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经济型自动化船舶电站控制方案研究(2)

人气指数: 发布时间:2015-04-07 10:27  来源:http://www.zgqkk.com  作者: 安亮
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  至于控制网络中的发电机控制设备,其国外厂商、种类较多,技术均较为成熟。目前国内自行研发的电站中,发电机控制采用丹麦DEIF公司的MULTI-LINE2系列产品较多。MULTI-LINE2包括PPU、GPU和GPC等系列产品[3]。它们都是插槽模块式发电机控制设备,功能可选。MULTI-LINE2不同于PLC,其不属于用户可编程序器件。为了使控制功能灵活且便于升级,则发电机控制设备只需选用其监测、显示三相电参数和标准控制功能即可;同步保护装置PPU较为合适。
  3.2控制网络解决方案
  控制网络中的硬件设备由两台小型SIEMENS S7-200 PLC(CPU226)和分别控制四台发电机的四台同步保护装置PPU构成。PLC管理整个网络并实现电站自动运行的逻辑控制,PPU监测发电机及汇流排的三相电参数并控制各自发电机的运行过程。控制网络中的数据交换则需通过串行通信方式实现,而通信协议的选择则一定意义上决定于硬件。
  怎么采用两小型SIEMENS S7-200 PLC(CPU226)替代一中型SIMENS S7-300 PLC(CPU315-2DP)?较为简便的方法如图3所示,在两台PLC中选一台作为主站,另一台PLC与发电机同步保护装置PPU均作为从站,地址为2、3、4、5的从站PPU分别控制DG1、DG2、DG3和SG的同步运行。主站PLC的CPU226模块与从站PPU共同支持的通信协议仅有MODBUS,主站PLC与从站PPU之间的数据共享应通过MODBUS协议实现。S7-200 PLC的编程软件STEP 7-Micro/WIN虽然没有S7-300的编程软件STEP7 那样强大的网络组态功能,但是STEP 7-Micro/WIN内置了MODBUS RTU主站指令库。MODBUS RTU主站指令库的功能是通过在用户程序中调用系统程序块来实现的。MODBUS主站指令的变量需要284B的V存储器空间[4]。该空间的起始地址由用户在STEP 7-Micro/WIN的菜单命令“文件”->“库存储区”指定,保留给MODBUS变量使用。一般在进行MODBUS通信编程之前,应添加MODBUS RTU 主站库文件,添加该库文件后,“instruction\libraries”文件夹中将出现MBUS_CTRL和MBUS_MSG。调用这两条指令便可实现MUDBUS通信。通信指令的调用格式及具体通信程序请参见文献[1]。
  CPU226有两个通信口,主站PLC的另一通信口在程序下载完成后可与从站PLC相连。主站PLC与PPU通信时作为MODBUS RUT主站,而与从站PLC通信时则作为PPI主站。为了进一步简化程序设计,从站PLC仅作数字I/O信号的通道之用;每个扫描周期的开始主站PLC除了通过MODBUS协议向从站PPU读写数据外,还应通过PPI通信协议向从站PLC读写数据。PPI属于主从协议,可用于两S7-200 PLC间的通信。在运行模式下,主站PLC可通过网络读(NETR)、网络写(NETW)指令实现主从站的数据共享[2] [4]。
  图3 经济型控制网络
  3.3控制网络的功能
  3.3.1从站PPU的功能
  在控制网络中PPU的主要功能包括检测和控制[3]。所谓检测功能是接收汇流排电压、频率及所控发电机的电压、电流和频率等信号,并进行运算和相应的处理而达到检测电网与所控发电机运行状态的目的。所谓控制功能是控制发电机的运行,包括发电机建压后电压矢量的同步、主开关的合/分闸、频载调节(包括负载转移)及相关的保护。PPU为用户不可编程器件,其功能的实现通过MULTI-LINE2专用软件DEIF UNILITY SOFTWARE -- ML2 USW进行参数设置即可。
  3.3.2从站PLC的功能
  从站PLC的作用是替主站PLC分担数字I/O负荷。主站PLC数字I/O点数不能满足四机组电站的控制要求,因此可把电站逻辑控制约一半的I/O点接在从站PLC上。在主站的每个扫描周期中,从站PLC的数字量输入状态通过PPI协议被读到主站的内存中,主站又把需要通过从站输出的数字输出量通过PPI协议写到从站PLC中,最终由从站PLC数字输出量实现船舶电站的部分逻辑控制。从站PLC相当于主站PLC的一个特殊的扩展模块,因此从站PLC中无需任何用户程序。
  3.3.3主站PLC的功能
  在控制网络中主站PLC的主要功能是管理整个控制网络并实现电站的逻辑控制(有部分控制逻辑需借助从站PLC实现)。PLC的工作流程如图4所示,包括向从站PPU和从站PLC读写数据的控制网络管理阶段和数据共享后的控制逻辑执行阶段。
  所谓管理控制网络是指主站PLC负责整个网络的通信使主从站间实现数据共享。在每一个扫描周期中,主站PLC通过MODBUS协议依次对地址为2、3、4、5的从站PPU进行数据读、写 [4];通过PPI协议对地址为6的从站PLC进行数据读写。在读写从站PPU数据的过程中,主站PLC为MODBUS RTU主站,在读写从站PLC的过程中主站PLC为PPI主站。

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