上海伊謄實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司

通過(guò)對(duì)應(yīng)急發(fā)電機(jī)自啟動(dòng)要求的分析，結(jié)合裝備現(xiàn)狀、配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，利用PLC（可編程控制器）改造現(xiàn)有設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，提出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)思路和方案以供參考。  

　　通過(guò)對(duì)應(yīng)急發(fā)電機(jī)自啟動(dòng)要求的分析，結(jié)合裝備現(xiàn)狀、配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，利用PLC（可編程控制器）改造現(xiàn)有設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，提出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)思路和方案以供參考。 
　　通常傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)控制采用落后繼電接觸器控制方式，中間繼電器和時(shí)間繼電器太多，體積大，功能少，壽命短，線路復(fù)雜，接點(diǎn)多，造成故障多可靠性差，維修困難；而采用微電子技術(shù)由于集成電路（IC）的系統(tǒng)芯片種類繁多，體積大，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，費(fèi)用低，工藝復(fù)雜，抗干擾性差，可靠性差；而可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種新型、通用的自動(dòng)控制裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用、易于編程、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。 
　　應(yīng)急發(fā)電機(jī)組用PLC控制有很多優(yōu)點(diǎn)，它主要通過(guò)軟件控制，從而省去了硬件開(kāi)發(fā)工作，外圍電路很少，大大提高了系統(tǒng)的可靠性與抗干擾能力；由于它簡(jiǎn)單易行的可編程序功能，無(wú)須改變系統(tǒng)的外部硬件接線，便能改變系統(tǒng)的控制要求，使系統(tǒng)的“柔性”大大提高。 
主要設(shè)計(jì)功能 
　　在生產(chǎn)過(guò)程中突然停電，應(yīng)急發(fā)電機(jī)立即給設(shè)備繼續(xù)供電。應(yīng)急電源原動(dòng)機(jī)一般采用一臺(tái)獨(dú)立冷卻和供油系統(tǒng)的柴油機(jī)，并設(shè)有自啟動(dòng)裝置，保證在主站失電后0-50秒內(nèi)啟動(dòng)，應(yīng)急電網(wǎng)通常為主電網(wǎng)的一部分，在正常情況下，這些用電設(shè)備由總配電板供電，只是在應(yīng)急情況下由應(yīng)急發(fā)電機(jī)組供電，因此在應(yīng)急配電板上的應(yīng)急發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)與主開(kāi)關(guān)向應(yīng)急配電板供電的開(kāi)關(guān)之間設(shè)有電氣聯(lián)鎖，以保證安全。 
　　應(yīng)急發(fā)電機(jī)組作為一個(gè)應(yīng)急電源，應(yīng)具備以下基本要求： 
1、自動(dòng)啟動(dòng) 
　　 當(dāng)正常供電出現(xiàn)故障(斷電)時(shí)，機(jī)組能自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)升速、自動(dòng)合閘，向應(yīng)急負(fù)載供電。 
2、自動(dòng)停機(jī) 
　　當(dāng)正常供電恢復(fù)，經(jīng)判斷正常后，控制切換開(kāi)關(guān)，完成應(yīng)急電到正常電的自動(dòng)切換、然后控制機(jī)組降速到怠速、停機(jī)。 
3、自動(dòng)保護(hù) 
　　機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，如果出現(xiàn)油壓過(guò)低（小于0.3MP）、冷卻水溫過(guò)高（大于95度）、電壓異常故障，則緊急停機(jī)，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，如果出現(xiàn)水溫高（大于90度）、油溫高等故障。則發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提醒維護(hù)人員進(jìn)行干預(yù)。 
