基于DSP在自動(dòng)供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、課程結(jié)業(yè)論文基于基于 dsp 在自動(dòng)供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用在自動(dòng)供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用課程名稱：課程名稱：dsp 原理及應(yīng)用任課教師：任課教師：許善祥所在學(xué)院：所在學(xué)院：信息技術(shù)學(xué)院專專 業(yè)：業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班班級(jí)：級(jí)：電氣（2）班學(xué)生姓名：學(xué)生姓名：常方園學(xué)學(xué)號(hào)：號(hào)：20094073239中國大慶2012 年 5 月摘要- 0 -摘要摘要利用 dsp 系列中的 tms320c2000 型號(hào), 選擇合適的傳感器及驅(qū)動(dòng)裝置, 設(shè)計(jì)出自動(dòng)供水控制系統(tǒng), 并與統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了比較, 結(jié)果顯示基于 dsp 的供水控制系統(tǒng)具有精度高、操作方便、系統(tǒng)維護(hù)性好等優(yōu)點(diǎn). 為了提高大范圍變負(fù)荷恒壓供水系統(tǒng)的

2、控制精度和可靠性,提出了采用多臺(tái)水泵分級(jí)控制、輪流變頻的控制策略，結(jié)合大范圍變負(fù)荷供水系統(tǒng)的特點(diǎn)對(duì)常規(guī) pid 控制算法作了一些相應(yīng)的改進(jìn);通過基于 uss 協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品和 plc 的組合,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件、軟件和通信的設(shè)計(jì),從而改進(jìn)了大范圍恒壓供水系統(tǒng)的控制品質(zhì)。關(guān)鍵詞: dsp；傳感器; a/d 轉(zhuǎn)換;驅(qū)動(dòng)裝置；plc；變頻器調(diào)速；聯(lián)鎖控制目錄- 1 -目錄目錄基于 dsp 在自動(dòng)供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.- 1 -摘要 .- 1 -1 引言 .- 3 -11 國內(nèi)供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀 .- 3 -12供水系統(tǒng)介紹 .- 4 -13 供水系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) .- 4 -14 供水的基本原理 .- 5

3、-2 tms320c2000 簡介 .- 6 -2. 1 ads 8364 簡介 .- 6 -2. 2 與 ads 8364 的接口設(shè)計(jì) .- 6 -3 具體控制方法 .- 7 -31 供水系統(tǒng)構(gòu)成 .- 7 -32 工作過程 .- 7 -33 硬件線路設(shè)計(jì) .- 8 -4. plc 與變頻器的通信設(shè)計(jì) .- 9 -41 傳感器 .- 10 -42 a/d 轉(zhuǎn)換 .- 10 -5 結(jié)論 .- 11 -參考文獻(xiàn) .- 12 -引言- 2 -1 1 引言引言近年來, 隨著傳感器、計(jì)算機(jī)和微電子的發(fā)展, 傳統(tǒng)的靠繼電器和浮球閥設(shè)計(jì)的自動(dòng)供水系統(tǒng)正在被以 plc 或 dsp 所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)來代替。由

4、于 dsp 具 有體積小、功耗小、使用方便、處理數(shù)據(jù)量大及處理精 度高等優(yōu)點(diǎn), 被大量地用來設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng), 本文提 出了利用 dsp 來設(shè)計(jì)自動(dòng)供水系統(tǒng)原理和方法, 所討論的自動(dòng)供水系統(tǒng)如圖 1 所示。圖 1 自動(dòng)供水系統(tǒng)傳統(tǒng)的控制方法由電動(dòng)機(jī)和交流接觸器以及浮球 閥等組成 (即圖 1 中電子式水位開關(guān) ), 并通過浮球閥 的上下擺動(dòng)常開常閉來控制交流接觸器從而達(dá)到保持 水井水位平衡。但在要求精度較高的情形下, 圖 1 的設(shè)計(jì)就很難達(dá)到要求, 此時(shí), 可以應(yīng)用精度高的 dsp 控制方案來解決這一問題?？刂瓶驁D如圖 2 所示。1 11 1 國內(nèi)供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀國內(nèi)供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀目前,就國內(nèi)而言

