電動(dòng)鉆機(jī)發(fā)電機(jī)功率均衡的設(shè)計(jì)

電動(dòng)鉆機(jī)發(fā)電機(jī)功率均衡的設(shè)計(jì)摘要：針對(duì)發(fā)電機(jī)功率均衡在電動(dòng)鉆機(jī)中應(yīng)用的特性，設(shè)計(jì)了一種以功率變送器作為檢測(cè)元件，PLC為控制中心，采用多輸入多輸出模糊控制算法的實(shí)現(xiàn)方法。關(guān)鍵詞：功率均衡PLC模糊控制DesignofPowerEqualizationofGeneratorforElectricDriveDrillingRigAbstract：accordingtothecharacteristicofpowerequalizationofgeneratorforelectricdrivedrillingrig,designasyetemwhichusepowertransducerasdetectcomponent,plcasacontrolcenterandadoptmulti-input&multi-outputfuzzycontrolArithmetic.Keyword：powerequalizationplcfuzzycontrol電動(dòng)鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)由多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組組成，發(fā)電機(jī)在滿足并聯(lián)運(yùn)行的條件下通過(guò)并車控制并入動(dòng)力系統(tǒng)。這可使發(fā)電機(jī)在額定負(fù)載下運(yùn)行，提高了經(jīng)濟(jì)性；當(dāng)其中的任一臺(tái)出現(xiàn)故障或停機(jī)檢修時(shí)鉆機(jī)可不間斷作業(yè)，提高了可靠性；當(dāng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)容量增加，使得電壓和頻率更穩(wěn)定，提高了供電質(zhì)量。而保證發(fā)電機(jī)并車后可靠穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵是：在各種鉆井工況下，發(fā)電機(jī)組間的功率均衡或按比例分配。主從控制方式是電動(dòng)鉆機(jī)中應(yīng)用最廣泛發(fā)電機(jī)并車控制方式，它控制各機(jī)組的有功功率電流和有功功率反饋電壓相等，這就可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的有功功率均衡分配[1]，但由于給定信號(hào)精確性和調(diào)速器的也存在非線形等缺陷，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。本文提出一種新的功率均衡實(shí)現(xiàn)方法，以下就該實(shí)現(xiàn)方法的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)展開(kāi)論述。一系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)控制原理圖見(jiàn)圖1，從圖可知，系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制，外環(huán)轉(zhuǎn)速，內(nèi)環(huán)以功率作為控制參量，這樣可滿足發(fā)電機(jī)的個(gè)體差異和長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后性能的變化，從而保障鉆機(jī)電力供應(yīng)的穩(wěn)定可靠。調(diào)速器調(diào)速器執(zhí)行器柴油發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速反饋功率反饋給定圖1單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)控制原理圖該系統(tǒng)采用西門子S7-400可編程控制器作為控制中心，以有功功率變送器為主要檢測(cè)器件，硬件框圖見(jiàn)圖2。有功功率變送器用來(lái)檢測(cè)各發(fā)電機(jī)的有功功率P，將該信號(hào)送入PLC的模擬量輸入模塊處理，之后，由PLC的模擬量端口輸出電壓疊加到調(diào)速器。同時(shí)也可將有功功率P信號(hào)作為動(dòng)力系統(tǒng)的功率反饋信號(hào)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率限制信號(hào)，使發(fā)電機(jī)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。功率變送器功率變送器S7-400PLC功率變送器功率變送器P1P2P3去調(diào)速器來(lái)自發(fā)電機(jī)U1U2U3圖2系統(tǒng)硬件示意圖S7-400PLC硬件組態(tài)包含模擬量輸入輸出模塊，按兩線制連接，其量程卡選B。