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摘要:通过对应急发电机自启动要求的分析,结合装备现状、配电系统的设计要求,利用PLC(可编程控制器)改造现有设备的优势,提出了详细的设计思路和方案以供参考。 关键词:PLC 应急发电机 方案 配电系统   通过对应急发电机自启动要求的分析,结合装备现状、配电系统的设计要求,利用PLC(可编程控制器)改造现有设备的优势,提出了详细的设计思路和方案以供参考。   通常传统发电机控制采用落后继电接触器控制方式,中间继电器和时间继电器太多,体积大,功能少,寿命短,线路复杂,接点多,造成故障多可靠性差,维修困难;而采用微电子技术由于集成电路(IC)的系统芯片种类繁多,体积大,设计周期长,费用低,工艺复杂,抗干扰性差,可靠性差;而可编程控制器(PLC)是以微处理器为核心,综合了计算机技术、通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置,具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点,近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到了广泛的应用。   应急发电机组用PLC控制有很多优点,它主要通过软件控制,从而省去了硬件开发工作,外围电路很少,大大提高了系统的可靠性与抗干扰能力;由于它简单易行的可编程序功能,无须改变系统的外部硬件接线,便能改变系统的控制要求,使系统的“柔性”大大提高。 主要设计功能   在生产过程中突然停电,应急发电机立即给设备继续供电。应急电源原动机一般采用一台独立冷却和供油系统的柴油机,并设有自启动装置,保证在主站失电后0-50秒内启动,应急电网通常为主电网的一部分,在正常情况下,这些用电设备由总配电板供电,只是在应急情况下由应急发电机组供电,因此在应急配电板上的应急发电机主开关与主开关向应急配电板供电的开关之间设有电气联锁,以保证安全。   应急发电机组作为一个应急电源,应具备以下基本要求: 1、自动启动    当正常供电出现故障(断电)时,机组能自动启动、自动升速、自动合闸,向应急负载供电。 2、自动停机   当正常供电恢复,经判断正常后,控制切换开关,完成应急电到正常电的自动切换、然后控制机组降速到怠速、停机。 3、自动保护   机组在运行过程中,如果出现油压过低(小于0.3MP)、冷却水温过高(大于95度)、电压异常故障,则紧急停机,同时发出声光报警信号,如果出现水温高(大于90度)、油温高等故障。则发出声光报警信号,提醒维护人员进行干预。 4、三次启动功能   机组有三次启动功能,若第一次启动不成功,经10秒延时后再次启动,若第二次启动不成功,则延时后进行第三次启动。三次启动中只要有一次成功,就按预先设置的程序往下运行;若连续三次启动均不成功,则视为启动失败,发出声光报警信号(也可以同时控制另一台机组起动)。 5、自动维持准启动状态    机组能自动维持准启动状态。此时,机组的自动周期性预供油系统、油和水的自动加温系统、蓄电池的自动充电装置投入工作。 6、具备手动、自动两种操作模式。 控制系统的硬件设计    应急电源多采用135系列的柴油机组,下面就以此为例用PLC实现对柴油机自启动的控制。 电路分析    设计说明:控制面板上有“手动/自动”选择旋钮, “启动”、“加速” 、 “减速、”“合闸”、“分闸”按钮,柴油机上加装接近开关(旋转编码器),用于测速度,加装油门电机用于控制柴油机转速,加装电磁铁用于停机熄火,电压检测、水温、油压都是外部开关信号。    一次启动过程:正常电失电后,经5秒确认,“启动电机”启动4秒钟,如柴油机发火运行,则接近开关(旋转编码器)测到柴油机达到启动转速,PLC立即停止“启动电机”。柴油机怠速30S后开始根据接近开关的信号加速,直到稳定转速,发电机开始发电,电压正常后合上主开关向负载供电。运行中PLC自动稳定转速。    三次启动过程:若一次启动未成功,则接近开关(旋转编码器)测到柴油机达不到启动转速速度,并在5秒后测不到柴油机转速,由PLC内部的定时器来进行控制进行再次启动,以10秒作为一个周期,三次启动时间约30秒,32秒后输出报警,如启动中接近开关(旋转编码器)测不到柴油机达转速,则直接启动失败。   