小型PLC在電廠機電控制的優化設計

陳洪福

摘 要：詳細闡述了系統總體設計和電廠機電控制的策略，并對機電控制模型的設計與實現及仿真實驗的結果作了系統分析，以期能提供有益的參考借鑒。

關鍵詞：PLC；機電控制；輸出電壓；仿真實驗

中圖分類號：TM621.6 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.154

所謂“PLC”，就是可編程邏輯控制器，它是一種專用于工業控制的計算機，硬件結構基本上與微型計算機相同。由于其具有使用方便、編程簡單、可靠性高等特點，因此在電廠機電控制中有著廣泛的應用。基于此，本文就小型PLC在電廠機電控制中的優化設計進行了探討。

1 系統總體設計及DCS電廠機電控制策略

1.1 基于小型PLC的DCS控制的機電控制總體設計

首先分析控制模塊的總體設計問題。DCS電廠機電控制模塊設計是制約電廠機電控制和發電的關鍵問題。電廠的DCS控制系統主要是由電動機、中頻發電機、拖動電動機、超導轉子整流器、直流變換器和系統終端設備組成，為電力發電服務。電廠的DCS機電控制系統的構建框圖如圖1所示。

圖1 電廠的DCS機電控制系統的構建框圖

圖1中，中頻發電機的電能驅動電動機旋轉，提供給系統中的各種控制器，構建DCS電廠機電控制功率放大器，其節點由處理器、射頻芯片、外部Flash、USB橋接芯片和其他外圍設備組成。調諧放大部分別包括加法電路和兩個移相電路，分別由電容器或電感器和第一級電阻構成串聯電路，電路發射端電流為：

. （1）

電路設計中，設定RQ1和RQ2分別為175 Ω，由QS1集電

極發出的整流信號為Ic=4 mA。采用小型PLC可編程序邏輯控制軟件來提高DCS電廠機電控制性能，整個小型PLC可編程序邏輯控制系統的體系結構可分成四個結構，分別是PLC可編程序邏輯控制處理器、小型PLC可編程序邏輯控制外圍設備、小型PLC可編程序邏輯控制操作系統和PLC可編程序邏輯控制應用軟件，其層次關系和操作流程如圖2所示。

圖2 小型PLC可編程序邏輯控制系統總體結構

圖2中，PLC可編程序邏輯控制包括輸入采樣、DCS電廠機電控制執行和輸出刷新三個階段。主要控制部件除MCU、DSP、EMPU和SOC外，還包括用于控制存儲、通信、調試和顯示等具有輔助性能的其他硬件。通過上述分析，構建了基于小型PLC可編程序邏輯的DCS控制的電廠機電控制總體設計模型。以此為基礎，基于體系結構詳細設計系統的軟、硬件。

1.2 DCS電廠機電控制算法設計

在電廠機電控制模塊設計中，由于PLC可編程序邏輯控制應用軟件是針對一定應用區域，基于固定的程序平臺來達到用戶預想的PLC可編程序邏輯控制軟件設計的目的，因此需要設計控制算法。采用PLC控制器控制DCS電廠機電時，需通過線性組合的方式來控制發電的變化率、積分時間和微分時間。DCS電廠機電系統的自相關控制狀態方程為：

線性化處理目標電流矢量，取sinθP=θP，cosθP=1。此外，JPδ是電流矢量對時間軸的轉動慣量，DCS電廠機電控制系統的感應勢能T和高頻噪聲分量V分別為

. （3）

. （4）

基于三層前向神經元PID變結構控制方法改進算法，設計三層前向神經元PID變結構模型。三層前向神經元PID變結構模型神經網絡的學習輸入相量為：

. （5）

通過微分線性組合PID變結構網絡控制，得到輸出模型為：

. （6）

通過上述控制算法設計，改進了電廠的DCS機電控制算法，嵌入到小型PLC可編程序邏輯控制系統中可實現控制模塊的設計改進。

2 機電控制模型設計與實現

在上述算法中，由于PLC可編程序邏輯控制器接收的信號必須是數字量，因此，數據采集板所采集到的輸出電壓、輸出電流需載入MySQL數據庫，并采用較低的采樣比來容許較高的信號帶寬，以此設計邏輯控制電路。通過開關的關斷或接通來控制濾波器模式的選擇，濾波器的工作時鐘可通過DSP的時鐘分頻得到，其中，包括I/O電源（3.3 V）、內核電源（0.8～1.2 V）以及實時時鐘電源（3.3 V）。選用ADM706SARDSP芯片，實現小型PLC的DCS電廠機電控制模塊，把機電控制模塊設計成四種復位方式，分別為上電復位、看門狗復位、供電電壓過低復位和手動復位。

檢測裝置中為PLC供電的電源電壓為5 V，采用專業基準源芯片PLC來產生參考源Vref，送入AD5545將數字信號轉換為模擬信號，可以配置報警門限，例如alert、config、data、trans和user。載入控制算法，代碼為：

#cd/mywork/crosspile

#xzvf/linux/arm-linux-gcc-4.4.3.tar.gz

ExportPATH=$PATH：/mywork/crosscompile/opt

/FriendlyARM/toolschain/4.4.3/bin

獲得內核源碼：

#cd/mywork/kernel

#tarxzvf

/linux/linux-2.6.32.2-mini2440-20110304.

tar.gz

獲得vboot源碼：

將vboot源碼放在“/mywork/bootloader”目錄下

#cd/mywork/bootloader

#tarxvzf/linux/vboot-src-20100727.tar.gz

操作系統編譯完成后，就在應用層運行Android的應用程序，設計PLC控制板。

3 仿真實驗與結果分析

通過仿真實驗，可測試本文設計的小型PLC的DCS電廠機電控制模塊性能。Matlab的Simulink為平臺建立系統仿真模型，選用Machine庫中DCS電廠機電控制系統作為被控對像，假設使用Uses表明組件完成自身功能需要其他組件提供的接口，并設置端口號為9002，則電動機組的參數為：相電阻3.234 Ω，相電感11 mH，轉動慣量0.000 4 kg/m2，額定轉速2 000 r/min，極對數為6，阻尼系數為0.003 N/（m/s）。PLC可編程序邏輯控制器片內含4 KB In-systemprogrammable（ISP）的可反復擦寫1 000次的Flash只讀程序存儲器，電廠機電控制模塊的控制規則如表1所示。

表1 電廠機電控制模塊的控制規則

NB NM NS ZO PS PM PB NB

NB NS ZO NM NM NM NS NS

NM NS ZO NM NM NS ZO PS

NS NM NM NS NS ZO PS PM

ZO NM NS NS ZO PS PS PM

在上述實驗環境和參數設定基礎上進行實驗。在仿真實驗中，采用傳統的控制方法對比算法性能，以電廠的輸出功率為測試指標，測試輸出功率的跟蹤控制性能。采用本文設計的電廠機電控制模塊優化方案，加負荷后，本方案的調節時間更短。當控制過程穩定后，電機時滯耦合系統的解耦性能較好，提高了同步跟蹤控制性能，實現了對電廠機電系統的邏輯控制，從而提高了電動機的穩定性和可靠性。

4 結束語

綜上所述，PLC有著使用方便、編程簡單、可靠性高等特點，在電廠機電控制中起著重要的作用。因此，我們需要做好PLC的相關優化設計，使其在電廠機電控制中發揮出應有的效果，從而提高電廠機電系統運行的穩定性和可靠性。

參考文獻

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[2]周佳欣.淺談地鐵環控系統中PLC自動化控制系統的優化設計[J].門窗，2014（07）.

〔編輯：王霞〕