【正文】 光字排因?yàn)轵?qū)動(dòng)功率只有 20ma 左右的電流，用可以 PLC 直接驅(qū)動(dòng)。 圖 PLC傳感器輸入電路 機(jī)組的開關(guān)輸入信號(hào)如表 51所示 : 攀枝花學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 機(jī)組現(xiàn)地控制單元的設(shè)計(jì)與研究 23 表 51開關(guān)輸入信號(hào) 名 稱 輸入繼電器 名 稱 輸入繼電器 同期加速 X2 同期加速 X3 手動(dòng)增速 X4 手動(dòng)減速 X5 開度增加 X6 開度減少 X7 事故停機(jī) X10 復(fù)歸 X11 油開關(guān)位置 X12 頻率至空載 X13 頻率至上限 X14 頻率至下限 X15 開機(jī) X16 停機(jī) X17 進(jìn)水閘門開關(guān) X20 開度至空載接點(diǎn) X21 開度至上限接點(diǎn) X22 開度至下限接點(diǎn) X23 接力器全關(guān) X24 接力器全開 X25 接力器下限位 X26 備用 X27 35%Ne轉(zhuǎn)速 X30 95%Ne轉(zhuǎn)速 X31 140%Ne轉(zhuǎn)速 X32 170%Ne轉(zhuǎn)速 X33 同期投入反饋點(diǎn) X34 推力油槽溫度 X40 推力軸承溫度 X41 上導(dǎo)軸瓦溫度 X42 下導(dǎo)軸瓦溫度 X43 下導(dǎo)軸槽溫度 X44 上導(dǎo)冷卻水中斷 X45 下導(dǎo)冷卻水中斷 X46 水導(dǎo)冷卻水中斷 X47 機(jī)組的輸出設(shè)備為 :驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥、光字排等。傳感器輸入信號(hào) :機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)是直流傳感器信號(hào)。輸入設(shè)備包括機(jī)組現(xiàn)場傳感器、限位開關(guān)、控制臺(tái)的操作按扭；輸出設(shè)備包括電磁閥、接觸器、斷路器線圈。在正常運(yùn)行時(shí)，操作人員可以通過操作按扭或上位機(jī)完成機(jī)組輸出功率的調(diào)節(jié) 。當(dāng) PLC 接收到同期的調(diào)速和調(diào)壓信號(hào)后，控制調(diào)速器和調(diào)壓器進(jìn)行水輪機(jī)發(fā)電機(jī) G調(diào)速和調(diào)壓，并由同期裝置操作斷路器合閘，完成機(jī)組的并網(wǎng)，開機(jī)過程結(jié)束。GOV 是機(jī)組調(diào)速器，用于調(diào)節(jié)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速 。由 PLC 構(gòu)成的 LCU 機(jī)組控制系統(tǒng)如圖 所示。 利用可編程控制器實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)操作，除了可以克服常規(guī)繼電器邏輯電路接線復(fù)雜、可靠性低、反應(yīng)速度慢、檢修維護(hù)量大等缺點(diǎn)外，還具有設(shè)計(jì)簡單、動(dòng)作可靠、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)。 機(jī)組控制單元的 PLC 實(shí)現(xiàn) 繼電器控制系統(tǒng)是將控制邏輯寓于電氣接線中，又稱為接線邏輯，要修改系統(tǒng)的控制邏輯，必須重新接線。上述條件表示了機(jī)組目前的狀態(tài)，如果不滿足是決不能開機(jī)的，否則會(huì)造成大的事故。 (2) 機(jī)組開機(jī) 機(jī)組的開機(jī)操作雖然不是十分頻繁但很重要。 當(dāng)機(jī)組推力軸 瓦、上導(dǎo)油槽、下導(dǎo)油槽、水導(dǎo)軸承發(fā)熱時(shí)，以及發(fā)電機(jī)發(fā)生電氣事故 (差動(dòng)、低壓過流 )時(shí)，機(jī)組不能再繼續(xù)運(yùn)行，必須進(jìn)行停機(jī)。 機(jī)組的工作狀態(tài) 對(duì)于本文涉及到的小型發(fā)電機(jī)僅承擔(dān)發(fā)電任務(wù)，所以運(yùn)行狀態(tài)僅有開機(jī)運(yùn)行和停機(jī)運(yùn)行，停機(jī)運(yùn)行包括緊急停機(jī)、事故停機(jī)。 5. 2 機(jī)組自動(dòng)程序控制的要求 水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)程序控制的基本任務(wù)是借助于自動(dòng)化元件及裝置，組成一個(gè)不間斷的操作過程，來代替生產(chǎn)過程中所有的手動(dòng)操作，實(shí)現(xiàn)機(jī)組調(diào)速操作系統(tǒng)和油、氣、水輔助設(shè)備系統(tǒng)的控制和監(jiān)視，從而實(shí)現(xiàn)單機(jī)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化。 