5、，歸結(jié)起來主要采用以下三種方法:水池水泵（恒壓變頻或氣壓罐）管網(wǎng)系統(tǒng)用水點(diǎn) （1）這種方式是集中供水。對(duì)于一、二層是商業(yè)群房，群房上建有多幢住宅的建筑，目前較多采用此種供水方案。一般設(shè)計(jì)有地下生活水池一座，集中恒壓變頻供水，不設(shè)屋頂水箱。主水泵一般有三臺(tái)，二開一備自動(dòng)切換，副泵為一般為一小流量泵，夜間用水量小時(shí)主泵自動(dòng)切換到副泵，以維持系統(tǒng)壓力基本不變。恒壓變頻供水是較為理想和先進(jìn)的。首先恒壓變頻供水保證出水壓力不變，根據(jù)用水量大小進(jìn)行變頻供水，既節(jié)約電能，又保證水泵軟啟動(dòng)（對(duì)電網(wǎng)電壓沖擊不大），延長了水泵壽命。dsp 論文各臺(tái)水泵自動(dòng)輪換使用，即最先投入使用的水泵最早退出運(yùn)行，這樣各臺(tái)水泵壽

6、命均等，而且一旦水泵出現(xiàn)故障，該系統(tǒng)能自動(dòng)跳過故障泵運(yùn)行。（2）水池水泵高位水箱用水點(diǎn) 此方式也是集中供水。單幢次高層和高層建筑的高壓供水區(qū)較多采用該種方案。一般也需要設(shè)計(jì)有一座地下水池，通過兩臺(tái)水泵（一用一備）抽水送至高位水箱，再由高位水箱向下供水至各用水點(diǎn)。該方式是較成熟的水泵、水箱供水方式。（3）單元水箱單元增壓泵單元高位水箱各單位用水點(diǎn) 此方式已簡化為單元總水表進(jìn)水。單元水箱和單元增壓泵實(shí)際上是一個(gè)整體，我們稱之為單元增壓器。由于有屋頂水箱，高水位時(shí)停泵，低水位時(shí)啟泵，這樣，水泵也有了停息時(shí)間，既省電又不至于一停電就停泵無水供應(yīng)，用水有了保障，社會(huì)效益較好。變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)其節(jié)能、

7、安全、供水高品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，在供水行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化（實(shí)際上為供水管網(wǎng)的壓力變化）自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求是當(dāng)今先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中如何充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻器調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。1 12 2供水系統(tǒng)介紹供水系統(tǒng)介紹下面以一個(gè)三臺(tái)泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)為例來說明其工藝過程，它主要是由 plc、變頻器、壓力傳感器、水泵斷路器、接觸器、中間繼電器以及水泵等組成。用戶通過控制柜上的指示操作面板上的指示燈、td-200 顯示

8、屏及按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運(yùn)行。市網(wǎng)自來水用高低水位控制器 eq 來控制注水閥 yv1，它們自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)往水箱內(nèi)注水。水池的高/低水位信號(hào)也接送給 plc，作為低水位報(bào)警用。通過安裝在出水管網(wǎng)上的遠(yuǎn)傳壓力傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為 4-20ma 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入 plc，經(jīng) pid 運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使系統(tǒng)的供水管網(wǎng)壓力保持在給定壓力上；當(dāng)用水量超過一臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過 plc 控制器加泵。根據(jù)用戶用水量的大小來控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對(duì)水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變

