LD2000同步电动机励磁系统说明书-1.doc

LD2000系列同步电动机全数码励磁装置原理及使用说明北京重型电机厂威望博尔（北京）科技发展公司二零零五年四月目 录第一章 系统概述.11.1、 主要特点11.2、 可靠性保证31.2.1、硬件措施.31.2.2、软件管理.41.2.3、整机测试.41.3、 主要技术指标及功能41.4、 型号及使用范围51.5、 励磁方式51.5.1、可控硅整流式有刷励磁系统.51.5.2、开关管式有刷励磁系统.61.5.3、可控硅整流式二机无刷励磁系统.71.5.4、开关管式二机无刷励磁系统.7第二章 工作原理.82.1、概述.82.2、同步电动机的起动和投励.8 2.2.1、起动回路接线8 2.2.2、转差率测量9 2.2.3、最佳投励时刻的确定.9 2.2.4、投励角的选择9 2.2.5、整步强励.10 2.2.6、长期不投励跳闸.102.3、同步电动机运行控制方案11 2.3.1、恒励磁电流、励磁电压调节.11 2.3.2、恒功率因数或恒无功功率调节.11 2.3.3、控制方式的切换.112.4、同步电动机的失步检测及其保护12 2.4.1、低压强励12第三章 硬件结构133.1、概述.133.2、模拟量量测转换器（传感器、变送器）133.3、主控单元14 3.3.1、可编程计算机控制器PCC14 3.3.2、高性能16位嵌入式微控制器15 3.3.3、先进32位嵌入式微控制器17 3.3.4、可编程控制器PLC173.4、功率单元193.5、逻辑回路19第四章 软件功能.204.1、总体软件结构.204.2、软件设计方法214.3、主控制程序234.4、主要保护功能24第五章 操作说明265.1、人机界面操作与显示.26 5.1.1、开机屏幕显示.26 5.1.2、正常工作时屏幕显示.26 5.1.3、参数菜单显示.26 5.1.4、菜单详解.275.2、就地操作说明.305.3、主控操作说明305.4、运行指南30 5.4.1、运行方式.30 5.4.2、正常运行的操作.31第六章 其它326.1、结构介绍.326.2、使用条件326.3、订货须知.326.4、附录32第一章 系统概述 同步电动机是各工业部门广泛使用的重要电气设备之一，它具有转速恒定，可以通过改变励磁电流的大小来改善电网功率因数从而节约能源的特点。主要用于驱动大型机械设备，如：轧钢机、球磨机、气体压缩机、矿石破碎机、大型风机、给排水泵等。 励磁系统作为同步电动机的重要组成部分，它对于同步电动机的安全、高效运行起着重要的作用。目前我国正在生产和使用的励磁控制系统大部分采用七十年代的模拟控制技术，设计线路复杂，元件较多，装置的整体性能不高，调试步骤繁多，参数难以精确整定，且存在无法解决的零飘温飘等问题，维修困难，必须由具有相当专业素质的人员才能胜任这些工作。而且与上一级系统交换信息困难，因此已经越来越不适应现场生产和安全运行的要求。近年来全数码控制技术及大规模集成电路发展迅速，应用技术日趋成熟，为全数码型同步电动机励磁装置的开发提供了坚实的技术基础。 为了尽快提高我国同步电动机组的运行水平，满足企业生产对励磁系统提出的越来越高的要求，我们研制了新一代的LD2000系列同步电动机全数码励磁装置。该装置综合运用了同步电动机的现代励磁控制理论，采用目前国际上较流行的全数码控制技术及半导体技术，完全不同于以前采用模拟控制技术的励磁装置。其主控单元通过对同步电动机的运行参数、运行曲线及特性曲线进行优化处理，达到了对同步电动机运行的最佳控制。该系列励磁装置具有优良的控制算法、高度可靠性设计的特点，同时将最新的全数码控制技术、图形显示技术加以运用，具备了更丰富的功能、更卓越的性能、更友好的界面、特别是更高的可靠性。1.1、主要特点 * 全数字化、高可靠性： 主控单元采用进口高性能的数字式控制单元（LD21型采用可编程计算机控制器PCC，LD22型采用高性能16位嵌入式微控制器MCU，LD23型采用先进32位嵌入式微控制器MCU，LD24型采用可编程控制器PLC），励磁装置的操作逻辑电路，机械或电子的电压整定机构都可以简化或取消。实现全交流采样技术，采用大规模集成芯片，装置可靠性大大提高。 * 多功能： PID调节、非线性最优LOEC、线性最优NEC、模糊逻辑FLEC等控制方式可选。 * 控制速度快、精度高： 采用多处理器系统、哈佛结构、并行处理技术、多级流水线、高速DSP内核，数据处理速度和精度大大提高。 * 采用准角顺极性过零自动投励，强励整步，电机启动平稳、迅速、无冲击。 * 失步保护及不减载自动再整步功能：当电机失步时，可在不停机、不减载的情况下自动再整步或跳闸停机（可选）。 * 可以同断电失步保护装置（DSBW）配套使用，实现断电失步再整步功能（可选）。 * 表面贴工艺，多层印刷电路板，军品级芯片，重要芯片均采用国内外知名企业的成熟产品。保证装置平均无故障时间达100000小时。 * 独特的软件设计方法： 采用美国CMX公司推出的微控制器实时多任务操作系统RTOS及其功能强大的专家库函数，面向任务的程序设计风格，按全优先服务方式进行资源管理、任务调度、异常处理等工作，工作极为可靠，也使微控制器的性能得以最大程度的发挥；采用C语言或梯形图（PLD）、指令表（IL）、Basic、结构文本（ST）、顺序功能图（SFC）、数据模块编辑器、数据类型编辑器等编程，执行速度快，可读性好，易于扩展和移植。 * 采用快闪存储器（Flash ROM），支持自举载入程序及远程维护。 * 通讯和网络功能： 提供非常开放的通讯接口和网络接口，具有标准的RS232/485/422或高速现场总线CANBUS、MODBUS、MODBUS PLUS、TCP/IP或MODEM等实现网络通讯。非常方便地与其它设备或网络联接，实现设备控制、管理的自动化、信息化（可选）。 * 方便直观的人机接口： 采用触摸屏或中文文本显示器(可选)显示，汉化界面，数据显示直观明了，信息量大。非常直观地在线选择、切换工作方式，设置、修改参数和对运行状态监控。可以做到无需说明手册而操作。 * 对于无刷励磁系统，具有旋转整流盘故障监测功能。 * 可靠的灭磁系统： 可选用阻容无触点的静态灭磁方法（我公司专利技术），无噪音、无操作过电压，可靠、平稳；也可选用传统的逆变灭磁方法。 * 完善的自检及控制、保护功能，用于保护励磁装置本身和同步电动机的安全运行： 具有失步、误强励、过励反时限、欠励、失脉冲、均流越限检测及保护、过流、过压等保护功能。 * 控制单元采用西门子结构、加强型单元机箱、插拔式模块，独特的抗干扰设计，抗干扰能力强。功率单元及风机单元都采用模块化结构，安装、更换方便。 * 可以不停机、不减载在线更换控制单元及风机单元：即使装置的控制单元、风机单元等环节出现故障，也可以不停机、不减负载，在保证装置连续运行及电机带正常负荷、不间断运行的条件下更换有故障的单元，且更换后不用调试就能恢复正常运行。 * 具有手动（恒触发角）、自动（恒励磁电流、恒励磁电压、恒功率因数、恒无功功率）调节励磁功能，相互切换无扰动。 * 双通道互为备用工作方式： 根据用户需要，可以采用单通道工作方式或双通道互为备用工作方式。双通道无扰动自动切换（可选）。 * 故障数据录波及事故记忆功能（可选）： 记忆故障前4秒，故障后16秒的检测数据，包括励磁电流、功率因数、有功功率、无功功率、定子电流、定子电压、三相交流电压、脉冲触发角、频率及时间等。 按照先进先出的原则记录20组操作信号、故障信号、保护动作信号发 生的时间。记录的数据可以用打印机输出或向上位机传送。 * 完善的试验功能： 可以在线修改放大倍数、微分时间常数、惯性时间常数、进行10的阶跃、灭磁实验及联动实验，所有这些修改及实验均只需进行按键操作即可，不用改接线。 * 装置电源可以采用单路供电，也可采用双路供电，一路来自于直流蓄电池电源，另一路来自厂用交流电降压整流。两路电源经二极管并联运行，互为冗余，提高了装置的可靠性。1.2、可靠性保证1.2.1、硬件措施 * 采用双通道，任一通道均满足强行励磁在内的功率的要求。 * 选用优质元器件，并经严格筛选测试。 * 双套电源并列供电，采用高可靠电源模块。 * 输入输出通道双重隔离（电磁隔离和光电隔离）。 * 可靠的脉冲自封锁电路，防止误灭磁、误触发。 1.2.2、软件管理 * 结构化程序设计规范。 * 单元测试，功能测试和总联调。 * 完备的文档管理。1.2.3、整机测试 * 绝缘耐压装置/抗干扰试验。 * 连续拷机试验。1.3、主要技术指标及功能 1、调节精度(恒励磁电流)：0.5。 