3)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障自診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)中的故障，以便采取措施并加以排除。采用可編程控制器構(gòu)成的機(jī)組控制單元有許多優(yōu)點(diǎn) : 1)具有計(jì)算處理和存儲(chǔ)的功能。 攀枝花學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 機(jī)組現(xiàn)地控制單元的設(shè)計(jì)與研究 20 5 機(jī)組現(xiàn)地控制單元的設(shè)計(jì)與研究 概述 機(jī)組現(xiàn)地控制單元 (也稱機(jī)組控制單元 )是水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它一方面與電站生產(chǎn)過程聯(lián)系，采集信息，完成機(jī)組自動(dòng)程序控制；另一方面與電站控制級(jí)聯(lián)系，傳送運(yùn)行信息、接受下達(dá)的命令，是水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)。未被尋址的從機(jī)仍工作于方式 2。利用 CPU 的串行口方式2和串行口方式 3 實(shí)現(xiàn)多機(jī)通訊功能。 其它功能的實(shí)現(xiàn) 在主程序中還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄、統(tǒng)計(jì)處理等功能。另外三個(gè)鍵為組合式，通過獨(dú)立使用和不同組合來完成各種功能。 按鍵處理程序 本裝置的按鍵有四個(gè)按鍵。 未發(fā)生 發(fā)生 圖 副監(jiān)控裝置軟件程序流程圖 副監(jiān)控裝置的主程序 在副監(jiān)控裝置中，主要包括以下一些模塊 : 系統(tǒng) 初始化 芯片配置寄存器的置數(shù)、中斷允許和禁止的設(shè)定、復(fù)用引腳的功能選擇以及置一些變量的初值等。軟件定時(shí)處理程序流程圖參看圖 。由于同時(shí)讀入開關(guān)量狀態(tài)，并判斷是否發(fā)生變位，所以也能夠充分保證開關(guān)變位的分辨率小于 10ms 的要求。 軟件定時(shí)處理程序 軟件定時(shí)處理程序是主程序的一個(gè)重要組成部分，它將主要完成保護(hù)及錄波用的數(shù)據(jù)采集、保護(hù)啟動(dòng)及判斷處理、變位處理、控制輸出等功能。 測量用數(shù)據(jù)的采集 在本裝置中，對(duì)六路模擬量的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，包括三相電壓和三相電流。 4. 2 主監(jiān)控裝置的軟件設(shè)計(jì) 主監(jiān)控裝置的軟件程序主要包括以下幾部分 :主程序模塊、數(shù)據(jù)采集 (模擬量采集、數(shù)字量采集 )模塊、控制輸出模塊、軟件定時(shí)處理模塊、通訊模塊、按鍵處理模塊、顯示模塊等。 系統(tǒng)的軟件是根據(jù)系統(tǒng)的功能要求而設(shè)計(jì)的。對(duì)于有些既可以用軟件完成，又可以用硬件完成的功能。 攀枝花學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 16 4 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)說明 在本裝置的設(shè)計(jì)中，除了硬件電路以外，另一重要組成部分就是軟件程序設(shè)計(jì)?？蓪?220v 交流電經(jīng)過變壓器和整流、濾波、穩(wěn)壓電路獲得這些直流輸出。因此，本裝置采用輸出兩組不同的復(fù)位脈沖信號(hào)分別接至 PSD 和 CPU芯片的復(fù)位引腳，使其先后順序脫離復(fù)位狀態(tài)，保證程序的正常運(yùn)行。 以上二種方法可使復(fù)位效果得到改善 。這是由于如果復(fù)位信號(hào)上升緩慢， CPU 就有可能在 PSD芯片仍處于復(fù)位狀態(tài)時(shí)，先離開 復(fù)位方式開始提取程序代碼，從而使程序得不到正確執(zhí)行。 本裝置從減小功耗、電路設(shè)計(jì)簡單、能顯示多種字符的想法出發(fā)，選用液晶顯示模塊 LCM，它是將 LCD 控制器、 RAM, ROM 和 LCD 顯示器集成在一起，使用時(shí)只要向 LCM 模塊送入相應(yīng)的命令和數(shù)據(jù)便可實(shí)現(xiàn)所需要的顯示。對(duì)于一些特定的整定值或控制字，則采用讀寫數(shù)據(jù)更可靠的 E2PROMX25043。在無外部供電的情況卜，數(shù)據(jù)可保持 10 年不丟失； (4) 雙列直插封裝，超薄設(shè)計(jì)，內(nèi)部集成的抗沖擊電路及存儲(chǔ)器晶片，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。