9、化時(shí)，輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以壓力設(shè)定值為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。為了保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離不是很大。生活用水和消防用水共六臺(tái)泵，其中三臺(tái)消防泵，另外三臺(tái)是生活泵，平時(shí)由三臺(tái)生活泵負(fù)責(zé)生活用水，當(dāng)消防系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，生活用水水泵立即停止運(yùn)行，消防泵立即投入運(yùn)行，并按設(shè)定壓力對(duì)消防水泵進(jìn)行變頻調(diào)速。消防系統(tǒng)警報(bào)解除后，生活泵再投入運(yùn)行。1 13 3 供水系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)供水系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)為達(dá)到大范圍恒壓供水的目的,供水系統(tǒng)由三臺(tái)水泵和一臺(tái)變頻器及控制器組成。這樣可以避免因一臺(tái)水泵故障,導(dǎo)致整個(gè)供水系統(tǒng)癱瘓的弊端,而且能利用水泵的運(yùn)行曲線和工作效率的關(guān)系,使得每臺(tái)水

10、泵輪流處于節(jié)能高效運(yùn)行狀態(tài),既節(jié)約能源又延長水泵壽命。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 3 所示。dsp 論文圖 3總體結(jié)構(gòu)圖根據(jù)實(shí)際要求, 給恒壓供水系統(tǒng)設(shè)置了如下控制功能:1. 手動(dòng):轉(zhuǎn)換開關(guān)置于手動(dòng)位置,能直接啟停每臺(tái)工頻水泵,每臺(tái)水泵狀態(tài)由對(duì)應(yīng)手動(dòng)開關(guān)位置決定。2. 停止:轉(zhuǎn)換開關(guān)置于停止位置,設(shè)備進(jìn)入停機(jī)狀態(tài),任何水泵都不能啟動(dòng)。3. 自動(dòng):轉(zhuǎn)換開關(guān)置于自動(dòng)位置,設(shè)備進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài),plc 按變頻水泵循環(huán)工作方式對(duì)三臺(tái)水泵進(jìn)行自動(dòng)控制。控制過程可用圖 2 所示的軟件流程框圖表示。在這種設(shè)想下,任何一臺(tái)水泵在程序的控制下,都可以工作在工頻或變頻狀態(tài)。進(jìn)一步通過控制算法設(shè)計(jì),可以保證三臺(tái)水泵的運(yùn)行

11、時(shí)間和開啟次數(shù)接近,從而延長設(shè)備的整體使用壽命。1 14 4 供水的基本原理供水的基本原理 恒壓供水指的是主管出口壓力恒定的供水方式。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)檢測供水主管出口壓力，然后與設(shè)定值進(jìn)行比較,經(jīng)壓力調(diào)節(jié)器運(yùn)算處理后,在線自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器,控制泵的轉(zhuǎn)速隨壓力變化而變化,最終達(dá)到主管出口壓力穩(wěn)定在設(shè)定值上的目的。dsp 論文恒壓供水原理圖首先我們要清楚變頻調(diào)速的原理，由交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式=60f1/p *(1-s) （式中 n電機(jī)轉(zhuǎn)速;f定子供電頻率;s轉(zhuǎn)差率;p電機(jī)極對(duì)數(shù)）可知：如均勻地改變電機(jī)定子的供電頻率1,就可平滑改變電機(jī)轉(zhuǎn)速.對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)的變頻傳動(dòng),為了避免電機(jī)過磁飽和

12、,同時(shí)抑制啟動(dòng)電流,產(chǎn)生必需的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行安全運(yùn)轉(zhuǎn),在改變頻率的同時(shí),對(duì)定子電壓也應(yīng)作相應(yīng)調(diào)節(jié).逆變器主回路把三相 50交流電整流濾波為直流,再通過脈寬調(diào)制器觸發(fā)大功率晶體管,把直流變?yōu)殡妷汉皖l率可調(diào)的三相交流電，由此可實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。那么下面我們就關(guān)心的問題就是水流量與轉(zhuǎn)速及軸功率的關(guān)系。由流體力學(xué)的原理可得下列表達(dá)式:q1/q2=n1/n2; h1/ h2= (n1/n2) 2; p1/ p2= (n1/n2)3 （其中 q 代表流量；h 代表揚(yáng)程（水壓）；p 代表軸功率；n 代表轉(zhuǎn)速），當(dāng)流量減小，水泵轉(zhuǎn)速下降，其電機(jī)輸出功率則大幅度下降。例如：當(dāng)流量下降到 80，轉(zhuǎn)速也下降到 80時(shí)，其軸功

