基于ARM处理器和PLC的同步发电机微机励磁装置制造方法及图纸

一种基于ARM处理器和PLC的同步发电机微机励磁装置，包括信号测量模块、PLC控制模块、IGBT功率单元、灭磁开关和起励回路；其中：还包括ARM9信号处理模块；所述信号测量模块采集发电机参数输入ARM9信号处理模块，ARM9信号处理模块完成励磁调节参数运算、人机交互、电能质量分析、以太网通信等功能，并将励磁调节参数输入PLC控制模块；PLC控制模块输出PWM脉冲和控制信号至IGBT功率单元以调节励磁电流，并控制灭磁开关、起励回路和发电机出口断路器以完成起励、灭磁、并网等励磁控制和保护功能。该装置具备良好的人机交互、高效的智能调试、网络化监控等多种优点，并具有很高的准确性、实时性和可靠性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种同步发电机微机励磁装置，特别涉及了一种以ARM处理器和PLC双CPU结构为核心控制部件的同步发电机微机励磁装置。
技术介绍
励磁调节装置的性能和可靠性直接影响发电机运行的稳定性与可靠性。随着发电机单机容量和电网容量的不断扩大，对励磁装置不仅在实时性、精确性、可靠性和稳定性方面提出了更高要求，还要求励磁装置具备控制与监测智能化、数据传输网络化等特点。基于PLC的励磁装置具有很高的可靠性和稳定性，但是PLC受运算能力和外设功能的限制，响应速度较慢，辅助功能较少。
技术实现思路
本技术的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种基于ARM处理器和PLC的同步发电机微机励磁装置，将ARM9嵌入式平台强大的运算能力和丰富的外设功能，与PLC的高抗干扰、高可靠性相结合，在简化外围电路的同时使励磁装置具备了良好的人机交互、高效的智能调试、网络化监控等多种优点，并具有很高的准确性、实时性和可靠性。为了实现上述目的，本技术采用了以下技术方案:一种基于ARM处理器和PLC的同步发电机微机励磁装置，包括与发电机相连接的信号测量模块、PLC控制模块、IGBT功率单元、灭磁开关和起励回路，其中:还包括ARM9信号处理模块；所述的信号测量模块通过SPI总线与ARM9信号处理模块双向连接；所述的ARM9信号处理模块通过485总线与PLC控制模块双向连接；所述的PLC控制模块的输出端分别与IGBT功率单元、灭磁开关、起励回路、发电机出口断路器的控制端相连接；所述的IGBT功率单元在PLC控制模块的控制下输出励磁电流至发电机的转子绕组以调节发电机的机端电压；所述的信号测量模块对发电机的参数进行同步交流采样后将采样数据输入ARM9信号处理模块，ARM9信号处理模块对采样数据进行运算后得出驱动IGBT功率单元的PWM脉冲占空比α和发电机运行参数，并将运算结果输入PLC控制模块，PLC控制模块根据占空比α输出相应的PWM脉冲和控制信号驱动IGBT功率单元以调节励磁电流，并控制灭磁开关、起励回路和发电机出口断路器等以完成起励、灭磁、并网等励磁控制和保护功能。发电机包括定子绕组和转子绕组。本技术进一步说明，以上所述的ARM9信号处理模块以32位的ARM9嵌入式处理器为主控CPU，所述的ARM9嵌入式处理器设有运算处理各项数据的事务管理功能单元、外接触摸屏人机交互界面的内置IXD控制器、数据/地址/控制信号总线、内置SPI串口和内置RS232串口 ；所述的数据/地址/控制信号总线通过以太网控制器与上位机双向连接，同时通过CF卡接口与CF卡双向连接；所述的内置SPI串口与信号测量模块双向连接；所述的内置RS232串口通过485总线接口与PLC控制模块双向连接。本技术进一步说明，以上所述PLC控制模块设有内置RS485串口、高速脉冲计数器、数字量输入单元和数字量输出单元；所述高速脉冲计数器的高速脉冲串输出端用于输出PWM脉冲驱动IGBT功率单元以调节励磁电流，PWM脉冲的占空比α越大，IGBT功率单元输出的励磁电流越大；所述的数字量输出单元用于输出控制信号至IGBT功率单元、灭磁开关、起励回路、发电机出口断路器，以执行起励控制、灭磁开关分合、功率单元投切、发电机并网、发电机解列等励磁控制和保护动作。本技术进一步说明，以上所述的IGBT功率单元包括励磁变压器、不可控整流桥、IGBT元件A、IGBT元件B、逻辑切换开关和IGBT专用驱动电路；PLC控制模块的高速脉冲串输出端与IGBT专用驱动电路的输入端相连接，IGBT专用驱动电路的输出端与逻辑切换开关的输入端相连接，逻辑切换开关的控制端与PLC控制模块的数字量输出端相连接，其输出端分别与IGBT元件A和IGBT元件B的控制端即IGBT元件的栅极相连接；PLC控制模块输出的PWM脉冲经IGBT专用驱动电路进行隔离和放大后，由逻辑切换开关选择用于控制IGBT元件A或IGBT元件B的导通-截止，PWM脉冲的占空比α越大，则IGBT元件的导通时间越长；所述的励磁变压器从发电机的输电线端获取三相交流电，由不可控整流桥进行整流、滤波变成直流电后，经IGBT元件A或IGBT元件B输入发电机的转子绕组作为励磁电流，IGBT元件的导通时间越长，则励磁电流越大。