4、三次啟動(dòng)功能 
　　機(jī)組有三次啟動(dòng)功能，若次啟動(dòng)不成功，經(jīng)10秒延時(shí)后再次啟動(dòng)，若第二次啟動(dòng)不成功，則延時(shí)后進(jìn)行第三次啟動(dòng)。三次啟動(dòng)中只要有一次成功，就按預(yù)先設(shè)置的程序往下運(yùn)行；若連續(xù)三次啟動(dòng)均不成功，則視為啟動(dòng)失敗，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)（也可以同時(shí)控制另一臺(tái)機(jī)組起動(dòng)）。 
5、自動(dòng)維持準(zhǔn)啟動(dòng)狀態(tài) 
　　 機(jī)組能自動(dòng)維持準(zhǔn)啟動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)，機(jī)組的自動(dòng)周期性預(yù)供油系統(tǒng)、油和水的自動(dòng)加溫系統(tǒng)、蓄電池的自動(dòng)充電裝置投入工作。 
6、具備手動(dòng)、自動(dòng)兩種操作模式。 
控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 
　　 應(yīng)急電源多采用135系列的柴油機(jī)組，下面就以此為例用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)自啟動(dòng)的控制。 
電路分析 
　　 設(shè)計(jì)說(shuō)明：控制面板上有“手動(dòng)/自動(dòng)”選擇旋鈕， “啟動(dòng)”、“加速” 、 “減速、”“合閘”、“分閘”按鈕，柴油機(jī)上加裝接近開(kāi)關(guān)(旋轉(zhuǎn)編碼器),用于測(cè)速度，加裝油門電機(jī)用于控制柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，加裝電磁鐵用于停機(jī)熄火，電壓檢測(cè)、水溫、油壓都是外部開(kāi)關(guān)信號(hào)。 
　　 一次啟動(dòng)過(guò)程：正常電失電后，經(jīng)5秒確認(rèn)，“啟動(dòng)電機(jī)”啟動(dòng)4秒鐘，如柴油機(jī)發(fā)火運(yùn)行，則接近開(kāi)關(guān)(旋轉(zhuǎn)編碼器)測(cè)到柴油機(jī)達(dá)到啟動(dòng)轉(zhuǎn)速，PLC立即停止“啟動(dòng)電機(jī)”。柴油機(jī)怠速30S后開(kāi)始根據(jù)接近開(kāi)關(guān)的信號(hào)加速，直到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)開(kāi)始發(fā)電，電壓正常后合上主開(kāi)關(guān)向負(fù)載供電。運(yùn)行中PLC自動(dòng)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。 
　　 三次啟動(dòng)過(guò)程：若一次啟動(dòng)未成功，則接近開(kāi)關(guān)(旋轉(zhuǎn)編碼器)測(cè)到柴油機(jī)達(dá)不到啟動(dòng)轉(zhuǎn)速速度，并在5秒后測(cè)不到柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，由PLC內(nèi)部的定時(shí)器來(lái)進(jìn)行控制進(jìn)行再次啟動(dòng)，以10秒作為一個(gè)周期，三次啟動(dòng)時(shí)間約30秒，32秒后輸出報(bào)警，如啟動(dòng)中接近開(kāi)關(guān)(旋轉(zhuǎn)編碼器)測(cè)不到柴油機(jī)達(dá)轉(zhuǎn)速，則直接啟動(dòng)失敗。 
　　啟動(dòng)失敗及柴油機(jī)組停機(jī)：?jiǎn)?dòng)失敗后，電磁電把油門拉回到“停機(jī)”位置，當(dāng)正常電恢復(fù)時(shí)，PLC發(fā)出分閘信號(hào)并由油門電機(jī)減速到怠速60S后，電磁電將油門拉回“停機(jī)”位置，柴油機(jī)缺油熄火。 
　　并可根據(jù)用戶需要增加小型人機(jī)界面，以文字﹑指示燈﹑圖案等形式顯示柴油機(jī)的各種數(shù)值及狀態(tài)。并可通過(guò)其面板的按鈕改變柴油機(jī)的數(shù)值及狀態(tài)?？尚薷挠信c時(shí)間有關(guān)的參數(shù)，對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行范圍設(shè)定，超出范圍的數(shù)據(jù)拒絕輸入?？梢詫?duì)柴油機(jī)的各種故障以文字形式顯示以便于查找故障，如三次起動(dòng)失敗，轉(zhuǎn)速高，缸溫高，市電供電等等。帶密碼保護(hù)功能，可以防止非授權(quán)用戶更改重要數(shù)據(jù)和開(kāi)關(guān)量。