13、率則下降到額定功率的 51；當(dāng)流量降到 50，軸功率將下降到額定功率的 13，即使考慮到由于轉(zhuǎn)速降低引起效率下降等附加控制裝置的效率等因素，其節(jié)能效果也是很明顯的。2 2 tms320c2000 簡介簡介tms320c2000是dsp控制器系列的新成員,是tms320c2000tm平臺(tái)下的一種定點(diǎn)dsp芯片。它集成了數(shù)字信號(hào)處理和電機(jī)運(yùn)動(dòng)的數(shù)字化控制功能,是高效，高精度的數(shù)字控制器。tms320lf2407dsp的特點(diǎn)是采用高性能靜態(tài)cmos技術(shù),使得供電電壓降為3.3v,減少了控制器的功耗;40m i/s的執(zhí)行速度使得指令周期縮短為25 ns;16 bit地址總線和16bit數(shù)據(jù)總線,可擴(kuò)展

14、的外部存儲(chǔ)器總共192kbit的空間;片內(nèi)有高達(dá)32kbit字的flash程序存儲(chǔ)器,為多種用途的產(chǎn)品提供了經(jīng)濟(jì)的可編程解決方案,256kbit字的引導(dǎo)rom,使在線編程更加方便;2個(gè)事件管理器模塊eva和evb,每個(gè)均包括2個(gè)16bit通用定時(shí)器和8個(gè)16bit的脈寬調(diào)制(pwm)通道;40個(gè)可單獨(dú)編程或復(fù)用的通用輸入/輸出引腳(gpio)等。2.2. 1 1 ads 8364 簡介簡介美國某公司的 ads8364,是一種高速、低功耗、雙 16ba/d 轉(zhuǎn)換器,有 6 個(gè)模擬量輸入通道。它由獨(dú)立的 5v avdd 和 dvdd 供電,轉(zhuǎn)換結(jié)果通過內(nèi)置的輸出緩沖電路送出。此輸出緩沖電路可由 d

15、vdd驅(qū)動(dòng),或者通過獨(dú)立的 bvdd 驅(qū)動(dòng)。bvdd 的范圍較寬為 2.75.5 v,這使得存在多種電源環(huán)境時(shí),可以靈活配置。它有 6 個(gè)完全相同的采樣保持電路,分成 a、b、c 3 組,每一組都由 1 個(gè) hold 引腳控制。內(nèi)置 2.5v 的參考電壓,可作為模擬量輸入前向通道中電壓極性轉(zhuǎn)換和電平平移電路的基準(zhǔn)。ads8364可從外部引入最大 5mhz 的時(shí)鐘頻率,此時(shí)采樣時(shí)間是 0. 8s,轉(zhuǎn)換時(shí)間只有 3.2s，a/d 的最大采樣率達(dá) 250k,要達(dá)到此值,可在下一次轉(zhuǎn)換開始時(shí)讀取上一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。2.2. 2 2 與與 ads 83648364 的接口設(shè)計(jì)的接口設(shè)計(jì)(1)ad 緩沖區(qū)供

