基于物聯(lián)網(wǎng)的智能型同步發(fā)電機勵磁電源終端的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及同步發(fā)電機的電源終端，具體的說是一種物聯(lián)網(wǎng)的同步發(fā)電機勵磁電源終端。
【背景技術】
[0002]同步電機的工業(yè)應用非常廣泛，而勵磁電源則是驅(qū)動同步電機正常運轉(zhuǎn)的核心部件。在同步電機的不同運行狀態(tài)下，勵磁電源終端需要準確地輸出合適的勵磁電流，以保持同步電機的正常運轉(zhuǎn)。對于勵磁電源產(chǎn)品，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，其主電路結構已經(jīng)相對成熟，改進的空間不大，現(xiàn)在產(chǎn)品的發(fā)展方向是智能化和信息化。然而，目前制約國內(nèi)廠家的關鍵問題是，不能將最新的硬件技術和先進的控制算法快速融入產(chǎn)品，跟上智能化、信息化的時代發(fā)展潮流。
[0003]對于同步電機，在起動、欠壓、欠勵、過勵、失步、再同步、停機等不同的運行狀態(tài)下，需要勵磁電源不投勵、投全勵、強勵、滅磁以及逆變饋電等不同的工作模式。并且針對不同的工業(yè)需求，勵磁電源還需要在恒電壓、恒電流、恒功率因數(shù)以及恒無功等不同控制方式下運行。因此，根據(jù)電機的運行特性和勵磁電源的工作狀態(tài)，智能地切換勵磁電源的控制方式，合理地調(diào)配系統(tǒng)的控制參數(shù)，最終實現(xiàn)勵磁電源的智能控制非常必要。
[0004]另外，隨著計算機網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、云計算等高新技術已經(jīng)逐漸成熟，越來越廣泛的應用到工業(yè)和民用產(chǎn)品中。傳統(tǒng)的工業(yè)產(chǎn)品多采用485總線和CAN總線作為通信方式，現(xiàn)在很多工業(yè)產(chǎn)品開始采用速度更快、無線通信更方便、網(wǎng)絡拓展更容易的以太網(wǎng)作為通信工具。通過以太網(wǎng)絡，可以很方便地與上位機通信，不僅可以將設備的運行狀態(tài)信息快速地發(fā)送到監(jiān)控計算機，為企業(yè)信息融合和現(xiàn)代化管理提供便利；也很容易實現(xiàn)跨地區(qū)、跨國界的遠程監(jiān)控，方便設備的故障診斷和系統(tǒng)升級。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]現(xiàn)有技術不能實時遠程監(jiān)控同步發(fā)電機勵磁電源運行狀態(tài)，當同步發(fā)電機勵磁電源終端出現(xiàn)故障時，人們不能及時有效的發(fā)現(xiàn)解決故障，本發(fā)明將同步發(fā)電機勵磁電源終端和互聯(lián)網(wǎng)有效結合起來，實現(xiàn)對電源終端實時的識別、管理和控制。
[0006]本項發(fā)明旨在為同步電機提供網(wǎng)絡化的智能型勵磁電源終端，為工業(yè)生產(chǎn)提高生產(chǎn)效率、降低能耗、改善信息化水平打下良好的基礎。
[0007]同步發(fā)電機勵磁電源是基于可控硅三相全橋整流技術，設計同步電機勵磁電源終端的控制主電路、模擬信號和數(shù)字信號的采集與處理。以DSP芯片為核心數(shù)據(jù)計算處理器，ARM芯片為交互控制處理器，設計功能強大的勵磁電源控制電路。統(tǒng)籌安排各功能模塊，研制功能強大的同步電機勵磁電源終端。
[0008]1、勵磁控制技術
[0009]為了提高同步電機及機組的動態(tài)穩(wěn)定性，減少電機由于電網(wǎng)或負載等突然波動而導致電機失步的機率，確保工藝生產(chǎn)的連續(xù)性與穩(wěn)定性，引入了轉(zhuǎn)子勵磁電流負反饋與定子功率因數(shù)負反饋相結合的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而使整機的性能指標大大提高。具體表現(xiàn)在:當供給勵磁系統(tǒng)的電源發(fā)生波動時，勵磁控制器電流環(huán)能迅速作出反應，自動調(diào)整可控硅觸發(fā)導前角，使勵磁電流基本保持恒定；當勵磁繞組直流電阻隨溫度變化時，勵磁控制器電流環(huán)將自動改變可控硅觸發(fā)導前角，維持勵磁電流恒定；當同步電機定子供電電源和負載發(fā)生波動時，勵磁控制器的功率因數(shù)環(huán)迅速作出反應，自動加大或減小勵磁電流給定值，在一定的范圍內(nèi)保持同步電機功率因數(shù)恒定。系統(tǒng)閉環(huán)控制結構圖如圖1所示。