S7-400有多個(gè)CPU，4個(gè)累加器，較大的存儲(chǔ)空間，塊嵌套可多達(dá)16層，塊的長(zhǎng)度可達(dá)64KB，二進(jìn)制指令執(zhí)行時(shí)間不超過(guò)0.1uS[2]。有功功率變送器采用電磁隔離原理，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝簡(jiǎn)易，過(guò)載能力強(qiáng)，性能可靠，其接線如圖2所示，技術(shù)性能指標(biāo)如表1：表1有功功率變送器技術(shù)性能指標(biāo)輸入范圍輸出類型輔助電源靜態(tài)功耗響應(yīng)時(shí)間隔離耐壓精度等級(jí)500VAC+10V+12VDC800mW600mS2500VDC0.5二系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)根據(jù)被控對(duì)象的特點(diǎn)，系統(tǒng)采用多輸入多輸出模糊控制。由于模糊控制不要求知道控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，對(duì)于非線形，強(qiáng)耦合等復(fù)雜系統(tǒng)僅需提供現(xiàn)場(chǎng)操作人員或?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)知識(shí)及操作數(shù)據(jù)。模糊控制用語(yǔ)言變量代替常規(guī)的數(shù)學(xué)變量，采用“不精確推理”來(lái)模擬人的思維過(guò)程[3]。由于目前對(duì)多輸入多輸出研究還不夠深入，加之人對(duì)具體事物在邏輯思維上通常不超過(guò)三維，故而在實(shí)際工程中廣泛應(yīng)用還有一定困難[4]。本文采用非解解析化的方法減弱變量間的耦合，簡(jiǎn)化模糊關(guān)系，能夠滿足工程設(shè)計(jì)的要求。現(xiàn)定義P1，P2，P3分別為#1，#2，#3發(fā)電機(jī)的有功功率，作為可編程控制器的輸入；而#1發(fā)電機(jī)與#2發(fā)電機(jī)及#3發(fā)電機(jī)的功率差為△P12，△P13其論域?yàn)閇-50,50],模糊子集{NM,NS,ZO,PS,PM},隸屬函數(shù)如圖4(a)。U1，U2，U3可編程控制器的輸出，作為修正量分別疊加到各自的執(zhí)行器，從而使發(fā)電機(jī)的P1，P2，P3接近。其論域?yàn)閇-20,20],模糊子集{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},隸屬函數(shù)如圖4(b)。例如：當(dāng)P3＞P1＞P2，則U1輸出接近零，U2，U3可以輸出較合適的修正值，根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)模糊控制規(guī)則表見(jiàn)表2。U1△P12△P13PMPSZONSNBPMNMNSNSZOPSPSNSNSZOZOPSZONSNSZOPSPSNSNSZOZOPSPSNMNSZOPSPSPMU2△P12△P13PMPSZONSNBPMPSZONSNMNBPSPSZOZONSNMZOPMPSZONSNMNSPMPSZOZONSNMPBNMPSZONSU3△P12△P13PMPSZONSNBPMPSPSPMPMPBPSZOZOZOPSPMZONSNSZOPSPSNSNMNSNSZOZONMNBNMNMNSNS圖4(a)圖4(b)模糊控制的實(shí)現(xiàn)就在于控制算法的編制，在此采用SIEMENSSTEP7集成開(kāi)發(fā)軟件來(lái)完成。在程序中運(yùn)用結(jié)構(gòu)化編程思想，其具體結(jié)構(gòu)為：OB1為主程序，系統(tǒng)在上電后執(zhí)行完啟動(dòng)程序后，就循環(huán)執(zhí)行OB1，它要完成對(duì)功能塊FB1的調(diào)用，主程序見(jiàn)圖5。DB1中主要包含模糊規(guī)則表，其中元素采用ARRAY數(shù)據(jù)類型。圖5主程序四結(jié)論設(shè)計(jì)過(guò)程證明該電動(dòng)鉆機(jī)發(fā)電機(jī)并車功率均衡設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，可靠性好；軟件結(jié)構(gòu)化程度高，可重用性較好，并且該程序設(shè)計(jì)可通過(guò)變量觀察表實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。同樣地，以上設(shè)計(jì)思路可應(yīng)用到發(fā)電機(jī)無(wú)功功率均衡及多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組的模糊控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)有較大的實(shí)際價(jià)值。參考文獻(xiàn)[1]李育良，電動(dòng)鉆機(jī)電氣控制系統(tǒng)，西北工業(yè)大學(xué)出版社[M