16、電電壓的選擇ads8364 的內(nèi)部輸出緩沖器供電電壓 bvdd 能夠十分靈活地配置,此次設(shè)計(jì)中, 3.3 v 電源同時(shí)供電給 dsp 和 ads8364 的內(nèi)部輸出緩沖器,所以二者接口無需電平轉(zhuǎn)換, bvdd 直接和 dvdd 相連。(2)ad 片選信號(hào)的設(shè)置dsp 論文dsp 的外部 i/o 空間選通引腳 is,總保持為高電平,除非選通外部的 i/o 空間,所以,將它和地址線a15 一起選通 a/d 的片選信號(hào) cs;讀有效 re 直接和 a/d 芯片的 rd 相連。(3)同步采樣的控制電力系統(tǒng)中,如果只要求計(jì)算模擬量的有效值,而不要求計(jì)算相位,那么即使對(duì)三相電壓和三相電流不能實(shí)現(xiàn)同時(shí)采樣,

17、但基本上也能達(dá)到測量精度要求。但在某些情況下,對(duì)“同步”的要求就比較苛刻,例如計(jì)算三相電壓之間、三相電流之間或電壓與電流之間的相位差時(shí),就必須保證三相電壓、三相電流是同時(shí)采樣。為了達(dá)到此項(xiàng)要求,選擇了具有 6 個(gè)輸入通道的 ads8364。ads8364 的holda、holdb、holdc 引腳是低脈沖觸發(fā)有效,若它們同時(shí)被置低,則能對(duì) 6 個(gè)模擬量輸入通道同時(shí)采樣。dsp 的復(fù)用引腳 tipwm /t1cmp / iopb4 用作 t1cmp 功能,設(shè)置 ticmp 為低有效,即當(dāng)通用定時(shí)器 1 計(jì)數(shù)值和預(yù)置的通用定時(shí)器 1 比較寄存器的值匹配時(shí),產(chǎn)生 t1cmp 信號(hào),ad 的 6 個(gè)模

18、擬量輸入通道同時(shí)采樣 1 次,同時(shí),在軟件中將通用計(jì)數(shù)器 1 清零,重新計(jì)數(shù)。通用定時(shí)器 1 比較寄存器的值如下設(shè)置:以工頻 50 hz 為例,設(shè) 1 個(gè)周期采集 64 個(gè)點(diǎn),則采樣頻率為 3. 2 khz,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 ad 的最大采樣率。2 次采樣間隔為 312. 5s。cpu 時(shí)鐘頻率 10 m,周期為 0. 1s,設(shè)置通用定時(shí)器 1 的預(yù)定標(biāo)因子為 1,初值為 0,比較寄存器的值為 3 124,即通用定時(shí)器 1 計(jì)數(shù)至 3 124,即經(jīng)過了 312. 5s 時(shí),又一次采樣開始,從而達(dá)到循環(huán)采樣的目的。(4) dsp 的復(fù)用引腳xint1 / iopa2 用作xint1功能,它由a/d的eo

19、c引腳引起中斷,在相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序中,順序讀取ad的轉(zhuǎn)換結(jié)果。(5)ads8364的數(shù)據(jù)通道的選擇ads8364估值模塊用4根地址線訪問數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,可選a2、a3、a4、a5或a12、a13、a14、a15,此設(shè)計(jì)選擇a12、a13、a14、a15。其中,低三位地址線用來控制ads8364 的a0、a1、a2 (不同的地址實(shí)現(xiàn)的功能如表1所示) ,最高位地址線可和is信號(hào)控制ads8364 的片選信號(hào)cs。此次設(shè)計(jì)六路通道循環(huán)采樣轉(zhuǎn)換,即應(yīng)選擇“cycle”模式,a0、a1、a2的值固定為“011”如圖2所示, a1、a2連接供電電平,a1接地。所以沒有利用a12、a13、a14的控制。(