本技术进一步说明，以上所述的IGBT元件A和IGBT元件B为相同型号的绝缘栅双极型晶体管，并安装在同一个热管散热器上；所述绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。两个IGBT元件中的一个处于正常工作状态，另一个处于热备用状态，PLC控制模块通过操作所述的逻辑切换开关控制PWM驱动脉冲的流向以切换IGBT元件的工作状态，从而延长IGBT元件的寿命和提高系统可靠性。本技术进一步说明，以上所述的信号测量模块包括多通道同步Α/D变换电路、信号调理电路以及分别与信号调理电路相连接的机端电压互感器、仪用电压互感器、电网电压互感器、输出电流互感器、励磁电流传感器和励磁电压传感器；所述的机端电压互感器、仪用电压互感器、电网电压互感器、输出电流互感器的一次侧与发电机的输电线相连接；所述信号调理电路的输出端与多通道同步Α/D变换电路的输入端相连接；所述的多通道同步Α/D变换电路通过SPI总线与ARM9信号处理模块相连接。本技术进一步说明，所述的励磁电流传感器、励磁电压传感器为霍尔型传感器，根据霍尔效应来测量励磁电流和励磁电压。本技术的工作原理是:信号测量模块采用多通道同步Α/D变换电路对经信号调理电路变换后的发电机、电网的运行参数进行同步交流采样，并将采样数据经SPI总线输入ARM9信号处理模块；ARM9信号处理模块采用数字信号处理算法对交流采样数据进行运算得出发电机励磁调节所需参数，然后根据发电机的电压设定值和测量值之差，按所选择的励磁调节算法，综合励磁电压负反馈、附加调差和PSS信号计算出驱动IGBT功率单元所需的PWM脉冲的占空比α的数字量，并将运算数据通过485总线输入PLC控制模块；PLC控制模块根据占空比α经高速脉冲串输出端口输出相应的PWM脉冲和控制信号驱动IGBT功率单元以改变励磁电流，从而达到调整发电机机端电压、无功功率或输出电流的目的，PLC控制模块还根据发电机和功率单元的运行状态控制灭磁开关、起励回路和发电机出口断路器等以执行相应的起励控制、FMK (灭磁开关)分合、功率单元投切、发电机并网、发电机解列、故障报警等励磁控制和保护动作。本技术将ARM9嵌入式平台强大的运算能力控制能力、丰富的外设功能(如IOM/100M以太网通信接口、IXD触摸屏控制接口、大容量CF卡或IDE硬盘接口等)与PLC的高抗干扰性、高可靠性相结合，利用ARM9处理器控制信号测量模块，实现对发电机励磁调节参数的实时采集与高精度运算，使得励磁装置不仅能够完成基本的励磁调节和保护功能，而且可以采用先进的测量算法和非线性控制策略以提高励磁控制的准确性、实时性和稳定性，ARM9信号处理模块同时还基于Linux操作系统设计励磁系统软件，根据重要性的不同对励磁装置的各项任务进行划分和管理，从而完成人机交本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ARM处理器和PLC的同步发电机微机励磁装置，包括与发电机（1）相连接的信号测量模块（2）、PLC控制模块（4）、IGBT功率单元（5）、灭磁开关（6）和起励回路（7）；其特征在于：还包括ARM9信号处理模块（3）；所述的信号测量模块（2）通过SPI总线与ARM9信号处理模块（3）双向连接；所述的ARM9信号处理模块（3）通过485总线与PLC控制模块（4）双向连接；所述的PLC控制模块（4）的输出端分别与IGBT功率单元（5）、灭磁开关（6）、起励回路（7）、发电机出口断路器（8）的控制端相连接；所述的IGBT功率单元（5）在PLC控制模块（4）的控制下输出励磁电流至发电机（1）的转子绕组（12）以调节发电机（1）的机端电压；所述的信号测量模块（2）对发电机（1）的参数进行同步交流采样后将采样数据输入到ARM9信号处理模块（3），ARM9信号处理模块（3）对采样数据进行运算后得出驱动IGBT功率单元（5）的PWM脉冲占空比α和发电机运行参数，并将运算结果输入PLC控制模块（4），PLC控制模块（4）根据占空比α输出相应的PWM脉冲和控制信号驱动IGBT功率单元（5）以调节励磁电流。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韦善革，施武生，吴杰康，
申请(专利权)人：南宁亿通电气有限公司，
类型：实用新型
国别省市：