2、调节范围：5130。 3、调节频率：不低于300次/秒。 4、可控硅控制角分辨率: 0.004度/位码。 5、A/D转换：16路输入，分辨率16位、14位或12位。 6、A/D 转换速率：100K/S。 7、移相范围：10-150度(根据要求而定)。 8、阶跃特性(恒励磁电流)：10阶跃超调量小于20，振荡次数小于2次，调整时间小于10秒。 9、电源适应性：电源电压变化范围50。10、功率消耗：小于200W。11、开关量I/O：24路开关量输入，16路开关量输出，均采用光电隔离。12、控制回路输入电气量： 定子电压：2相或是3相（根据现场情况而定）。 定子电流：1相或是3相（根据现场情况而定）。 转子电流信号。 同步电压信号：3相。 13、两种投励方式可供选择（1）滑差投励：在电机起动时，测量电机转子感应电压的频率或周期（与转速大小相对应），当电机转速达到投励转速时，采用顺极性投励的原则，在拉入同步最有利的投入分离角0度时进行整步投励，提高了电机整步和再整步的带载能力和拉入同步过程的可靠程度。（2）计时投励：在电机起动时，测量电机转子感应电压的频率或周期（与转速大小相对应），当电机转速达到某一设定值时，起动计时投励环节，当计时时间到时进行自动投励。 14、本装置具有低压强励和整步强励功能。 15、装置电源既可采用单路供电也可采用双路供电：一路来自于厂用交流电源降压整流，一路来自蓄电池电源或其它备用电源，两路电源并联运行，互为冗余，提高了装置的可靠性。1.4、型号及使用范围D：单通道S：双通道LD2 / 1：他励有刷静止励磁系统2：二机无刷励磁系统1：可控硅三相全控桥整流电路2：可控硅三相半控桥整流电路 3：开关式斩波电路1：可编程计算机控制器PCC2：高性能16位嵌入式微控制器MCU 3：先进32位嵌入式微控制器MCU4：可编程控制器PLC1.5、励磁方式1.5.1、可控硅整流式有刷励磁系统 系统框图 这是一种应用较为广泛的励磁方式，具有结构简单，维护方便。1.5.2、开关管式有刷励磁系统 系统框图 作为晶体开关管的电力元件原采用大功率晶体管GTR（Giant Transistor）以及功率场效应管（MOS-Power）、目前则采用性能更加优越的绝缘栅双极型大功率晶体管IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）作为开关管元件用。开关管式励磁装置结构简单、易于维护。1.5.3、可控硅整流式二机无刷励磁系统在二机励磁系统中，如果励磁机采用旋转电枢式，那么励磁机的电枢绕组和二极管整流桥同电动机转子绕组一起旋转，从而可以去掉电动机转子励磁绕组和二极管整流桥之间的电刷，这种励磁方式即为二机无刷励磁系统。1.5.4、开关管式二机无刷励磁系统 如果将可控硅二机无刷励磁系统中的可控硅整流桥用二极管及功率开关管斩波电路来替代，即为开关管式二机无刷励磁系统。第二章 工作原理2.1、概述 LD2000系列全数码励磁装置的系统原理图如附图1、2、3、4所示，同步电动机全数码励磁装置主控单元通过对同步电动机励磁电压、励磁电流、机端电压、机端电流、有功功率、无功功率、功率因数的测量，按一定的控制规律和控制方式进行运算，计算出控制角，并产生角度移相的触发脉冲来控制相应的可控硅导通，得到可调的直流输出，实现励磁控制目标。2.2、同步电动机的起动和投励 同步电动机只能在同步转速下才能产生恒定的同步电磁转矩，如果将同步电动机输入励磁，直接投入电网，这时转子处于静止状态，作用于转子上的同步电磁转矩为交变的脉振转矩，平均值为零，转子驱动力矩为零，仍将处于静止状态。因此同步电动机必须借助其它方法起动。其中常用的为异步起动，异步起动又分为全压起动和降压起动两种。2.2.1、起动回路接线 同步电动机异步起动时，必须将转子励磁绕组通过起动电阻RF短路，LD2000励磁回路的起动电阻通过跨接方式接入转子回路，接入方法如下图所示：当电机起动时，通过控制模块触发起动可控硅KQ，将起动电阻RF接入转子回路。2.2.2、转差率测量 同步电动机异步起动时，在转子回路里感应出一个交变的感应电流，如下图所示。该感应电流通过起动电阻转化为电压信号，该电压信号经过隔离后，送入主控制单元，经过进一步的整形后变为方波，测量感应电流、电压的频率，即转差率，也即测量出转子的转速。 