20、6)ad復(fù)位信號(hào)的控制dsp的復(fù)用引腳bio/ iopc1用作iopc1功能,控制a /d芯片的復(fù)位引腳reset。方法是:系統(tǒng)軟件初始化時(shí),將iopc1置高,待系統(tǒng)時(shí)鐘穩(wěn)定后,令其產(chǎn)生1 個(gè)低脈沖,即對(duì)ads8364 可靠復(fù)位。之所以特地在系統(tǒng)初始化時(shí)利用軟件使ads8364復(fù)位,是因?yàn)檫@樣做可以保證dsp從a /d中讀出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果順序依次是通道a0、a1、b0、b1、c0、c1,否則通道的順序是隨機(jī)的,無法存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。3 3 具體控制方法具體控制方法3 31 1 供水系統(tǒng)構(gòu)成供水系統(tǒng)構(gòu)成本文中供水系統(tǒng)是由 dsp 系列中的 tms320c2000、三菱 fr-d740 系列變頻器、電動(dòng)機(jī)

21、組，傳感器等組成。3 32 2 工作過程工作過程當(dāng)水井的水不足或滿時(shí), 由壓力傳感器獲得信號(hào), 經(jīng) a /d 轉(zhuǎn)換器向 dsp 輸送信號(hào), 此時(shí) dsp 獲得信號(hào) 由事先寫好程序發(fā)出指令, 經(jīng)由 d/a 轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào) 送給變頻器來決定電動(dòng)機(jī)組是否加水或停止。其中 dsp 是整個(gè)系統(tǒng)的大腦, 此外 dsp 系統(tǒng)中還可以根據(jù)實(shí)際需要接入示波器等觀察電動(dòng)機(jī)的電流波形等。dsp 論文3 33 3 硬件線路設(shè)計(jì)硬件線路設(shè)計(jì)由于本系統(tǒng)的水泵有三臺(tái),而變頻器只有一臺(tái),為了使三臺(tái)水泵的使用工況接近,需要使三臺(tái)水泵能夠輪流進(jìn)入變頻運(yùn)行狀態(tài),而未按變頻運(yùn)行的水泵也要輪流的處于工頻運(yùn)行,使得各水泵的運(yùn)行時(shí)間接近,

22、延長水泵和系統(tǒng)的使用壽命。為此,在系統(tǒng)上需要進(jìn)行硬件和軟件的特殊設(shè)計(jì),其中硬件設(shè)計(jì)如圖 4 所示。為了充分保障系統(tǒng)的安全,本系統(tǒng)采用以下措施:(1) 要求對(duì)工頻電源和變頻電源在供電控制回路上實(shí)現(xiàn)互鎖。(2)當(dāng)水泵的功率較大時(shí),為防止直接啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流過大,需要采用軟啟動(dòng)的方法,即用變頻器來啟動(dòng)水泵。(3)原先變頻運(yùn)行的水泵在斷開變頻器后,利用其運(yùn)行的慣性切換到工頻電源，避免切換過程中電流過大的問題。為了實(shí)現(xiàn)恒壓供水,首先將供水管道的出口壓力值經(jīng)壓力傳感器檢測,并變送成010v 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),送入變頻器,經(jīng)變頻器內(nèi)部 a/d 采樣和 pid 運(yùn)算,控制變頻器的輸出頻率,從而控制供水的壓力平衡。由于

23、在現(xiàn)場一般存在著各種各樣的干擾,為了使控制系統(tǒng)能準(zhǔn)確、穩(wěn)定的運(yùn)行,啟用了變頻器內(nèi)部在 a/d 之前的一級(jí)一階低通濾波器,其傳遞函數(shù)為 (1) fstsg11式中,為0 255 ts, 采樣時(shí)間 ts=25ms。ftdsp 論文在 plc 軟件之中采用平均值濾波的算法去除干擾, 具體算式如下: (2) njjxni11式中, i,j 為自然數(shù), n 為樣本數(shù)。dsp 系列 tms320c2000tm s320c2000 是基于 20c2xlp 核。c2xlp 核具有 4 級(jí)流水, 工作在 40mh z, 具有 jtag 仿真模塊。c2xlp 有一個(gè)中心算術(shù)邏輯單元 ( calu ), 及 32-

