基于arm的嵌入式船舶電站控制裝置的研究與設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-20 15:32 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 號(hào)。同時(shí)對(duì)電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)電壓信號(hào)進(jìn)行異或處理，輸出相應(yīng)的方波信號(hào)。電量變送模塊：作為電壓、電流、功率、頻率、相位等信號(hào)的變送處理單元，輸入信號(hào)主要有電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)電壓，發(fā)電機(jī)電流、功率以及電壓調(diào)節(jié)信號(hào)；輸出的信號(hào)主要有電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)電壓、電流通過整形處理后的方波和脈沖信號(hào)，另外，還有電壓、電流、功率以及電壓調(diào)節(jié)等信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換值。在艦船系統(tǒng)中，變送器通常輸出的是標(biāo)準(zhǔn)的420毫安的電流信號(hào)，這種標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)可以用精密電阻轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)(177。5V)。操作顯示面板：顯示／半自動(dòng)控制／參數(shù)設(shè)置。圖4 機(jī)組控制器接口示意圖3 船舶電站控制裝置的軟件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)程序總體框架本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要涉及下位機(jī)ARM控制系統(tǒng)和上下位機(jī)之間的通信模塊兩部分，采用功能模塊子程序結(jié)構(gòu)，設(shè)置好每個(gè)模塊的出口和入口，分別與調(diào)用子程序的功能連接在一起，使整個(gè)程序?qū)哟畏置鳌⒔Y(jié)構(gòu)清晰。各主要功能模塊有：機(jī)組起動(dòng)模塊、電壓調(diào)節(jié)模塊、頻率調(diào)節(jié)模塊、并車模塊，調(diào)頻調(diào)載模塊、能量管理模塊、綜合保護(hù)功能模塊、自動(dòng)停機(jī)模塊、自動(dòng)解列模塊等，其框架圖如圖5所示。系統(tǒng)主程序自動(dòng)循環(huán)檢測(cè)電站當(dāng)時(shí)的工作狀態(tài)，針對(duì)不同的狀態(tài)做出綜合計(jì)算和邏輯分析，判斷當(dāng)前需要完成什么樣的工作，從而決定調(diào)用哪一個(gè)功能子程序來完成該工作：被調(diào)用的功能子程序一旦執(zhí)行完畢，又返回主程序中繼續(xù)循環(huán)檢測(cè)，整個(gè)系統(tǒng)就如此反復(fù)地運(yùn)行。通過自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)完成控制方式的切換。在自動(dòng)方式下，增機(jī)、調(diào)頻調(diào)載、解列等控制工作由下位機(jī)程序自動(dòng)執(zhí)行，在手動(dòng)方式下，操作員在配電板的控制面板上完成電站的操作過程(如起動(dòng)、并車、解列、和停機(jī)等操作)。圖5 機(jī)組控制器功能程序框架圖 各控制功能子程序設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)檢測(cè)到電網(wǎng)無電或電網(wǎng)功率不夠用時(shí)，即產(chǎn)生增機(jī)要求，同時(shí)檢測(cè)相應(yīng)機(jī)組起動(dòng)邏輯條件。當(dāng)條件滿足時(shí)發(fā)出起動(dòng)指令，否則轉(zhuǎn)向下一臺(tái)備用機(jī)，這些都是由機(jī)組的控制單元的程序來完成。