2.2.3、最佳投励时刻的确定 当电动机的转速超过某一转速时，对于降压起动的同步电动机，由主控单元发出控制信号，切除降压电抗器，投入全压使电机加速起动，当电动机的转速达到给定的投励转速时主控单元发出投励信号进行投励。 对于起动次数少或容量不大的同步电动机起动时，可以利用全压起动。待到转速达到给定的投励转速时，投入励磁牵入同步，这种起动方式的优点是设备简单，但起动电流很大，一般为额定电流的67倍或更大，对电网和同步电动机的冲击都很大。因此尽可能采用降压起动（自耦降压起动或选用我公司生产的软启动器或变频器起动等）。2.2.4、投励角的选择 一般励磁装置采用的是顺极性末尾投励，此时转子感应电流的方向与投入励磁后所产生的直流励磁电流If的方向相反，使If只有小部分甚至不能立即送入励磁绕组；LD2000励磁装置则采用的是接近于反极性的末尾投励。使投励后的直流励磁电流较快地送入励磁绕组。在电机空载起动时，投励角的选择虽不具有重要性，但起动负载较重，在再整步时，特别是对转动惯量大，失步时稳态滑差小的机组就具有重要的作用，投励角的选择不当就会造成整步或再整步的失败。 if1为顺极末尾投励时转子感应电流； if2为反极末尾投励时转子感应电流； I为投励后的直流励磁电流 2.2.5、整步强励 为了提高同步电动机牵入同步的能力，在投励开始时，控制电路自动进行强励，强励倍数和强励时间可以在人机界面中设定。2.2.6、长期不投励跳闸 同步电动机起动时短时间内产生的热量绝大部分停留在阻尼绕组内来不及散出去，因此阻尼绕组温升很高，起动一次温升可达到300度以上。当阻尼绕组的阻尼导条方向膨胀量不一致时就会受到很大的温度应力。在多次连续起动后，不但定子温升高，阻尼绕组也往往因多次大电流冲击而温升过高，强度降低，而且因急剧膨胀会产生很大温度应力造成开焊和断条。上述断条和由于焊接质量问题造成的接触不良会导致同步电动机起动时间延长。当断条数量过多或端环严重接触不良时，起动困难，甚至不能起动，又会导致新的断条，形成恶性循环。因此必须对同步电动机异步起动的过程进行监测和保护。当电动机在给定的时间内转速没有达到要求或者是总的启动时间过长，则主控单元发出跳闸指令。2.3、同步电动机运行控制方案 通过对励磁电流的调节，可以调节同步电动机的运行状态。同步电动机运行在欠励状态，从电网吸收滞后的无功功率；运行在过励状态下，从电网吸收超前的无功功率，即向电网输出滞后的无功功率，从而提高电网的功率因数，因而对励磁电流的控制至关重要。LD2000全数码励磁装置设计了各种自动运行方式（恒功率因数或恒无功功率或恒励磁电流或恒励磁电压闭环控制方式）和手动运行方式（恒触发角方式）。2.3.1、恒励磁电流、励磁电压调节 励磁电流、励磁电压经过变送器LEM模块隔离以后，送入主控单元的模拟量处理模块，适配到主控单元A/D转换器量程内，进行采样，将采样之值与给定值进行比较，求出晶闸管的控制角，并进行移相触发，使励磁电流或励磁电压保持恒定。2.3.2、恒功率因数或恒无功功率调节 恒功率因数或恒无功功率运行方式是保证同步电动机带有一定的有功负载运行时，自动调节励磁电流，确保向电网输出一定比例的无功功率，从而改善电网的功率因数。同步电动机的定子电压和定子电流经过PT和CT降压隔离后进入主控单元的模拟量处理模块，主控单元测量出功率因数角和无功功率与给定值比较，根据偏差调节使其保持恒定。其传递函数方框图如下图所示。 2.3.3、控制方式的切换 恒触发角、恒励磁电流、恒励磁电压、恒功率因数、恒无功功率五种自动调节方式可以由人机界面进行无扰动切换。2.4、同步电动机的失步检测及其保护在实际运行中由于某种原因，同步电动机会出现脱离同步的现象。同步电动机的这种运行状态称为失步。同步电动机失步将引起严重的电流、电压、功率及转速的振荡，对电网和电动机产生很大的冲击。同步电动机的失步原因很多，主要有以下三种：一为在较重的负载下，电网电压由于某种原因，如附近其他较大负载的投入等，引起电网电压暂时跌落，而导致同步电动机失步，叫作带励失步。二是励磁装置本身故障致使励磁失去引起的失磁失步。三是电网高压侧发生瞬时保护动作，而导致同步电动机失步，即断电失步。LD2000系列全数码励磁装置专门设计了失步监测及其保护环节。