24、 bit 的累加器 ( acc)。acc 也是 calu 的一個(gè)輸入。acc 的其它輸入包括 16316- b it 的乘法器通過定標(biāo)移位 器, 以及輸入數(shù)據(jù)定標(biāo)移位器, 為實(shí)現(xiàn)小數(shù)的算術(shù)運(yùn)算 和驗(yàn)證小數(shù)的乘積, c2xlp 的乘積寄存器的輸出通過 乘積移位器, 以抑制運(yùn)算中產(chǎn)生的多出來的 bit。該乘 積定標(biāo)移位器允許作 128 個(gè)乘積累加而不會(huì)產(chǎn)生溢 出。基本的乘積累加 (mac ) 周期, 包括將一個(gè)數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器的值乘以一個(gè)程序存儲(chǔ)器的值, 并將結(jié)果加給累 加器。當(dāng) c2000 循環(huán)執(zhí)行 mac, 則程序計(jì)數(shù)器自動(dòng)增 量, 并將程序總線釋放給第二個(gè)操作數(shù), 從而達(dá)到單周 期執(zhí)行 mac。

25、c2xlp 可以訪問 64000 個(gè) 16- b it 的 i/ o 口。 c2000 的外設(shè), 諸如串口、軟件等待狀態(tài)發(fā)生器 等都映射為數(shù)據(jù)或 i/o 空間。用戶程序必須使用其它 的 i/o 地址來訪問映射在 i/o 空間的 片外外設(shè)。 c2000 系列中的多數(shù)芯片可以產(chǎn)生 0 7 個(gè)等待狀態(tài)。c2000 系列由 c20 x 和 c24x 系列組成。c20 x 的目標(biāo) 是低性能的電信設(shè)備, 而 c24x 的目標(biāo)是數(shù)字化的馬 達(dá)控制。c24x 系列的芯片具有事件管理器, 以便支持 馬達(dá)控制。該事件管理器具有 3 個(gè)加 /減定時(shí)器和 9 個(gè)比較器, 可以和波形產(chǎn)生邏輯配合產(chǎn)生 12pwm 的 輸

26、出。支持同步的和異步的 pwm 產(chǎn)生。它還支持一 個(gè)空間向量 pwm 狀態(tài)機(jī), 用開關(guān)功率晶體管來實(shí)現(xiàn), 以以延長晶體管的壽命和降低功耗。tms320c2000 控制板只要求輸入 5v 電源, 通 過 ldo 轉(zhuǎn)換為 1 8v、3 3v, 并用電源監(jiān)測管理芯片控制復(fù)位信號(hào)和看門狗功能。模擬輸入的信號(hào)包括: 通過 0 /4 20ma、010v 等輸入的調(diào)速信號(hào); 電流傳感器輸出的電流信號(hào); 控制電源監(jiān)測輸入信號(hào); 主電路功率模塊的溫度傳感 器輸出經(jīng)調(diào)理后的溫度電壓信號(hào)。所有模擬信號(hào)送入 dsp 的 12 位 ad 接口進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。輸出的信號(hào)有: 通過 dsp 的輔助 pwm, 用于輸出對(duì)應(yīng)脈寬

27、的 pwm 信號(hào), 通過電路調(diào)理對(duì)應(yīng) 0 10v 電壓的模擬信號(hào)輸出。各種保護(hù)信號(hào) ( 包括過流保護(hù)信號(hào)、短路保護(hù) 信號(hào)、過欠壓信號(hào)等 ) 輸入 pld 鎖存, 再送到 dsp 保護(hù)專用 tz 引腳, 實(shí)現(xiàn)故障鎖存和快速關(guān)斷 pwm 信號(hào)。 其它 io 信號(hào)由 dsp 或 pld 處理。鍵盤、顯示的接口: 通過 rs232 接口與鍵盤顯示 通信, 完成變頻器的參數(shù)設(shè)置、顯示等用戶接口功能;不需要快速響應(yīng)的輸入、輸出信號(hào), 包括一些狀態(tài)、指示開關(guān)量。4.4. plc 與變頻器的通信設(shè)計(jì)與變頻器的通信設(shè)計(jì)西門子變頻器可掛接的總線包括 prefabs-dp 總線、can 總線 as- i 總線,在歐

