基于电动钻机的柴油发电机组控制器的研究

摘要

随着电动钻机电控系统向着智能化、数字化和网络化发展,已有的柴油发电机组控制器已不能满足钻机电控系统的发展要求。为了使电动钻机电控系统的功能进一步完善,实现对柴油发电机组的远程监测和控制,因此需要研究设计集数字控制与总线通信为一体的发电机组控制器。
　　 本文选用TI公司的TMS320F2812作为控制器的主控芯片,利用其强大的计算能力和丰富的外设实现了柴油机的转速和发电机的电压控制以及与西门子PLC的总线通信,其中转速控制采用转速环和电流环的双闭环控制,电压控制采用电压环和电流环的双闭环控制,采用eCAN总线与PROFIBUS总线协议转换实现DSP与PLC的通信。
　　 在硬件设计方面,采用模块化的设计思想,有利于进行功能扩展和维护。控制模块利用光电编码器以及各种传感器完成转速以及电压、电流和功率等反馈信号的测量,将反馈信号送入DSP中按照软件设计中的算法进行控制运算,输出控制信号经隔离后对转速、电压等控制量进行调节完成闭环控制；通信模块利用eCAN-PROFIBUS协议转换单元结合软件设计完成运行参数的上传以及控制指令的接收。
　　 在软件设计方面,采用结构化的编程思想,有利于进行程序测试和维护。利用中断子程序完成反馈信号A／D输入、控制算法运算、控制信号D／A输出以及总线通信等功能,可以使系统的响应速度和运行效率更高；为了解决PID算法中存在的积分饱和问题,设计采用了抗积分饱和PID算法进行控制运算。
　　 最后利用实验室的现有条件进行了控制器的性能验证,对比实验表明该控制器响应快、稳定性高,通信速度快、准确性高,基本达到了设计要求。