總的來講，非易失性 RAM 具有如下主要特征 : (1) 與相應(yīng)的靜態(tài) RAM 完全兼容； (2) 可以單字節(jié)讀寫，讀寫次數(shù)無限； (3) 內(nèi)置鋰電池，單 5v 供電，功耗小。而非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(NVRAM)在掉電后可保存其內(nèi)部數(shù)據(jù)不使其丟失。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的選擇 本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器共由兩部分組成，非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (NVRAM)和串行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (E2PROM )，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)記錄、整定值和控制字等。本裝置選用 RS485 總線接口作為與上位機(jī)的通訊標(biāo)準(zhǔn)。但 RS449 標(biāo)準(zhǔn)也是一個(gè)單端的，雙極性電源的電路標(biāo)準(zhǔn)，在 3000bps 時(shí)，距離可達(dá) 1200m。目前廣泛應(yīng)用的串行通訊接口標(biāo)準(zhǔn)是 RS232C，它的電氣接口是單端的，雙極性電源供電電路，其不足之處 : ⑴數(shù)據(jù)傳輸速率限于 20kbps； ⑵傳輸距離 限于 12m； ⑶該標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定連接器，因而產(chǎn)生了 25 針等設(shè)計(jì)方案，這些方案有時(shí)不兼容； ⑷每個(gè)信號(hào)只有一根導(dǎo)線，兩個(gè)傳輸方向只有一個(gè)信號(hào)地線； ⑸接口使用不平衡的發(fā)送器和接收器。串行數(shù)據(jù)傳輸是一條信號(hào)線傳輸一種數(shù)據(jù)源，因此，不同系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)之間只用幾條信號(hào)線即可完成數(shù)據(jù)交換。通訊通常有并行和串行兩種方式。經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后所得到數(shù)字量被送到雙端口 RAM 中，以備主 CPU 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。而本裝置為了提高測量精度，完全采用數(shù)字濾波方法，以避免信號(hào)在硬件電路處理中帶來的偏差。因此，這些信號(hào)不需要外加邏輯電平轉(zhuǎn)換電路，就可直接與 CPU 或其它外圍電路直接相連，使用非常方便。 圖 CPU 與 X25043 的接口設(shè)計(jì) CPU 與 PSD芯片之間電路的設(shè)計(jì) 由于 PSD 芯片內(nèi)部包含程序存儲(chǔ)器、 SRAM、地址鎖存輸出、可編程邏輯譯碼輸出、 F/O 口擴(kuò)展等功能，因此在硬件電路上將省去程序存儲(chǔ)器、地址 鎖存器、譯碼器等很多元件，使電路設(shè)計(jì)簡單、體積小、功耗低。具有允許簡單的三總線工作的串行外設(shè)接口 (SPI)和軟件協(xié)議。復(fù)位一直確 保到 V ㏄返回且穩(wěn)定為止。 X25043 的低 V㏄檢測電路，可以保護(hù)系統(tǒng)免受低電壓情況的影響。當(dāng)系統(tǒng)故障或內(nèi)部程序走飛時(shí)，在可選的超時(shí)周期之后， X25043 看門狗將以預(yù)設(shè)的電平信號(hào) (高或低 )做出響應(yīng)。這種組合芯片降低了系統(tǒng)成本，并減少了對(duì)電路板空間的要求。 MAX 197 具有以下顯著特點(diǎn) : ① 12bits 的分辨率，單 5v供電； ② 可動(dòng)態(tài)改變的轉(zhuǎn)換輸入范圍 :士 10v，士 5v, 01Ov, 05v； ③ 8個(gè)模擬輸入通道， 6us 的轉(zhuǎn)換時(shí)間 ④ 內(nèi)部或外部可選的參考電壓和時(shí)鐘 其 它器件的選擇與應(yīng)用 由于快速傅立葉變換 (FFT)處理數(shù)據(jù)以及記錄測量結(jié)果要占用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元較多，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)故障錄波因此配置了非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；其次為了記錄時(shí)間的需要，還用到了時(shí)鐘芯片，作為時(shí)間顯示的基準(zhǔn)和有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)；按鍵直接應(yīng)用 80C196 的 I/O 口；顯示部分采用液晶顯示器；此外還用到了可編程運(yùn)行監(jiān)視器，使系統(tǒng)故障時(shí)能自動(dòng)復(fù)位，采用 E2PROM 存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)一些重要參數(shù)和測量結(jié)果。