魏橋電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

何人望，陳文駿，董慶偉

（華東交通大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，江西南昌330013）

柴油發(fā)電機(jī)組在無(wú)市電供應(yīng)及需要不間斷供電的地方，如電信系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、廣播電視系統(tǒng)、銀行與醫(yī)院的機(jī)房、輪船、艦艇等的供電系統(tǒng)里得到了廣泛應(yīng)用。柴油機(jī)組的現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)大、噪音大，油氣污染嚴(yán)重，不適合值班人員在機(jī)旁時(shí)時(shí)監(jiān)控，且為每臺(tái)機(jī)組都配備值班人員專(zhuān)職監(jiān)控也非常浪費(fèi)。在這種情況下，通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)單臺(tái)或多臺(tái)機(jī)組進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和統(tǒng)一管理就顯得尤其必要，既改善了值班人員的工作環(huán)境，提高了值班人員的工作效率，大大減少了人力浪費(fèi)，又提高了管理水平［1-3］。本文在實(shí)現(xiàn)山東魏橋5個(gè)電廠共15臺(tái)發(fā)電機(jī)組的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，以其中一個(gè)電廠為例，詳細(xì)介紹其遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，其余4 個(gè)電廠情況類(lèi)似。在整個(gè)控制系統(tǒng)中，采用DSE7510 來(lái)控制單臺(tái)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行，采用DSE7560+S7-200PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的并機(jī)/并網(wǎng)功能，采用和利時(shí)小型PLC LM3108+對(duì)應(yīng)的通訊擴(kuò)展模塊LM3331+上位機(jī)組態(tài)軟件hollyview來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

1 監(jiān)控方案介紹

假如為了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，專(zhuān)門(mén)在機(jī)組上增加一套傳感器，成本顯然非常高，且加工的難度很大，可行性非常小。因此，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)不是從機(jī)組本體，而是從柴油機(jī)上或機(jī)旁的控制器、控制柜采集數(shù)據(jù)?？刂破骰蚩刂乒褚话愣剂粲袑?duì)外通訊接口，只要預(yù)先做好了通訊設(shè)置即可。這樣，無(wú)需改動(dòng)機(jī)組本體和控制設(shè)備，直接根據(jù)控制器或控制柜預(yù)先的通訊設(shè)置，連接一根通訊電纜即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸［4］。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組的遠(yuǎn)程重要控制信號(hào)，如啟動(dòng)、停止等，出于安全性的考慮，采用硬接線方式，而不是軟通訊方式，以防止遠(yuǎn)程通訊過(guò)程的信號(hào)意外受到干擾而導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組的誤動(dòng)作。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備主要包括采集設(shè)備和顯示設(shè)備［5-6］。采集設(shè)備采用和利時(shí)LM 系列PLC。PLC 以通訊方式采集柴油機(jī)組的控制器與智能儀表內(nèi)的工藝參數(shù)、電力參數(shù)和其它重要數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。柴油機(jī)組的控制器可以是專(zhuān)用模塊，如深海模塊，也可以是其它品牌的PLC，如西門(mén)子、歐姆龍、三菱、施耐德等，本項(xiàng)目中的控制器為DSE7510。

在本項(xiàng)目中，PLC 不只采集控制器或控制柜內(nèi)通訊參數(shù)，還需采集現(xiàn)場(chǎng)一些開(kāi)關(guān)量、模擬量、熱電阻、熱電偶等硬接線和傳感器信號(hào)等。這樣，只需增加相應(yīng)的IO模塊，使其連接到PLC 上即可。顯示設(shè)備可采用PC 機(jī)或觸摸屏，本項(xiàng)目采用裝有Hollyview監(jiān)控軟件的PC 機(jī)。顯示設(shè)備以通訊方式將采集設(shè)備內(nèi)的數(shù)據(jù)顯示到人機(jī)界面上，供值班運(yùn)行人員監(jiān)視。柴油發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 柴油發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of remote monitoring system of diesel generator set

2 控制系統(tǒng)介紹

本項(xiàng)目采用的發(fā)動(dòng)機(jī)為英國(guó)Perkins 4016，項(xiàng)目的系統(tǒng)一次圖如圖2所示。當(dāng)系統(tǒng)工作在自動(dòng)操作方式下檢測(cè)到失電信號(hào)（或其它自啟動(dòng)信號(hào)）后，分別向3 臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)出啟動(dòng)指令，當(dāng)其中某一臺(tái)機(jī)組最先達(dá)到額定運(yùn)行電壓、頻率并具備帶負(fù)載條件后，自動(dòng)發(fā)出該機(jī)組斷路器合閘指令，斷路器合閘后母線即帶電。此時(shí)，其余兩臺(tái)機(jī)組則主動(dòng)調(diào)節(jié)各自電壓、頻率，當(dāng)其與母線電壓、頻率、相位處于同步狀態(tài)時(shí)，發(fā)出該機(jī)組進(jìn)線柜斷路器合閘指令，使其與已連接到母線的機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，發(fā)電機(jī)組完成向應(yīng)急母線供電。已處于并聯(lián)運(yùn)行的機(jī)組，將自動(dòng)調(diào)節(jié)其電壓、頻率，使機(jī)組的有功、無(wú)功分配均勻。例如：當(dāng)3臺(tái)機(jī)組分別接收到啟動(dòng)指令后，發(fā)電機(jī)組G3首先具備帶負(fù)載條件，則開(kāi)關(guān)K3 首先合閘，發(fā)電機(jī)母線即帶電，此后G2 則主動(dòng)調(diào)整其電壓、頻率、相位，當(dāng)其與母線一致時(shí)合上開(kāi)關(guān)K2，K2 合上后G2即與G3并聯(lián)運(yùn)行，G1工作也如此。