[0010]以上均為全數(shù)字式閉環(huán)調(diào)節(jié)，并引入了比例積分調(diào)節(jié)器，使系統(tǒng)在保持良好的穩(wěn)定性的同時，具有較好的動態(tài)性能。PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)除可理論計算外，還可通過勵磁裝置的用戶接口進行在線修改。為了實現(xiàn)雙閉環(huán)勵磁調(diào)節(jié)，需要可控硅整流主回路、觸發(fā)脈沖形成及放大電路、DSP處理器及外圍電路、信號測取電路等硬件的支撐；同時還需要合理配置保護類軟件、測量運算類軟件、控制類軟件等軟件程序。為了使主機具有更高的可靠性，控制部分設置了雙通道功能，每個勵磁控制器配有完成雙閉環(huán)勵磁控制的所有軟硬件，主機設有故障巡檢、定位、報警和自動切換功能，使整機具有極高的運行可靠性。
[0011]2、智能控制策略
[0012]針對恒電壓、恒電流、恒功率因數(shù)、恒無功等不同控制方式以及不投勵、投全勵、強勵、滅磁以及逆變饋電等不同工作模式，統(tǒng)計、分析各種控制方式和工作模式下勵磁控制系統(tǒng)的輸入輸出特性，實驗和總結不同工況、干擾以及故障情況下系統(tǒng)的控制參數(shù)，建立詳細、全面的狀態(tài)規(guī)則庫。對規(guī)則庫進行分析和歸納，設計合理的模糊系統(tǒng)推理機制。當勵磁電源終端的運行狀態(tài)發(fā)生變化時，通過模糊系統(tǒng)推理確定當前的控制策略，自適應地調(diào)節(jié)控制參數(shù)，完成勵磁電壓、電流、功率因數(shù)等系統(tǒng)輸出的最優(yōu)控制。并且，在同步電機勵磁電源終端實際運行的過程中，可以對規(guī)則庫中沒有出現(xiàn)的運行狀態(tài)進行實時記錄，然后分析、總結和歸納新的規(guī)則，使系統(tǒng)具備自學習能力，提高勵磁電源終端的智能化水平。
[0013]3、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺的實現(xiàn)
[0014]物聯(lián)網(wǎng)即是將物體和互聯(lián)網(wǎng)連接在一起的網(wǎng)絡，物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺主要包括應用層、傳輸層、感知層二層。
[0015](I)感知層作為物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺的核心層，首先主要實現(xiàn)同步發(fā)電機勵磁電源的功能，信息的智能采集以及終端的識別等，它由勵磁電源終端、感應器件兩大部分組成，涉及的核心技術包括傳感器、無線路由器、無線網(wǎng)關等。具體采用DSP處理器和ARM雙核處理器，DSP處理器用來進行數(shù)據(jù)采集、計算和處理，信號識別等；ARM處理器用來進行用戶交互處理，包括監(jiān)控界面、USB接口通信、SD數(shù)據(jù)存儲卡接口通信、以太網(wǎng)接口通信、WIFI接口。主要實現(xiàn)了電源終端的識別和信息交換的功能。
[0016](2)傳輸層主要完成接入和傳輸功能，是進行信息交換、傳遞的數(shù)據(jù)通路，ARM芯片的MI I接口通過LAN8710A芯片連接RJ45接頭，實現(xiàn)10/100M以太網(wǎng)接口 ；采用uip協(xié)議棧內(nèi)置TCP/IP協(xié)議，設定IP地址，配置Web服務器，編寫B(tài)/S結構的網(wǎng)絡監(jiān)控程序，實現(xiàn)遠程訪問和控制功能。
[0017](3)處理層實現(xiàn)對感知層信息的處理和控制，本發(fā)明采用可視化編程語言VC++開發(fā)上位機軟件系統(tǒng)，對勵磁電壓、勵磁電流、滅磁電阻端電壓、電機轉(zhuǎn)速、失步狀態(tài)、故障狀態(tài)等運行數(shù)據(jù)進行實時采集。通過SQL Server數(shù)據(jù)庫對采集到的數(shù)據(jù)進行在線存儲，編寫系統(tǒng)分析模塊，對歷史和當前運行數(shù)據(jù)進行科學分析，并通過表格、圖形和動畫等方式顯示系統(tǒng)的分析結果，實現(xiàn)局部網(wǎng)絡的集中管理和監(jiān)控。
[0018]三層相互作用為物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺的實現(xiàn)打下基礎。如圖2為物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺設計框圖。
[0019]該勵磁電源終端需通過實驗驗證如下幾個方面的性能:
[0020](I)分析、比較系統(tǒng)的滅磁能力。不論