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数字信号处理器DSP及可编程控制PLC在小水电公司励磁调节器改造中的应用
作者:林德安    文章来源:本站原创    点击数:2588    更新时间:2006-8-17

数字信号处理器DSP及可编程控制PLC

 

在小水电公司励磁调节器改造中的应用

 

小水电公司 林德安

  :励磁调节器是发电厂的主设备,其根本任务是调节及控制发电机机端电压,以维持机端电压恒定,保证机组的安全运行。小水电公司于2001年初对励磁调节器进行了改造,改造后的新型励磁调节器性能良好、工作可靠、维护量小。本文主要介绍了数字信号处理器DSP及可编程控制PLC励磁调节器改造中的应用。

关键词:数字信号处理器DSP  可编程控制PLC  励磁调节器  改造中的应用

 

1  前言

 

小水电有限公司原励磁调节器系东方电机厂八十年代末的产品,其技术相对落后且设备老化严重,主要缺点是:

1)该装置采用了分立元件,故障率较高;

2)采用模拟器控制,温漂大,性能不稳定;

3)采用大量电位器作为整定部件,经常出现接触不良,导致参数飞跑,难以确保机组的安全发电运行。2001年初我公司与南瑞公司合作采用了运算速度极快的数字信号处理器DSP为控制核心,以可编程逻辑芯片辅助DSP的对外操作,完成了SAVR2000型微机励磁调节器的开发和安装。

 

2  数字信号处理器(DSP)特点

 

DSP主要是以数字的方式来处理模拟信号,它通常是收入一系列信号值,对它们进行过滤或做一系列操作。自1982TEXAS  INSTRUMENTS公司首次推出TMS32010以来,经过不断更新到目前为止已有五代产品。TMS320C3X是其中性能较高的CMOS 32位浮点运算数字信号处理器(DSP)。TMS320C3X的主频可高达50MHz,每秒可执行60兆欧浮点运算指令(MFLOPS,运行周期为40ns。其较大的片内内存,并行的DMA控制器,强大的指令系统,高速的数字处理能力,片内串口及定时器更提高了它的实用性,它是真正理想的DSP

2.1 哈佛结构

程序存储器和数据存储器相互分开,允许取指令和执行指令全部重叠进行,可直接在程序和数据空间之间进行信息传送,减少访问冲突,获得高速运算能力。

2.2 用管道式设计加快执行速度

采用流水线技术,取指令和执行指令全部重叠进行,DSP通常有一个短的三级通道和相对快速的中断执行时间。

2.3 在每一时钟周期中执行多少个操作

DSP的每一条指令都是自动安排空间、编址和取数。支持硬件乘法器,使得乘法能用单周期指令完成(纳秒级)。

2.4 支持复杂的DSP编址

2.5 特殊的DSP指令

通过分散的硬件来控制程序循环,一些重复指令还将高时钟频率引入MAC,以期达到或超过DSP的数学性能。

2.6 面向寄存器和累加器,支持前后台处理

2.7 拥有简便的单片内存个接口

2.8 中央处理单元CPU

包括浮点/整型乘法器、算术逻辑单元、32位桶状移位器、、内部总线、辅助寄存器算术单元、CPU寄存器文件等。

 

3  大规模可编程逻辑芯片

 

1969,第一台PLC由美国通用公司制造,现在,可编程控制(PLC)在工业自动化领域中的应用已经非常广泛。小水电有限公司在90年代初就已经用上了KOYOSU-6PLC。现在的监控系统LCU采用的是美国GE公司生产的9030系列PLC HGS-E210微机调节器B套微机系统也采用了PLC做为电手动单元,辅助设备渗漏泵、漏油泵、蝴蝶阀油压装置采用的也是PLC控制等,今后还将陆续对高、低压系统、机组油压装置等设备进行PLC的更新改造。

SAVR2000发电机励磁调节器是以大规模可编程器件为外部接口电路,将脉冲形成及检测、频率与相位检测、A/B套切换等功能全部集中在一片大规模可编程器件中。主要作用是辅助DSP的对外操作,它完成的功能如下:

3.1 脉冲形成

DSP在一个周期内完成电压及电流的测量及计算后,将它与给定值进行比较,算出控制角,然后将控制角传送至大规模可编程逻辑芯片,它将根据同步信号进行延时,然后送出一定宽度的脉冲。

3.2 频率测量

可同时测量机组频率及同步信号的频率,并传送至DSP

3.3 脉冲回读及记数

大规模可编程逻辑芯片可以对每一个脉冲进行检测,这在通常的计算机调节器中是办不到的。

3.4 /切换

由于取消了继电器回路,故切换更迅速、可靠。

3.5 /自动切换

调节器处于手动方式时,大规模可编程逻辑芯片将不理会DSP发出的控制角,这在DSP受到严重干扰或跑飞不能正常工作时显得尤为可贵。只要有工作电源和同步信号,调节器即可正常发出脉冲。

 

4  装置配置

 

4.1 机柜

采用拼装式结构,柜内分四层,由上至下分别为:工控层、A套插箱层、B套插箱层、继电器层。

4.2 工控层

安装了一台液晶显示工控机作为装置与用户的人机界面。由主控窗、设置窗、信息窗、开关量窗、报警窗、参数窗、试验窗七个窗口组成。通过点击窗口下方的分页栏可以选择相应的窗口。

4.3 AB套主机插箱层

AB套主机插箱是两套完全独立的可以互换的控制插箱,两套插箱之间用同步串行口进行通讯,可互为跟踪,互为热备用。两套系统间的操作电源及脉冲电源通过外部端子并联输出。每套插箱层有七个插件,其中MBD202CPU板该板是主控板,是整个装置的核心,其性能优劣是装置能否长期稳定运行的关键。它包括一片DSP,一片大规模可编程逻辑芯片,二片14位高速A/D转换器,一个异步串口,一个同步串口,以及可扩展的并行口。

 

5  结束语

 

励磁调节器的更新改造已在公司二台机组大修中完成,通过长时间的运行,新型励磁调节器稳定可靠,各状态信号可在工控机上十分准确全面地反应出来,并提供了良好的维护和检修,保证了机组的安全发电运行。DSPPLC在同步发电机励磁装置的的应用,符合水电厂无人值班、少人值守和综合自动化的要求,将在机组主辅机控制中得到广泛的应用。

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