在励磁装置中，主控单元对转子电流和定子电流、功率因数和无功功率的变化进行监测，并考虑延时以躲过同步振荡，判定是否有失步发生。如果发生失步，则在软、硬件的控制下，按用户的要求选择再整步方式或跳闸停机方式。 LD2000系列全数码电动机励磁装置还能同断电失步保护装置（DSBW）配套使用。2.4.1、低压强励 LD2000系列全数码励磁装置在电网跌落时，起动强励环节，本设备改变了以往设备继电强励的方式，改为根据电压跌落的情况提供不同的强励倍数，最大限度的利用了主控单元的强励功能，有效的提高了同步电动机的静态稳定性，避免失步。 第三章 硬件结构3.1、概述 针对用户的具体要求和不同容量的电动机，LD2000励磁装置的配置可以采用单通道（即一套主控单元、一套功率单元）或双通道运行（即二套主控单元、二套功率单元）或混合模式（即二套主控单元、一套功率单元或一套主控单元、二套功率单元），双通道工作模式配备完全独立的两个控制柜，每柜均含有主控单元、功率单元、电源及相关的逻辑操作回路。两套系统并列运行，每套系统均能满足包括强励在内的电动机各种运行工况对励磁调节特性及可靠性的要求。 LD2000系列全数码励磁装置配置： 主控制单元： 可编程计算机控制器PCC（LD2100型）、性能优越的16位嵌入式微控制器MCU（LD2200型）、先进32位嵌入式微控制器MCU（LD2300型）、可编程控制器PLC（LD2400型） 控制电源： 交直流双路供电，采用进口高可靠电源模块 交直流开关： 进口优质开关 功率桥： 可控硅全控或半控桥整流电路或开关管方式，其参数依工 程而定 切换逻辑： 莫迪康MODICON可编程控制器NEZA或进口继电器控制逻辑 录波功能： 试验/故障录波，Win2000界面（此项为可选） 人机接口： 触摸屏或文本显示器，汉化界面（用户选择）3.2、模拟量量测转换器（传感器、变送器） 现场送给励磁装置的信号都是100V、5A的强电信号，而主控单元的A/D转换一般只能处理+10V以内的弱电信号，LD2000系列励磁装置采用进口的量测转换器ATD（如变送器ATD3131、ATD3133等）将一次系统中的强电信号转换为弱电信号，完成强、弱电的隔离。 ATD仪表PT的100V电压经二次电压传感器电路隔离、转换成2.5V左右的交流弱电信号，将定子CT的A、C相电流经二次电流传感器隔离、转换成3.6V左右的交流弱电信号，将励磁电流（或励磁电压）经进口传感器LEM转换成5V以内的弱电信号，供给主控单元作A/D采样。对电动机的定子电压采用的是V型接线，即以B相为参考点，分别量测AB、CB线电压，取平均后得到定子电压值。采样定子电流的A、C相取平均后得到定子电流值。对有功功率Pe，无功功率Qe的测量采用的是两表法，即以B相为参考点分别用AB线电压对A相电流，CB线电压对C相电流作计算，取其和为电动机的有功功率Pe和无功功率Qe，两表法的计算可参考下式：3.3、主控单元LD2000系列不同型号的励磁装置其主控单元组成不同：分别是可编程计算机控制器PCC、高性能16位嵌入式微控制器MCU、先进32位嵌入式微控制器MCU、可编程控制器PLC。3.3.1、可编程计算机控制器PCCLD2100系列主控单元基本配置包括6种控制模块，它们分别是中央控制器模块（CPU）7CP476.60-1，模拟量/数字量转换模块（A/D）3AI351.70，开关量输入输出模块（DIO）7DM465.7，脉冲形成模块（PULSE）7DO135.70，模拟量变送模块（PTCT）ATA8383，高速计数模块（COUNTER）7DI135.70，人机接口模块（DISPLAY）：用户可以选用紧凑型文本显示器（B&R PANELWARE）PP127或触摸屏式显示器（B&R POWERPANEL） PP120。