28、洲現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)en50170 定義的分布式 i/ o 現(xiàn)場總線中,prefabs-dp 以其開放、明確的定義獲得眾多廠商的支持,更由于它能支持高通訊速率而廣泛應(yīng)用。因此在通信設(shè)計(jì)時(shí)首選 dp 總線。但 dp 的報(bào)文結(jié)構(gòu)復(fù)雜,在單變頻器的應(yīng)用場合,用戶應(yīng)用 dp 協(xié)議開發(fā)控制程序非常復(fù)雜。為此西門子公司將 dp 定義進(jìn)行了部分簡化形成了 uss 協(xié)議,并定義 uss 協(xié)議以字符信息為基本單元。這樣在用戶編寫應(yīng)用程序時(shí)就可方便地使用ascii 碼形式來發(fā)送信息,使之非常簡單、方便。因此在本系統(tǒng)中通信設(shè)計(jì)時(shí)選擇了 uss 協(xié)議。uss 協(xié)議為主-從式結(jié)構(gòu)：從站變頻器只是對(duì)主站( 控制器如 pc、pl

29、c 等)發(fā)來的報(bào)文作出回應(yīng),并發(fā)送報(bào)文。每個(gè)從站都有唯一的從站號(hào),主站依靠它來識(shí)別從站( 變頻器)。uss 協(xié)議由 14 個(gè)字節(jié)組成一個(gè)報(bào)文。在系統(tǒng)選型時(shí)選用了一種把 pid 調(diào)節(jié)器、壓力檢測 uss 協(xié)議等功能集成為一體的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品。它是變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的核心設(shè)備。因此對(duì)系統(tǒng)的操作主要集中在對(duì)變頻器的操作上。操作內(nèi)容主要有以下 4 個(gè)方面: 設(shè)定或查看變頻器的有關(guān)功能參數(shù)+設(shè)定或查看變頻器的運(yùn)行特性;發(fā)送變頻器啟動(dòng)和停止運(yùn)行命令;設(shè)定壓力傳感器的量程范圍等監(jiān)控參數(shù)。用上位機(jī)或用 plc 對(duì)變頻器進(jìn)行監(jiān)控,主要解決的問題是: plc 對(duì)變頻器設(shè)置信息,此類信息包括設(shè)置功能參數(shù)和命令兩大類

30、,例如發(fā)送dsp 論文變頻器的運(yùn)行頻率值, 或啟停命令等。變頻器獲取所需的信息。在上位機(jī)上進(jìn)行工程組態(tài)設(shè)計(jì)。為了節(jié)省系統(tǒng)的投資和充分利用變頻器的資源,控制器 plc 的操作面板由變頻器的面板來代替,即 plc控制軟件所需的參數(shù)均由變頻器的面板輸入,通過以 uss 協(xié)議的方式由 plc 存取。所用變頻器的資源為變頻器的參數(shù)區(qū)。系統(tǒng)是 dcs ( 集散控制系統(tǒng)) 的分支, 也可以在上位機(jī)上編程、組態(tài)。為了保證通訊或 plc 出現(xiàn)故障時(shí),供水系統(tǒng)仍能暫時(shí)穩(wěn)壓運(yùn)行, 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用了變頻器內(nèi)部的 pid 調(diào)節(jié)功能。4 41 1 傳感器傳感器測量范 圍: 0 10m; 分辨率: & 1mm; 穩(wěn)定性: 0 25% fs; 工作 溫度: 0 704 4