機(jī)組--自控的特點(diǎn)
（1）機(jī)組由柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組和中心控制柜組成，可以單機(jī)單柜、雙機(jī)單柜或聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化控制（無(wú)人值守）。
（2）控制柜的核心是可編程序控制器（PLC），通常選用選用北京凱迪恩公司CPU306小型可編程序控制器，運(yùn)行可靠，質(zhì)量穩(wěn)定。
（3）充分利用PLC的指令和功能編制程序，盡量減少外圍控制元器件和接口，電路簡(jiǎn)單，操作方便，便于維護(hù)。
（4）利用PLC的高速計(jì)數(shù)器功能，準(zhǔn)確測(cè)出機(jī)組轉(zhuǎn)速，不采用原來(lái)的測(cè)速發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)速表，避免了安裝困難并提高了可靠性。
（5）控制器采用直流24V供電，并配備先進(jìn)的高頻開(kāi)關(guān)式直流充電設(shè)備，可對(duì)蓄電池進(jìn)行浮充電，保證控制柜直流供電。
（6）PLC中的EPROM（只讀存儲(chǔ)器）可固化程序，使原程序長(zhǎng)期不丟失。
（7）利用PLC的通信功能可實(shí)現(xiàn)近程、遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。

技術(shù)要求：

采用旋轉(zhuǎn)編碼器比接近開(kāi)關(guān)性能效果更好。

接近開(kāi)關(guān)技術(shù)要求：

　　螺紋式接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)距離10mm±10%工作電壓DC型：10-30VDC   三線型響應(yīng)頻率400Hz

　　接近開(kāi)關(guān)又稱無(wú)觸點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)，是理想的電子開(kāi)關(guān)量傳感器。當(dāng)金屬檢測(cè)體接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)區(qū)域，開(kāi)關(guān)就能無(wú)接觸，無(wú)壓力、無(wú)火花、迅速發(fā)出電氣指令，準(zhǔn)確反應(yīng)出運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調(diào)整的方便性和對(duì)惡劣環(huán)境的適用能力，是一般機(jī)械式行程開(kāi)關(guān)所不能相比的。
根據(jù)所需的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)選擇PLC機(jī)型
　　 根據(jù)自動(dòng)化機(jī)組的控制要求，所需PLC的輸入點(diǎn)數(shù)為14個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)為10個(gè)。系統(tǒng)的控制量基本上是開(kāi)關(guān)量，只有電壓是模擬量，為了降低成本，可以通過(guò)檢測(cè)電路把模擬量轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)量、如電壓監(jiān)測(cè)可以用電壓保護(hù)器代替。這樣可以選用不帶模擬量輸入的PLC。對(duì)于小型發(fā)電機(jī)可不加裝油門電機(jī)用于控制柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)選用北京凱迪恩公司CPU306小型可編程序控制器，可靠性高，體積小，輸入點(diǎn)數(shù)為14個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)為10個(gè)。電源、輸入、輸出電壓均為24VDC。
分配PLC輸入輸出
　　根據(jù)自動(dòng)化機(jī)組的控制要求和電氣原理圖，PLC輸入、輸出信號(hào)分配表見(jiàn)表1。

表1輸入/輸出分配表

注： I全為直流24V輸入Q為無(wú)源觸點(diǎn)輸出（24V3A）1表示接通0表示斷開(kāi)

　　電路設(shè)計(jì)見(jiàn)附錄1所示：（Autocad2004打開(kāi)）

　　發(fā)電機(jī)時(shí)序圖見(jiàn)附錄2所示：（Autocad2004打開(kāi)）

　　發(fā)電機(jī)PLC源程序見(jiàn)附件：（從北京凱迪恩自動(dòng)化技術(shù)有限公司網(wǎng)站下載新版EasyProg軟件打開(kāi)）源程序是加裝接近開(kāi)關(guān)，柴油機(jī)每轉(zhuǎn)發(fā)出6個(gè)脈沖信號(hào)，柴油機(jī)每分鐘1000轉(zhuǎn)，0.5秒一個(gè)周期測(cè)速，如采用旋轉(zhuǎn)編碼器則0.1秒一個(gè)周期測(cè)速，效果更佳。

結(jié)論

　　采用PLC控制的自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，響應(yīng)速度快，性能、價(jià)格比很高，和單片機(jī)系統(tǒng)相比具有極高的可靠性。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用考驗(yàn)，性能穩(wěn)定，運(yùn)行可靠。另外還可以根據(jù)實(shí)際需要很方便地進(jìn)行擴(kuò)展。程序稍作修改，就可以滿足用戶不同的控制要求，對(duì)于現(xiàn)代智能樓宇，控制系統(tǒng)還可以通過(guò)通訊模塊納入到整個(gè)樓宇的監(jiān)控系統(tǒng)之中，體現(xiàn)出極大的靈活性和適應(yīng)性，具有極高的實(shí)際推廣價(jià)值。