CPU：7CP476.60-1（B&R2003 CPU模块） 中央处理器：B&R2003 CPU 指令周期：0.5S（平均时间为70开关量和30的模拟量处理） 存储容量：750KB SRAM，1.5MB Flash PROM实时时钟分辨率：1S串行口：一个RS232，一个CANBUS（电隔离）A/D：7AI1351.70（B&R2003模拟量模块） 分辨率：12位符号位转换时间：不大于0.2mS范围：10V或020mADIO：7DM465.7（B&R2003数字量混合模块） 点数：16入/16出输入：24VDC，4mA，1mS输入延迟输出：24VDC，0.5A，450S输出延迟COUNTER：7DI135.70（B&R2003高速计数模块）输入、输出点数：4路高速数字输入、1路微秒级比较器输出输入电压：24VDC输入延迟：最大值为3S输入频率：100KHZPULSE：7DO135.70（B&R2003数字量输出模块）输出点数：4路输出类型：FET开关电压：1224VDC开关电流：最大0.1A开关滞后：小于2.4SDISPLAY： 紧凑型文本显示器（B&R PANELWARE）PP127显示范围：最小LCD 420，最大128240象素的图形终端（1640字符）按键：最多47个键，部分LED指示保护：IP65 触摸屏式显示器（B&R POWERPANEL）PP120显示：5.7LCD单彩1/4VGA、5.7LCD彩色1/4VGA、10.4TFT液晶屏触摸屏：电阻型处理器：GEODE SC2200 233MHZ接口：RS2323.3.2、高性能16位嵌入式微控制器LD2200型主控单元基本配置包括6种控制模块，它们分别是中央控制器模块（CPU）CKK9601（含人机接口模块（DISPLAY）KCD2864），模拟量/数字量转换模块（A/D）ATD8386，开关量输入输出模块（DIO）DIO1616，模拟量变送模块（PTCT） ATA8383，继电器报警输出模块（SSR） DEL1616，脉冲放大模块（PULSA）MCF2406。CPU：CKK9601 中央处理器：MCS8098/80C196KB/80C196KC，16位 工频频率： 12MHZ/16MHZ/20MHZ 存储容量： EPROM 16KB/RAM 72KB/E2PROM 2KB 高速输入： 4HSI 高速输出： 6HSO 定时器： 2个硬件定时器加4个软件定时器，16位串行口： 全双工，9600/19200 BPSA/D：ATD8316 A/D芯片： ADS774 分辨率： 12位 转换时间： 8.5S 通道数： 8/16通道同时采样保持 电源： 自带DC/DC隔离电源 功率消耗： 5VDC，50mADIO：DIO1616 点数： 光电隔离式16入/16出 输入阻抗： 2K 输出驱动： 50VDC，200mA 延迟时间： 不大于10S功率消耗： 5VDC，60mAPTCT：ATA8383 模拟通道数：12通道电压，4通道电流 输入： 电压100VAC，电流5A 输出： 05VAC 时间延时： 10mS 功率消耗： 5VDC，100mASSR：DEL1616 控制点数： 16点，共16个端子 直流输入： 30VDC220VDC 节点电流： 最大2A功率消耗： 5VDC，100mA PULSA：MCF2406 脉冲点数： 6路 输入： 光电隔离输出： 脉冲变压器隔离电源： 24VDC功率消耗： 24VDC，200mADISPLAY：KCD2864可显示文字种类：汉字、英文或图形点阵数：12864点大小：0.390.55尺寸：78.070.003.3.3、先进32位嵌入式微控制器 LD2300型主控单元基本配置为6种控制模块，除中央控制器模块（CPU）CKK6832（含人机接口模块（DISPLAY）KCD6448）不同外，其余5种模块与LD2200型主控单元配置基本相同。CPU：CKK6832中央处理器：MC68332工作频率：16MHZ/20MHZ/25MHZ存储容量：1M Flash ROM、1M SRAM 定时器：2个定时器加16个独立的可编程通道，每通道可执行任意的定时功能，包括输入捕捉、输出比较、PWM调制输出串行口：1个RS232接口，1个SPI接口，1个BDM接口DISPLAY：KCD6448可显示文字种类：汉字、英文或图形分辨率：12232（单显）、12864（单显）、240128（单显）、320240（单显）、640480（彩显）键盘：88矩形键盘（包括8个数码管）3.3.4、可编程控制器PLC LD2400型主控单元基本配置包括8种控制模块，它们分别是中央控制器模块（CPU）FP2C1A，模拟/数字转换模块（A/D）FP2AD8，开关量输入输出模块（DIO）FP2X16D2、FP2Y16R，脉冲形成模块（PULSA）MCF2416，电源模块（POWER）FP2PSA3，模拟量变送模块（PTCT）AT8383，人机界面（DISPLAY）GT10。