基于PLC的柴油發(fā)電機(jī)組與市電切換系統(tǒng)

柴油發(fā)電機(jī)常作為獨(dú)立電站和應(yīng)急電源應(yīng)用廣泛。本文介紹了：利用西門子可編程序控制器(PLC)，實(shí)現(xiàn)市電電源與柴油發(fā)電機(jī)供電的防并聯(lián)自動切換供電。詳細(xì)論述了系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，利用簡單的控制線路，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的柴油機(jī)組與市電切換供電系統(tǒng)的自動控制。
關(guān)鍵詞：PLC 供電 柴油發(fā)電機(jī)組

柴油發(fā)電機(jī)組是自備電站交流供電設(shè)備的一種類型，是一種小型獨(dú)立的發(fā)電設(shè)備，以內(nèi)燃機(jī)作動力，驅(qū)動同步交流發(fā)電機(jī)而發(fā)電。柴油發(fā)電機(jī)組又稱移動電站，是一種備用電源，當(dāng)外部電網(wǎng)發(fā)生供電緊張、故障或檢修暫停供電時，可通過啟動柴油發(fā)電機(jī)組供電，以維持正常供電，這在發(fā)生臨時供電、連續(xù)生產(chǎn)時突然斷電以及消防等方面發(fā)揮著重要作用。

可編程序控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC。PLC 的核心部分是微處理器，不僅具有邏輯控制功能，而且還具有運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳送等功能，是具有計算機(jī)功能的專用工業(yè)控制裝置。可編程序控制器緊湊的設(shè)計、良好的擴(kuò)展性、低廉的價格、強(qiáng)大的指令以及較高的可靠性和簡便的維護(hù)近乎完美的滿足了自動控制要求。現(xiàn)使用西門子 S7-200 可編程控制器實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)組與市電切換的自動控制。可編程序控制器的使用不但省略了許多繁瑣的中間控制環(huán)節(jié)，還大大提高了可靠性和精確性，達(dá)到了理想的效果。

1 系統(tǒng)的組成

基于PLC 的柴油發(fā)電機(jī)組與市電切換系統(tǒng)，由柴油發(fā)電機(jī)組和西門子可編程序邏輯控制器組成。通過此控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)：當(dāng)電網(wǎng)正常時，負(fù)載由電網(wǎng)供電;當(dāng)電網(wǎng)不正常時，控制系統(tǒng)立刻起動柴油發(fā)電機(jī)組，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)組輸出對負(fù)載供電。當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)正常后，系統(tǒng)恢復(fù)電網(wǎng)供電，并關(guān)閉柴油機(jī)組。通過此系統(tǒng)能確保負(fù)載的正常輸出。可編程序控制器(PLC)選用西門子S7200 型CPU222 AC/DC/ RLY，共有8 點(diǎn)輸入，6 點(diǎn)輸出。完全可以滿足系統(tǒng)控制要求。

1 . 1 柴油機(jī)啟動與停機(jī)

合上接地開關(guān)SA1，整個系統(tǒng)開始工作，當(dāng)可編程控制器通過三相電壓保護(hù)繼電器，檢測到市電不正常時，立即起動柴油發(fā)電機(jī)組。柴油發(fā)電機(jī)組的啟動分成以下兩個階段。① PLC 輸出點(diǎn)Q0.1 輸出，使柴油機(jī)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，并將輸出Q0.0 閉合使KA1 得電，啟動馬達(dá)M 運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)柴油機(jī)啟動成功后，PLC 輸出點(diǎn)Q0.0 輸出點(diǎn)立即斷開，KA1 失電，啟動馬達(dá)與柴油機(jī)飛輪分離。②當(dāng)柴油機(jī)啟動成功后進(jìn)入怠速運(yùn)行30s 后，PLC 輸出點(diǎn)Q0.2 閉合，則柴油機(jī)進(jìn)行全速運(yùn)行，電子調(diào)速器驅(qū)動執(zhí)行器，將柴油機(jī)油門加大，柴油機(jī)進(jìn)入全速運(yùn)行狀態(tài)[1]。

柴油發(fā)電機(jī)組的停機(jī)也可以分成以下兩個階段。①在確定柴油機(jī)組對外供電開關(guān)已經(jīng)斷開，即停止對負(fù)載供電后，PLC 輸出點(diǎn)Q0.2 斷開，則柴油機(jī)進(jìn)行怠速運(yùn)行，電子調(diào)速器驅(qū)動執(zhí)行器，將柴油機(jī)油門減小，柴油機(jī)進(jìn)入怠速運(yùn)行狀態(tài)。② 30s 后，PLC 輸出點(diǎn)Q0.1 斷開，使柴油機(jī)進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。

