電動鉆機發電機功率均衡的設計摘要：針對發電機功率均衡在電動鉆機中應用的特性，設計了一種以功率變送器作為檢測元件，PLC為控制中心，采用多輸入多輸出模糊控制算法的實現方法。關鍵詞：功率均衡PLC模糊控制DesignofPowerEqualizationofGeneratorforElectricDriveDrillingRigAbstract：accordingtothecharacteristicofpowerequalizationofgeneratorforelectricdrivedrillingrig,designasyetemwhichusepowertransducerasdetectcomponent,plcasacontrolcenterandadoptmulti-input&multi-outputfuzzycontrolArithmetic.Keyword：powerequalizationplcfuzzycontrol電動鉆機動力系統由多臺柴油發電機組組成，發電機在滿足并聯運行的條件下通過并車控制并入動力系統。這可使發電機在額定負載下運行，提高了經濟性；當其中的任一臺出現故障或停機檢修時鉆機可不間斷作業，提高了可靠性；當并聯運行時，系統容量增加，使得電壓和頻率更穩定，提高了供電質量。而保證發電機并車后可靠穩定運行的關鍵是：在各種鉆井工況下，發電機組間的功率均衡或按比例分配。主從控制方式是電動鉆機中應用最廣泛發電機并車控制方式，它控制各機組的有功功率電流和有功功率反饋電壓相等，這就可以實現發電機的有功功率均衡分配[1]，但由于給定信號精確性和調速器的也存在非線形等缺陷，使系統設計的結構復雜。本文提出一種新的功率均衡實現方法，以下就該實現方法的硬件設計和軟件設計展開論述。一系統硬件設計單臺柴油發電機控制原理圖見圖1，從圖可知，系統采用雙閉環控制，外環轉速，內環以功率作為控制參量，這樣可滿足發電機的個體差異和長時間運行后性能的變化，從而保障鉆機電力供應的穩定可靠。調速器調速器執行器柴油發電機組轉速反饋功率反饋給定圖1單臺柴油發電機控制原理圖該系統采用西門子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器件，硬件框圖見圖2。有功功率變送器用來檢測各發電機的有功功率P，將該信號送入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速器。同時也可將有功功率P信號作為動力系統的功率反饋信號和驅動系統功率限制信號，使發電機穩定可靠運行。功率變送器功率變送器S7-400PLC功率變送器功率變送器P1P2P3去調速器來自發電機U1U2U3圖2系統硬件示意圖S7-400PLC硬件組態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CPU，4個累加器，較大的存儲空間，塊嵌套可多達16層，塊的長度可達64KB，二進制指令執行時間不超過0.1uS[2]。有功功率變送器采用電磁隔離原理，它結構簡單，安裝簡易，過載能力強，性能可靠，其接線如圖2所示，技術性能指標如表1：表1有功功率變送器技術性能指標輸入范圍輸出類型輔助電源靜態功耗響應時間隔離耐壓精度等級500VAC+10V+12VDC800mW600mS2500VDC0.5二系統軟件設計根據被控對象的特點，系統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象的精確數學模型，對于非線形，強耦合等復雜系統僅需提供現場操作人員或專家的經驗知識及操作數據。模糊控制用語言變量代替常規的數學變量，采用“不精確推理”來模擬人的思維過程[3]。由于目前對多輸入多輸出研究還不夠深入，加之人對具體事物在邏輯思維上通常不超過三維，故而在實際工程中廣泛應用還有一定困難[4]。本文采用非解解析化的方法減弱變量間的耦合，簡化模糊關系，能夠滿足工程設計的要求?，F定義P1，P2，P3分別為#1，#2，#3發電機的有功功率，作為可編程控制器的輸入；而#1發電機與#2發電機及#3發電機的功率差為△P12，△P13其論域為[-50,50],模糊子集{NM,NS,ZO,PS,PM},隸屬函數如圖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行器，從而使發電機的P1，P2，P3接近。其論域為[-20,20],模糊子集{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},隸屬函數如圖4(b)。例如：當P3＞P1＞P2，則U1輸出接近零，U2，U3可以輸出較合適的修正值，根據操作經驗總結模糊控制規則表見表2。U1△P12△P13PMPSZONSNBPMNMNSNSZOPSPSNSNSZOZOPSZONSNSZOPSPSNSNSZOZOPSPSNMNSZOPSPSPMU2△P12△P13PMPSZONSNBPMPSZONSNMNBPSPSZOZONSNMZOPMPSZONSNMNSPMPSZOZONSNMPBNMPSZONSU3△P12△P13PMPSZONSNBPMPSPSPMPMPBPSZOZOZOPSPMZONSNSZOPSPSNSNMNSNSZOZONMNBNMNMNSNS圖4(a)圖4(b)模糊控制的實現就在于控制算法的編制，在此采用SIEMENSSTEP7集成開發軟件來完成。在程序中運用結構化編程思想，其具體結構為：OB1為主程序，系統在上電后執行完啟動程序后，就循環執行OB1，它要完成對功能塊FB1的調用，主程序見圖5。DB1中主要包含模糊規則表，其中元素采用ARRAY數據類型。圖5主程序四結論設計過程證明該電動鉆機發電機并車功率均衡設計其結構簡潔，可靠性好；軟件結構化程度高，可重用性較好，并且該程序設計可通過變量觀察表實時監測。同樣地，以上設計思路可應用到發電機無功功率均衡及多臺柴油發電機組的模糊控制。系統設計有較大的實際價值。參考文獻[1]李育良，電動鉆機電氣控制系統，西北工業大學出版社[M