CPU：FP2C1A（FP2型可编程控制器CPU单元） 程序容量：48K步 运算速度：0.35S（顺序指令）内部继电器：4048点定时器/计数器：共1024点串行口：1个RS232C和1个高级通讯接口（可联接调制解调器）AD：FP2AD8（FP2型可编程控制器模拟量单元）分辨率：16位（10V）转换时间：0.5mS/通道通道数：8通道总精确度：1.0F.S.（055摄氏度）DIO：FP2X16D2、FP2Y16R（FP2型可编程控制器输入、输出单元）点数：FP2X16D2：16点直流输入，FP2Y16R：16点继电器输出输入阻抗：3K输出驱动：250VAC，2A延迟时间：输入0.2mS以下，输出10mS以下电源模块：FP2PSA3（FP2型可编程控制器电源单元）输入：100240VAC电流消耗：0.7A以下（100VAC），0.4A以下（200VAC）输出：5VDC，5A（最大）DISPLAY：GT10（FP2型可编程控制器触摸屏）显示元素：STN单色LCD可显示文字种类：汉字、英文或图形点阵数：160（W）64（H）点阵触摸分辨率：分辨数20（W）8（H）通讯规格：RS232C标准CPU模块是励磁控制系统的核心，所有的控制过程都是在该模块的指挥下进行，它完成数据的采集处理，控制规律的计算以及脉冲的产生，人机接口的监控功能和自检功能。CPU模块的硬件、软件设计的可靠性是整个控制系统安全运行的关键因素。A/D模块完成由模拟量转换为数字量的功能。DIO模块完成数字量的输入输出功能，用来获取现场的状态信息，以及输出指示信号。由主控单元输出脉冲信号经过光电隔离输入到脉冲放大板，产生六个双窄脉冲，给脉冲变压器触发晶闸管导通。SSR模块是与强电回路的接口板，用于输出指示信号。报警输出直接由DIO模块经端子式继电器送出。为了加快计算复杂控制规律时的运算速度，可以在主控单元内增加DSP加速模块DSP3250。 DSP3250采用的是美国TI公司（德州仪器公司）的TMS320系列32位数字信号处理芯片TMS320C50-80。由于采用了硬件乘法器，在单指令周期25nS内可完成一次乘法和一次加法，由于采用了超标量、超流水线技术，使得该DSP可以在同一时间运行多条指令（并行处理技术），并且处理前、后的指令可重叠运行，这使得该处理器的执行速度大大提高。DSP3250的技术性能指标如下：DSP：DSP3250 中央处理器：TMS320C50，32位 工频频率： 40MHZ/80MHZ 处理能力： 100MIPS存储容量： 9KW双口RAM/16KWEPROM3.4、功率单元功率单元可采用可控硅三相全控桥整流电路或其它电路形式。可控硅三相全控桥整流电路，共采用了6个可控硅单元，每个SCR上均有RC吸收回路，整流电源由励磁变压器供给，交流侧装有的空气开关以及快速熔断器作为电源开关及保护。在整流桥的直流侧接有直流电流表及直流电压表，以监视整流桥的直流输出。整流桥的输出与电动机的励磁绕组相连接。对于电阻电感负载，不同的角时输出的直流电压为： Uf-整流桥输出的直流电压 UZ-整流桥输入的交流线电压 全控桥要求有6个相同的移相触发脉冲，为保证触发的可靠性，LD2000采用的相差60电角度的双脉冲触发，触发脉冲幅值为24V，宽度为18，角的变化范围可以从10150（若考虑强励顶值倍数限制，min要予以限制）。3.5、逻辑回路数码励磁由于大部分功能均由软件实现，外部逻辑回路就显得非常简单，主要是用若干直流220V继电器完成外部开关量信号的隔离以及接点的扩展，从现场来的主油开关、增、减磁接点，均经过直流220V继电器隔离，因为这些信号一般传送距离较远，且混在强电电缆沟里，直流220V操作有利于提高抗干扰能力。经隔离后的继电器接点经光隔后读入主控单元，由此可见，开关量经过电磁与光电双重隔离，并保证柜外均是强电接口，柜内24V电源不引出柜体，从而保证可靠性。第四章 软件功能4.1、总体软件结构全数码励磁装置的软件由主程序和中断服务程序两部分组成。