1 . 2 柴油機(jī)組與市電切換供電控制

過載及短路保護(hù)斷路器QF1 及QF2，在平時狀態(tài)下為斷開，在系統(tǒng)開啟狀態(tài)時，閉合斷路開關(guān)。市電通過接觸器KM1 向負(fù)載供電。機(jī)組通過接觸器KM2 向負(fù)載供電。兩個接觸器通過聯(lián)絡(luò)柜進(jìn)行防并聯(lián)機(jī)械互鎖。通過市電上的三相電壓保護(hù)繼電器，來檢測市電是否正常。當(dāng)市電正常并保持穩(wěn)定時，三相保護(hù)繼電器會給PLC 發(fā)出一個市電正常指示信號，PLC 檢測到市電正常后，通過控制輸出將機(jī)組供電接觸器KM2 斷開，閉合市電供電接觸器KM1。此時，電站通過市電向負(fù)載供電。

當(dāng)市電不正常時，三相保護(hù)繼電器會給P L C 發(fā)出一個市電不正常指示信號，PLC 檢測到市電不正常后，通過PLC 啟動柴油機(jī)，使其全速運(yùn)行后，控制輸出將市電供電接觸器KM1 斷開，閉合機(jī)組供電接觸器KM2。此時，電站通過機(jī)組向負(fù)載供電。

1.3 軟件設(shè)計

PLC 由中央處理單元CPU，存貯器、輸入、輸出單元、電源和編程器等組成。PLC是采用循環(huán)掃描的工作方式，即每一次狀態(tài)變化需要一個掃描周期。PLC 循環(huán)掃描時間一般為幾毫秒至幾十毫秒，整個過程分為內(nèi)部處理，通信，輸入處理，執(zhí)行程序，輸出處理幾部分。

PLC 程序運(yùn)行是從起始地址0000 開始到最后一條地址(即END 指令)，做反復(fù)式巡回掃描，嚴(yán)格按梯形圖、邏輯圖邏輯行順序和邏輯行邏輯元素的排列自上而下，從左到右逐字逐句處理程序。這樣，繼電器控制系統(tǒng)很難解決的結(jié)點(diǎn)競爭及延時繼電器不精確的現(xiàn)象就不會產(chǎn)生，從而保證了控制系統(tǒng)的可靠性。

S7-200 可編程序控制器有3 種編程方法，即梯形圖(LAD)、語句表(STL)和功能圖塊(FBD)。梯形圖比較直觀，編程、調(diào)試都很方便;語句表編程速度慢，調(diào)試起來較繁瑣; 功能圖塊可以查看到象普通邏輯門圖形的邏輯盒指令但是相對復(fù)雜，使用較少。用語句表編程的手持編程器的性價比最高，用戶可根據(jù)習(xí)慣進(jìn)行編程語言的選擇[2]。

2 系統(tǒng)注意事項

① PLC 安裝的地點(diǎn)應(yīng)避免太陽光直接照射，保證有足夠的散熱空間和通風(fēng)條件，避免安裝在干擾嚴(yán)重高溫、高濕度有粉塵、不清潔以及有腐蝕氣體的環(huán)境中。在此例中，要將PLC 安裝在有減振措施的控制屏內(nèi)。

② 不要將輸入、輸出線同用一根電纜，同時動力電纜和控制電纜要分開鋪設(shè)，避免干擾。

③ 電源連接：PLC 通常用的是單相交流電源。接線時，要分清接線端子上“N”端“零線”和“接地”端。PLC 的交流電源線應(yīng)單獨(dú)從機(jī)頂進(jìn)入控制柜中，不能與其他直流信號線、模擬信號線捆在一起走線，以減少對其他控制線路的干擾。為了抑制加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應(yīng)給PLC 接上專用地線，接地點(diǎn)應(yīng)柴油發(fā)電機(jī)組的接地點(diǎn)分開，平常要注意檢查PLC 的接地是否良好。

④控制PLC 的工作環(huán)境(0℃～50℃為宜)，必要時要采用強(qiáng)迫風(fēng)冷冷卻方式，可以有效地提高它的工作效率和壽命[3]。

4 結(jié)語

西門子S7-200PLC 是性價比很高的PLC 控制器，在本例柴油機(jī)與市電切換供電的控制系統(tǒng)中，解決了原先繼電器控制復(fù)雜、故障幾率較高的難題，同時使電控元件之間的接線十分簡潔，控制的可靠性大為提高。無論從設(shè)計，加工和應(yīng)用上都有表現(xiàn)其技術(shù)的優(yōu)勢，值得大力推廣[4]。