Lon Works 现场总线技术在潮流发电控制系统中的应用

0 引言

　　现场总线技术是在80年代后期发展起来的一种先进的现场工业控制技术。它集数字通信、智能仪表、微机技术、网络技术于一身，从根本上突破了传统的“点对点”式的模拟信号或数字—模拟信号控制的局限性，为真正的“分散式控制，集中式管理”提供了技术保证。本文将Lon Works现场总线技术应用在由DSP控制的70KW潮流发电装置中，真正做到在办公室内控制现场设备，察看运行情况，记录运行过程并适时进行调整。

1 潮流发电系统整体介绍

　　1.1 系统工作原理

　　“恒频”即是恒定液压马达的输出速度，实际上是一个恒速控制系统。该系统采用两个控制器进行控制，一个是控制柜中的数字控制器，其作用是完成系统运行状态的切换，运行参数的显示，系统的自保控制及另一个控制器进行必要的岸控。另一个控制器是模拟控制器。系统的执行元件是步进电动机，其作用是操纵液压马达的变量手柄使系统能输出50HZ稳定的三相电能，即稳速控制器，其工作过程为右测速发电机测出马达转速，然后与给定信号进行比较，通过功放带动步进电动机，经过螺旋减速器与变量手柄调整马达的转排量，最终使马达的输出稳定。

　　该系统主要由控制器,功放,步进电动机,螺旋减速器及变量手柄,液压马达,测速发电机组成,是一个闭环直流调速系统。如下图所示：

　　本系统中将被控制量 —液压马达输出转速，与给定转速 相比较，以构成误差信号 .直接利用误差进行控制，使系统趋向减小误差的方向，以至使误差为零，从而达到被控制量 趋向给定值 的目的[5]。

　　稳速恒频控制部分的负载是变量马达的变量手柄的转角，执行器采用步进电动机。系统方块图可写成如下形式：

　　设定一个e （即n0），便可得到一个稳定的ΩD（电机输入转速），其中K、τ参数是变化的，但是变化很缓慢，因此需要对输入设定值适当予以修正，或者控制参数需要调整，这由控制柜中的控制器来实现。

　　1.2控制系统组成

　　潮流发电的控制系统有以下几个部分组成：蓄电池及充电电路主电路，DSP主控制器，功率输出保护电路等。各部分中需要监测和/或控制的量主要有：发电机转速，步进电机转速，潮流流速，液压传动装置油压，油量，电池电压，现场温度等。

2 硬件实现

　　2.1 Lon Works现场总线技术

　　Lon Works现场总线结构如图1所示，它在采用开放式网络互联七层模型（OSI）的基础上开发了LonTalk通信协议。每个节点都有信息处理和控制的功能。另外还具有11个功能强大的I/O接口。用户可以指定34种不同的I/O接口方式与传感器、执行器相联，可以很方便地把整个控制系统联成一个局域操作网 （Local Operation Network） [4]。LON网上的每个控制点称为LON节点或LonWorks智能设备，它包括一片Neuron芯片、传感和控制设备、收发器和电源。下图是—种典型的LON节点方框图。[page]

　　通常的基于Lon Works现场总线技术的数据采集是由采集节点对现场数据进行采集，以网络变量形式发送数据;上位机根据需要通过网络适配器或网卡读出数据。其中对控制器的监控需要将DSP控制终端接到LON总线上。

　　2.2 DSP主控制器与LON总线的接口

　　TI公司的2000系列芯片TMS320F240是专门为了电机控制和运动控制而设计的，它最具有特色的就是它具有事件管理模块（Event Manager Module）。就是因为具有此模块，使得原来非常复杂的交流调速控制变得更加容易。它所内含的定时器、比较单元、捕获单元、积分编码脉冲电路使其拥有比较宽范围的电机控制应用场合，除了直流电动机、交流鼠笼电机等常规调速系统以外，在交流感应电机、永磁同步电机、直流无刷电机、开关磁阻电机等新兴交流调速场合也可以得到广泛的应用。

　　DSP与LON总线的硬件接口如下图所示：

　　3150与TMS320F240采用并行通信[1]。3150的I/O0——I/O7与TMS320F240的D0——D7相联作为八位的数据总线;TMS320F240的D8与3150的I/O8相联，作为DSP请求发送数据的信号线和接收3150命令的应答线;D9与I/O9相联，作为神经元芯片接收数据的应答线;D10与I/O10相联，用作3150发送命令的信号线。

3 控制流程

　　DSP软件实现的具体流程图如下：

4 结论

　　目前，LONWORKS控制网络已被美国空调与制冷协会确定为楼宇自控网络标准，也被美国铁路协会确定为铁路自动化网络标准，众多的制造商和用户纷纷在其控制网络方案中采用这种技术。近年来，Lon Works技术的应用在我国也得到迅速发展。它在本文所阐述的监控系统中的成功应用再次验证了Lon Works控制网络所具有的组网灵活、互换作性好、可靠性高等特点。

参考文献：

　　[1] 黄天戍 王 坚 DSP与Lon Works现场总线的接口设计[J] 电工技术杂志 2002（4）.

　　[2] 张桂香 王辉 编著 计算机控制技术[M] 电子科技大学出版社 1999 214—P218.

　　[3] 李文秀 赵乃真 编 数字控制系统[M] 哈尔滨工程大学出版社 1997 202—P204.

　　[4] 杨旭，朱斌.高速多通道同步数据采集DSP系统在电力系统中的应用[J] 山东：暨南大学学报（自然科学版），2001（6）.

　　[5]Luo Yao-hua, Ye Xiu-fen. Integrated control system for first tidal flow electricity generating ship of China. [J] Journal of marine science and application, Vol.1,No.1,June 2002.