主程序控制数码励磁装置的主要工作流程，完成数据处理、控制规律的计算、控制命令的发出及限制、保护等功能；中断服务程序则用于实现交流信号的采样及数据处理、触发脉冲的软件分相和机端电压的频率测量等功能。本系统的总体软件设计如图4.1所示。除主程序外，软件中还有三个起不同作用的中断服务子程序。分别用于交流信号的采样（流程图如图4.2所示）、触发脉冲的软件分相和机端电压的频率测量（流程图如图4.3所示）以及由WATCHDOG发出的中断（流程图如图4.4所示）。主程序包括以下几个模块：（1） 控制调节软件。包括电动机励磁电压、励磁电流调节、无功/功率因数调节以及各种附加控制等所使用的控制规律的调节模块。（2） 限制及保护模块。包括励磁电流及整流桥、风机工作情况、系统工作情况的监视与保护。（3） 数据采集及信号处理模块。包括电压、电流信号的采集与处理，并且由电压、电流信号计算出功率信号。（4） 移相及触发脉冲模块，包括控制角的延时触发、分相触发以及同步电压信号的频率测量。（5） 手动/自动跟踪、双通道跟踪模块。（6） 通信模块。通过丰富灵活的软件系统和与之相配合的硬件，全数码励磁装置可以实现下述励磁调节控制功能：（1） 可选择多种运行方式。恒励磁电压、恒励磁电流（自动）运行；恒无功功率运行；恒功率因数运行；恒触发角（手动）运行。（2） 可供选择的PID、LOEC、NEC、FLEC等调节控制规律。（3） 运行参数可选择显示并在线修改。主要参数有：励磁电流给定、各调节控制规律的有关参数、阶跃响应设定、各种限制、保护的整定值等。（4） 软件实现数字给定及其平稳调整。（5） 多种励磁限制。如最大励磁电流瞬时限制、电机过励反时限延时限制、过励瞬时限制、晶闸管整流柜故障、风机故障、失步及再整步功能的选择等。（6） 手动/自动运行方式的相互跟踪，跟踪精度高、切换无波动。（7） 独立的后备通道，自动跟踪工作通道，切换无波动。（8） 励磁系统出现失磁、失控故障或软件连续几次出轨而自复归无效时，自动切换到备用通道工作。（9） 软件具有自诊断、自恢复功能。4.2、软件设计方法LD2000全数码励磁装置软件设计满足可靠性、可测试性、可维护性的要求，采用结构化和模块化设计方法。采用了五种基本结构，即：（1）顺序结构（DO结构）；（2）选择结构（IF结构）；（3）当结构（WHILE结构）；（4）重复结构（REPEAT结构）；（5）循环结构（FOR结构）。 在进行软件设计时，遵循以下原则：（1）独立性原则。即对问题、任务进行分解时，应使各任务之间最大地无关，而在同一个子任务内的内容应强相关，这样，程序各模块的独立性高，模块之间耦合弱，接口关系简单。（2）简单性原则。即一个模块应在一页纸内写完，也就是一个模块的语句数最好不超过50句，因为语句多了，可读性、可理解性就差了。（3）单入口、单出口原则。即一个模块只允许有一个入口和一个出口，不允许从模块的外部直接跳到模块的内部。也不允许从模块的内部直接跳到模块的外部。一个模块只能通过CALL调用，用RET返回。在一个模块内则可以用JUMP指令跳转。（4）流水线原则。即对于顺序连接的模块，前一模块的输出应尽可能直接地作为下一个模块的输入，避免再进行额外的格式转换。（5）可测试性原则。软件的错误具有积累性和放大性，前一阶段的错误会使后一阶段工作中产生相应的错误，甚至造成后一阶段几个错误的出现，因此要及早发现错误，越早修正，所花的代价越小。因此软件从一开始就应可测试，并在每一阶段中引入计算审核和错误反馈，使得错误能尽早发现并修正。（6）最后，建立完备的软件文档。软件不单单是程序，往往软件设计思想的文档比程序清单更重要。一个模块完成后，至少应提供三份文档：含有简单说明的程序清单；该程序模块的流程图；该程序的设计思想、变量说明、实现原理、数据结构及参考文献等。 编程语言采用C语言和汇编语言（对于可编程控制器LF24系列则用梯形图PLD、指令表IL、Basic及顺序功能图SFC等）相结合，这主要是考虑快速运算的要求。由于汇编语言编程较困难。而C语言具有结构化设计的特点，语言简洁紧凑，使用方便灵活，有丰富的库函数和较好的调试手段，所以可用C语言和汇编语言结合进行混合编程。可在C语言中内嵌汇编指令，也可用汇编语言调用C函数，或用C语言调用汇编子程序。4.3、主控制程序 主控制程序每个周波执行六次（由锁相环控制精确均匀进