启动失败及柴油机组停机:启动失败后,电磁电把油门拉回到“停机”位置,当正常电恢复时,PLC发出分闸信号并由油门电机减速到怠速60S后,电磁电将油门拉回“停机”位置,柴油机缺油熄火。   并可根据用户需要增加小型人机界面,以文字﹑指示灯﹑图案等形式显示柴油机的各种数值及状态。并可通过其面板的按钮改变柴油机的数值及状态。可修改有与时间有关的参数,对输入的数据进行范围设定,超出范围的数据拒绝输入。可以对柴油机的各种故障以文字形式显示以便于查找故障,如三次起动失败,转速高,缸温高,市电供电等等。带密码保护功能,可以防止非授权用户更改重要数据和开关量。 机组--自控的特点 (1)机组由柴油机发电机组和中心控制柜组成,可以单机单柜、双机单柜或联网自动化控制(无人值守)。 (2)控制柜的核心是可编程序控制器(PLC),通常选用选用北京凯迪恩公司CPU306小型可编程序控制器,运行可靠,质量稳定。 (3)充分利用PLC的指令和功能编制程序,尽量减少外围控制元器件和接口,电路简单,操作方便,便于维护。 (4)利用PLC的高速计数器功能,准确测出机组转速,不采用原来的测速发电机、转速表,避免了安装困难并提高了可靠性。 (5)控制器采用直流24V供电,并配备先进的高频开关式直流充电设备,可对蓄电池进行浮充电,保证控制柜直流供电。 (6)PLC中的EPROM(只读存储器)可固化程序,使原程序长期不丢失。 (7)利用PLC的通信功能可实现近程、远程集中监控。 技术要求: 采用旋转编码器比接近开关性能效果更好。 接近开关技术要求:   螺纹式接近开关检测距离10mm10%工作电压DC型:10-30VDC 三线型响应频率400Hz   接近开关又称无触点接近开关,是理想的电子开关量传感器。当金属检测体接近开关的感应区域,开关就能无接触,无压力、无火花、迅速发出电气指令,准确反应出运动机构的位置和行程,即使用于一般的行程控制,其定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适用能力,是一般机械式行程开关所不能相比的。 根据所需的输入/输出点数选择PLC机型    根据自动化机组的控制要求,所需PLC的输入点数为14个,输出点数为10个。系统的控制量基本上是开关量,只有电压是模拟量,为了降低成本,可以通过检测电路把模拟量转换成开关量、如电压监测可以用电压保护器代替。这样可以选用不带模拟量输入的PLC。对于小型发电机可不加装油门电机用于控制柴油机转速。本系统选用北京凯迪恩公司CPU306小型可编程序控制器,可靠性高,体积小,输入点数为14个,输出点数为10个。电源、输入、输出电压均为24VDC。 分配PLC输入输出   根据自动化机组的控制要求和电气原理图,PLC输入、输出信号分配表见表1。 表1输入/输出分配表 I0.0 停市电信号 Q0.0 油门加速 I0.1 接近开关 (旋转编码器) O0.1 油门减速 I0.2 接近开关** (旋转编码器)** Q0.2 启动电机 I0.3 电压正常 Q0.3 合闸 I0.4 油压低 Q0.4 分闸 I0.5 水温高 Q0.5 停机电磁铁 I0.6 手动/自动 Q0.6 故障信号 I0.7 启动按钮 Q0.7 I1.0 加速按钮 Q1.0 I1.1 减速按钮 Q1.1 I1.2 停机按钮 I1.3 合闸按钮 I1.4 分闸按钮 I1.5 合闸输出信号 注: I全为直流24V输入Q为无源触点输出(24V3A)1表示接通0表示断开   电路设计见附录1所示:(Autocad2004打开)   发电机时序图见附录2所示:(Autocad2004打开)   发电机PLC源程序见附件:(从北京凯迪恩自动化技术有限公司网站下载最新版EasyProg软件打开)源程序是加装接近开关,柴油机每转发出6个脉冲信号,柴油机每分钟1000转,0.5秒一个周期测速,如采用旋转编码器则0.1秒一个周期测速,效果更佳。 结论   采用PLC控制的自动化柴油发电机组,硬件结构简单,成本低廉,响应速度快,性能、价格比很高,和单片机系统相比具有极高的可靠性。经现场使用考验,性能稳定,运行可靠。另外还可以根据实际需要很方便地进行扩展。程序稍作修改,就可以满足用户不同的控制要求,对于现代智能楼宇,控制系统还可以通过通讯模块纳入到整个楼宇的监控系统之中,体现出极大的灵活性和适应性,具有极高的实际推广价值。
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