小型PLC在电厂机电控制的优化设计

陈洪福

摘 要：详细阐述了系统总体设计和电厂机电控制的策略，并对机电控制模型的设计与实现及仿真实验的结果作了系统分析，以期能提供有益的参考借鉴。

关键词：PLC；机电控制；输出电压；仿真实验

中图分类号：TM621.6 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.154

所谓“PLC”，就是可编程逻辑控制器，它是一种专用于工业控制的计算机，硬件结构基本上与微型计算机相同。由于其具有使用方便、编程简单、可靠性高等特点，因此在电厂机电控制中有着广泛的应用。基于此，本文就小型PLC在电厂机电控制中的优化设计进行了探讨。

1 系统总体设计及DCS电厂机电控制策略

1.1 基于小型PLC的DCS控制的机电控制总体设计

首先分析控制模块的总体设计问题。DCS电厂机电控制模块设计是制约电厂机电控制和发电的关键问题。电厂的DCS控制系统主要是由电动机、中频发电机、拖动电动机、超导转子整流器、直流变换器和系统终端设备组成，为电力发电服务。电厂的DCS机电控制系统的构建框图如图1所示。

图1 电厂的DCS机电控制系统的构建框图

图1中，中频发电机的电能驱动电动机旋转，提供给系统中的各种控制器，构建DCS电厂机电控制功率放大器，其节点由处理器、射频芯片、外部Flash、USB桥接芯片和其他外围设备组成。调谐放大部分别包括加法电路和两个移相电路，分别由电容器或电感器和第一级电阻构成串联电路，电路发射端电流为：

. （1）

电路设计中，设定RQ1和RQ2分别为175 Ω，由QS1集电

极发出的整流信号为Ic=4 mA。采用小型PLC可编程序逻辑控制软件来提高DCS电厂机电控制性能，整个小型PLC可编程序逻辑控制系统的体系结构可分成四个结构，分别是PLC可编程序逻辑控制处理器、小型PLC可编程序逻辑控制外围设备、小型PLC可编程序逻辑控制操作系统和PLC可编程序逻辑控制应用软件，其层次关系和操作流程如图2所示。

图2 小型PLC可编程序逻辑控制系统总体结构

图2中，PLC可编程序逻辑控制包括输入采样、DCS电厂机电控制执行和输出刷新三个阶段。主要控制部件除MCU、DSP、EMPU和SOC外，还包括用于控制存储、通信、调试和显示等具有辅助性能的其他硬件。通过上述分析，构建了基于小型PLC可编程序逻辑的DCS控制的电厂机电控制总体设计模型。以此为基础，基于体系结构详细设计系统的软、硬件。

1.2 DCS电厂机电控制算法设计

在电厂机电控制模块设计中，由于PLC可编程序逻辑控制应用软件是针对一定应用区域，基于固定的程序平台来达到用户预想的PLC可编程序逻辑控制软件设计的目的，因此需要设计控制算法。采用PLC控制器控制DCS电厂机电时，需通过线性组合的方式来控制发电的变化率、积分时间和微分时间。DCS电厂机电系统的自相关控制状态方程为：

线性化处理目标电流矢量，取sinθP=θP，cosθP=1。此外，JPδ是电流矢量对时间轴的转动惯量，DCS电厂机电控制系统的感应势能T和高频噪声分量V分别为

. （3）

. （4）

基于三层前向神经元PID变结构控制方法改进算法，设计三层前向神经元PID变结构模型。三层前向神经元PID变结构模型神经网络的学习输入相量为：

. （5）

通过微分线性组合PID变结构网络控制，得到输出模型为：

. （6）

通过上述控制算法设计，改进了电厂的DCS机电控制算法，嵌入到小型PLC可编程序逻辑控制系统中可实现控制模块的设计改进。

2 机电控制模型设计与实现

在上述算法中，由于PLC可编程序逻辑控制器接收的信号必须是数字量，因此，数据采集板所采集到的输出电压、输出电流需载入MySQL数据库，并采用较低的采样比来容许较高的信号带宽，以此设计逻辑控制电路。通过开关的关断或接通来控制滤波器模式的选择，滤波器的工作时钟可通过DSP的时钟分频得到，其中，包括I/O电源（3.3 V）、内核电源（0.8～1.2 V）以及实时时钟电源（3.3 V）。选用ADM706SARDSP芯片，实现小型PLC的DCS电厂机电控制模块，把机电控制模块设计成四种复位方式，分别为上电复位、看门狗复位、供电电压过低复位和手动复位。

检测装置中为PLC供电的电源电压为5 V，采用专业基准源芯片PLC来产生参考源Vref，送入AD5545将数字信号转换为模拟信号，可以配置报警门限，例如alert、config、data、trans和user。载入控制算法，代码为：

#cd/mywork/crosspile

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

ExportPATH=$PATH：/mywork/crosscompile/opt

/FriendlyARM/toolschain/4.4.3/bin

获得内核源码：

#cd/mywork/kernel

#tarxzvf

/linux/linux-2.6.32.2-mini2440-20110304.

tar.gz

获得vboot源码：

将vboot源码放在“/mywork/bootloader”目录下

#cd/mywork/bootloader

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

操作系统编译完成后，就在应用层运行Android的应用程序，设计PLC控制板。

3 仿真实验与结果分析

通过仿真实验，可测试本文设计的小型PLC的DCS电厂机电控制模块性能。Matlab的Simulink为平台建立系统仿真模型，选用Machine库中DCS电厂机电控制系统作为被控对像，假设使用Uses表明组件完成自身功能需要其他组件提供的接口，并设置端口号为9002，则电动机组的参数为：相电阻3.234 Ω，相电感11 mH，转动惯量0.000 4 kg/m2，额定转速2 000 r/min，极对数为6，阻尼系数为0.003 N/（m/s）。PLC可编程序逻辑控制器片内含4 KB In-systemprogrammable（ISP）的可反复擦写1 000次的Flash只读程序存储器，电厂机电控制模块的控制规则如表1所示。

表1 电厂机电控制模块的控制规则

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

在上述实验环境和参数设定基础上进行实验。在仿真实验中，采用传统的控制方法对比算法性能，以电厂的输出功率为测试指标，测试输出功率的跟踪控制性能。采用本文设计的电厂机电控制模块优化方案，加负荷后，本方案的调节时间更短。当控制过程稳定后，电机时滞耦合系统的解耦性能较好，提高了同步跟踪控制性能，实现了对电厂机电系统的逻辑控制，从而提高了电动机的稳定性和可靠性。

4 结束语

综上所述，PLC有着使用方便、编程简单、可靠性高等特点，在电厂机电控制中起着重要的作用。因此，我们需要做好PLC的相关优化设计，使其在电厂机电控制中发挥出应有的效果，从而提高电厂机电系统运行的稳定性和可靠性。

参考文献

[1]郭海山.供热电锅炉的PLC控制系统优化设计[J].黑龙江电力，2011（03）.

[2]周佳欣.浅谈地铁环控系统中PLC自动化控制系统的优化设计[J].门窗，2014（07）.

〔编辑：王霞〕