圖6 自動(dòng)起動(dòng)程序流程框圖“自動(dòng)起動(dòng)功能”由一些邏輯判斷組成。計(jì)算機(jī)根據(jù)外部電路輸入信號(hào)和有關(guān)的內(nèi)部標(biāo)志變量的值進(jìn)行邏輯分析，做出是否進(jìn)行“自動(dòng)起動(dòng)”的決策。若某機(jī)組執(zhí)行“自動(dòng)起動(dòng)”程序后，程序檢測(cè)是否起動(dòng)成功，若不成功，再次發(fā)出起動(dòng)指令，三次起動(dòng)失敗以后，本機(jī)將聯(lián)絡(luò)另一臺(tái)下位機(jī)使其起動(dòng)另一備用機(jī)，同時(shí)報(bào)告上位機(jī)，發(fā)出“起動(dòng)失敗”報(bào)警指示，若備用機(jī)組用完，系統(tǒng)將發(fā)出“備用機(jī)用完”報(bào)警指示。機(jī)組起動(dòng)成功，則自動(dòng)轉(zhuǎn)入“單機(jī)調(diào)壓、單機(jī)調(diào)頻”程序或系統(tǒng)調(diào)用“自動(dòng)并車”程序。自動(dòng)起動(dòng)程序流程框圖如圖6所示。 自動(dòng)準(zhǔn)同步并車程序 準(zhǔn)同步并車條件的判定準(zhǔn)同步并車模塊由電壓調(diào)節(jié)模塊、頻率調(diào)節(jié)模塊、相位同步合閘模塊組成，這是代替電氣人員從事并車的各項(xiàng)操作程序，使待并機(jī)組能夠迅速準(zhǔn)確地投入并聯(lián)運(yùn)行。為此，該模塊在理論上須滿足以下并車條件：同壓、同頻、同相位。但在實(shí)際操作過程中必然存在一定的誤差，只要在誤差范圍之內(nèi)，就能并車。同時(shí)考慮系統(tǒng)的振蕩，為此，發(fā)電機(jī)頻率fG與電網(wǎng)頻率fX的差值不能太大也不能太小。這是因?yàn)轭l差很小時(shí)脈動(dòng)周期長(zhǎng)，甚至呆滯不動(dòng)要捕捉相角重合時(shí)刻就很困難，不利于發(fā)電機(jī)快速并聯(lián)運(yùn)行，所以當(dāng)頻差小于一定值時(shí)要發(fā)出擾動(dòng)信號(hào)使頻差增加，這就是呆滯擾動(dòng)，因此頻率預(yù)調(diào)時(shí)應(yīng)避免頻差過大或過小。相位條件的檢測(cè)與實(shí)現(xiàn)是自動(dòng)并車模塊的難點(diǎn)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為盡可能的實(shí)現(xiàn)待并機(jī)組與電網(wǎng)在同相點(diǎn)準(zhǔn)確合閘，須考慮各種主空氣開關(guān)的固有合閘時(shí)間以及軟件計(jì)算延遲時(shí)間，并以此來計(jì)算合閘提前量。本系統(tǒng)采用恒定越前時(shí)間法獲取合閘提前量。先把待并機(jī)組和電網(wǎng)正弦電壓通過波形變換為同頻方波，然后對(duì)待并機(jī)組和電網(wǎng)的電壓方波Uf和Uw進(jìn)行檢測(cè)計(jì)算，以獲得提前發(fā)出合閘指令的時(shí)間。原理下圖所示。tz t t TfTWUfUW 圖7 恒定越前時(shí)間的獲取原理示意圖設(shè)電網(wǎng)電壓周期為TW，待并機(jī)電網(wǎng)電壓周期為Tf，待并機(jī)電壓滯后于電網(wǎng)電壓的時(shí)間為tz，主開關(guān)固有動(dòng)作時(shí)間和軟件計(jì)算延遲時(shí)間和為tk。若二者能在同相點(diǎn)合閘，此時(shí)的tz值必是可以確定的，它由提前待并機(jī)的頻率周期數(shù)與電網(wǎng)電壓與待并機(jī)一個(gè)周期相差的時(shí)間的乘積來確定，即： tz = * (TWTf) (31) 在式(31)中代入主開關(guān)固有動(dòng)作時(shí)間tk、電網(wǎng)電壓周期TW和待并機(jī)電壓周期Tf即可計(jì)算出tz的理想值。在該部分程序中，不斷把實(shí)時(shí)檢測(cè)到的tz值與理想值相比較，直至二者非常接近時(shí)發(fā)出合閘脈沖，以實(shí)
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