本裝置對(duì)六路模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，每一路每周波采樣 32 點(diǎn)，即每一個(gè)周波要完成 192 次轉(zhuǎn)換，而每個(gè)周波為 20ms，因此要求轉(zhuǎn)換速率至少為 100us，考慮到每個(gè)通道的采樣時(shí)間由多路開關(guān)的開關(guān)時(shí)間、采樣 /保持器的采樣和建立時(shí)間、 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間以及測量傳感器的建立 時(shí)間等，決定選用轉(zhuǎn)換時(shí)間為十幾微秒到一百微秒的逐次比較型的 A/D 轉(zhuǎn)換器。對(duì)于 8位的 A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率能達(dá)到 1/28或滿刻度的 0. 392%，顯然不能 滿足本裝置所要求的 0. 2 級(jí) (0. 2%)精度；而 12 位的轉(zhuǎn)換器能夠達(dá)到的精度為 0. 0245%，能夠滿足本裝置的精度要求，所以本裝置采用 12 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器用于數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。具有精度高、體積小、功耗低、頻響寬、可以解決自動(dòng)檢測及多路數(shù)據(jù)采集中的隔離、變換、傳送和共地、共電源等關(guān)鍵技術(shù)問題，能有效克服共模干擾、提高系統(tǒng)可靠性，簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 WB 系列電量傳感器是根據(jù)自動(dòng)控制和數(shù)據(jù)采集技術(shù)發(fā)展的需要，有西南自動(dòng)化所研制出來的高性能電量檢測產(chǎn)品。利用光電耦合方式，可獲得 10kHz 的帶寬，但隔離性能不如變壓器耦合。 目前，隔離傳感器中采用的耦合方式主要有兩種 :變壓器耦合和光電耦合。并且在工程實(shí)踐中，為了防止各類干擾 (強(qiáng)電或強(qiáng)電磁 )、電網(wǎng)電壓對(duì)測量回路的損害，不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要根據(jù)具體情況，對(duì)系統(tǒng)中的信號(hào)輸入通道采用必要的隔離，以保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。由于本裝置用于發(fā)電機(jī)組出口端子上各種電氣參數(shù)的測量，提供測量用的 PT、 CT二次側(cè)電壓為 75V、電流為 5A。 傳感器的選擇 傳感器是實(shí)現(xiàn)測量和控制的首要環(huán)節(jié)，是測量系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒有傳感器對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的采樣和轉(zhuǎn)換，那么一切的測量和控制都將是不可靠的。由于印刷電路板上要求較少的布線，而且 PSD器件比分立元件設(shè)計(jì)的適應(yīng)性更強(qiáng)，所以降低了設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。此特性減少了開發(fā)時(shí)間，簡化了制造流程，并大大降低了現(xiàn)場升級(jí)的費(fèi)用。同時(shí)， PSD913F2 還包括 JTAG 串行編程接口。 PSD913F2 可編程微控制器 (MCU)外圍器件的閃速 (FLASH)存儲(chǔ)器和可編程邏輯具有在系統(tǒng)可編程特性 (INSYSTEMPROGRAMMABILITY,ISP),這有助于實(shí)現(xiàn)嵌入式設(shè)計(jì)的簡單而靈活的設(shè)計(jì)解決方 案。 PSD 芯片的應(yīng)用 如果采用以往的設(shè)計(jì)方法，要應(yīng)用大量的單片機(jī)外圍芯片與 CPU配合，會(huì)使電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、布線繁瑣。 80C196 的速度比 8096 高的另一個(gè)因素是，前者的大部分指令執(zhí)行狀態(tài)周期數(shù)比后者少。 攀枝花學(xué)院專