传监测功能, 但是上传数据量较小, 信号通过动力电缆传输干扰大, 就矿上的监测监控、集中控制要求还有一定的差距。
2 系统构成
考虑到设备系统和智能型采煤机的配套和兼容性, 与上位机集中监控系统控制精度、数据准确性、及其它主机性能指标, 总体设计思想为:基于MODBUSRTU通信技术, 顺槽主机监测控制方式, 对被控对象给定操作权限, 实现身份智能识别。同时基于优化控制技术, 寻求设备效率的最大化, 并通过算机图形技术, 建立良好的人机环境。包括上位机、下位机、可靠的位置感器、油缸行程传感器、执行机构及机械部分, 其中:
硬件组成由MITSUBISHI FX2N-32MR可编程逻辑控制器、OMRON NS10系列工业控制PC、多路通信隔离转换带模拟量开关量采集电路、直流开关电源模块、操作执行元件等组成;执行机构由高强度自复位式专用按钮组成;机械结构为矿用隔爆型箱体结构。
3 网路拓扑结构
系统的网络拓扑结构如图1所示, 采煤机与远程监测控制系统之间通过MODBUS RS485连接, 在远程监测控制系统为采煤机的上位机, 可对采煤机的运行状态等数据读取, 也可以向采煤机的控制系统写入数据, 完成对采煤机的远程监测控制功能, 同时将远程监控系统的RS485信号转换成TCP/IP进入矿井环网交换机, 工作面集成主机和地面集成主机都可以对工作面采煤机监测控制。甚至通过Internet网络发布, 这样就能在世界任何地点都能实时监控煤矿生产运行情况。这就真正实现了采煤机的远程监测控制。
基于ModbusRTU和Web的通信机制Modbus是一种开放式的通讯协议, 通过此协议, 控制器相互之间、控制器经由网络 (例如以太网, RS485网络) 和其它设备之间可以通信, 可以连成工业网络, 进行集中监控。ModbusRTU协议采用主/从查询式的机制并采用CRC校验算法, 校验发送和接收数据, 可以保证数据传输的正确性。为了使现场总线网、外部互联网充分拟合, 发挥网络智能监控, 引入了Web技术, 通过Web浏览器以操作方式实现对电气设备的远程诊断和监视, 进一步提高设备自动化水平和维护管理水平。结合该两种通信机制, 设计了采煤机远程监控系统。
采煤机数据流向如图2所示, 下图中定义主控模块将主机从采煤机的数据读入, 并送入PLC中的数据寄存器单元内, 同时将工作面集控系统或地面疾控系统传来的数据放入PLC对应的单元内, 对采煤机进行远程控制。
4 上位机远程监控集中控制
如图3是漳村煤矿2303和3103自动化工作面集控系统采煤机监测控制界面, 界面中利用图文、图表可全面的监控采煤机的运行状态, 界面中间绿色箭头代表采煤机运行方向, 框内是采煤机实时速度, 工作面倾角和走向倾角, 棒状图形显示电机的温度和电流, 绿色时为正常范围, 超过范围以红色报警显示, 同时采煤机故障状态里面记录故障内容, 中间采煤机图形形象的现实采煤机滚筒的高度和煤机在工作面的位置, 最下方是采煤机远程控制按钮, 用户输入登录权限密码后可远程操作采煤机。
5 结论
该系统大大的提高采煤的工作效率;在工作面生产过程中, 满足本工作面设备安装和生产要求;保证实时监测数据传输的可靠性和远程控制的安全性, 满足自动化要求;齐全的保护功能提高了设备的使用寿命, 减少了故障排除处理时间。对矿井数字化矿山的建设具有一定的推动作用, 实现了管理信息化、设备控制自动化、综合机械化的目标, 将彻底打破我国传统煤矿自动化、信息化水平较低的局面, 改变我国传统煤炭行业的安全生产方式和管理手段, 以实现管理信息化、安全生产信息化, 全面实现数字化矿山的建设, 填补国内综合自动化与信息化同步建设的空白, 成为我国煤炭企业现代化矿井的开发与应用示范工程, 走出了一条我国煤矿生产新型工业化产业化道路。
参考文献
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