圖2 項(xiàng)目一次系統(tǒng)框圖Fig.2 Block diagram of a system project

在一次系統(tǒng)圖中，3臺(tái)發(fā)電機(jī)組的實(shí)物如圖3（a）所示。在一次系統(tǒng)圖中，1#機(jī)組斷路器、2#機(jī)組斷路器、3#機(jī)組斷路器、A段出線斷路器、B段出線斷路器、變壓器柜、PTO柜的實(shí)物如圖3（b）所示。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物圖Fig.3 Field physical diagram

3 LM 系列PLC與DSE7510通訊調(diào)試

通過(guò)LM3108PLC做Modbus主站，3個(gè)DSE7510控制器做Modbus從站，實(shí)現(xiàn)LM3108采集3個(gè)深海7510控制器的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)LM3331模塊上傳數(shù)據(jù)到上位機(jī)，上位機(jī)采用和利時(shí)Hollyview工業(yè)通用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)視和管理。

3.1 組態(tài)過(guò)程

此項(xiàng)目用LM 系列PLC 為L(zhǎng)M3108 和LM3331 模塊。由于通訊的需要，需要對(duì)LM3331 模塊進(jìn)行配置，具體設(shè)置如圖4所示。

在模塊參數(shù)選項(xiàng)下面共有9項(xiàng)內(nèi)容，前2項(xiàng)不用設(shè)置，默認(rèn)即可；第3項(xiàng)UARTChn_Sel，選擇RS485Enable；第4項(xiàng)BandRate，選擇38400 b·s-1；第5項(xiàng)stopbit，選擇1stop bit；第6項(xiàng)DataParity，選擇8bits+none；第7項(xiàng)SlaveAdd，選擇51，為系統(tǒng)默認(rèn)，可以在1～247之間任意設(shè)定，注意和上位機(jī)Hollyview軟件中設(shè)置的從站地址相同才可進(jìn)行通訊；第8和9項(xiàng)，主要告訴我們讀寫(xiě)通訊區(qū)最大各100字節(jié)［7-9］。

做完一系列的配置后，進(jìn)入程序，開(kāi)始進(jìn)行PLC編程。本項(xiàng)目是用LM3108PLC的RS485口做自由口，通過(guò)ModbusRTU通訊協(xié)議，讀取或采集從站的數(shù)據(jù)。由于使用Modbus RTU，按照其通訊規(guī)約，勢(shì)必存在發(fā)送和接收及校驗(yàn)的過(guò)程，所以在程序里面做了3段子程序來(lái)處理整個(gè)過(guò)程，如圖5所示。

圖4 配置LM3331模塊Fig.4 Module of configuration LM3331

圖5 LM3108編程環(huán)境Fig.5 LM3108 programming environment

在LM3108PLC 中，共有1 個(gè)主程序和3 段子程序，主程序PLC_PRG，子程序分別是communication，jieshouchuli，zhunbeishuju。communication子程序主要進(jìn)行設(shè)置通訊口和通訊參數(shù)，發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)、計(jì)算校驗(yàn)。其中準(zhǔn)備數(shù)據(jù)調(diào)用zhunbeishuju子程序，準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)以后進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)后進(jìn)行計(jì)算校驗(yàn)，檢驗(yàn)完后進(jìn)行接收數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)調(diào)用子程序jieshouchuli，接收數(shù)據(jù)后進(jìn)行比較不同數(shù)據(jù)返回的校驗(yàn)值，若返回校驗(yàn)與計(jì)算校驗(yàn)不一樣，則不更新新值。

下面舉例來(lái)說(shuō)明如何把LM3331模塊輸出區(qū)的數(shù)據(jù)上傳到Hollyview組態(tài)軟件去進(jìn)行顯示。發(fā)電機(jī)1的油壓在PLC存放的寄存器地址為%MW110，把%MW110賦值給%QW6，做好%QW6和上位的變量地址對(duì)應(yīng)是完成數(shù)據(jù)顯示的前提，根據(jù)公式x=(m-6)/2+1可以計(jì)算出%QW6對(duì)應(yīng)的地址是30001（上位機(jī)讀模擬量所用的寄存器為3）。這樣有了發(fā)電機(jī)1的油壓變量地址，就可以在上位機(jī)Hollyview開(kāi)發(fā)系統(tǒng)里面對(duì)這個(gè)變量進(jìn)行引用，這樣在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，上位機(jī)對(duì)應(yīng)的區(qū)域就會(huì)顯示具體數(shù)值。m表示%QW6中的6，x表示所得的值，3x就是%QW6對(duì)應(yīng)的地址。

3.2 監(jiān)控圖形

在發(fā)電機(jī)組進(jìn)行黑啟試驗(yàn)時(shí)，打開(kāi)Hollyview軟件就可觀察到系統(tǒng)一次圖監(jiān)控畫(huà)面。在畫(huà)面中點(diǎn)擊“主畫(huà)面”按鈕，便可觀察到3臺(tái)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)和斷路器狀態(tài)監(jiān)控畫(huà)面。

4 結(jié)論

監(jiān)控室距離發(fā)電機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)約400 m，監(jiān)控畫(huà)面的實(shí)時(shí)性小于3 s，雖然監(jiān)控畫(huà)面的美觀性有待提高，但是系統(tǒng)的實(shí)用性得到了客戶(hù)的認(rèn)可，整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)得到了客戶(hù)的一致好評(píng)。采用LM系列PLC用于柴油發(fā)電機(jī)組的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能是一個(gè)新的應(yīng)用，可以為類(lèi)似的項(xiàng)目起到借鑒作用。

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