基于PLC的柴油發(fā)電機自動啟?？刂芔PS應用

王志斌，舒德華

（中國地質工程集團有限公司，北京 100093）

0 引 言

隨著現代社會科技的快速發(fā)展，電氣自動化控制技術發(fā)揮著重要作用，PLC控制技術應用也越來越廣泛，尤其是在露天礦山、生產及相關企業(yè)領域。對于一些無人值守需要供電的用電設備，柴油發(fā)電機用PLC控制有很多優(yōu)點，它主要通過軟件控制和硬件電路執(zhí)行，顯著提升系統(tǒng)的抗干擾能力和運行可靠性。由于其可編程程序功能簡單易行，使得柴油發(fā)電機能夠得到自動啟、停的功能，讓UPS真正地持續(xù)為用電設備進行長久供電。

1 自動啟、停控制系統(tǒng)組成及原理

控制系統(tǒng)主要由帶有ATS開關柴油發(fā)電機、PLC控制柜及UPS不間斷電源等三部分組成。該控制系統(tǒng)原理為PLC控制器里的電壓檢測單元通過檢測判斷UPS里蓄電池電壓的高低來自動啟、停柴油發(fā)電機，為UPS不間斷電源進行充電，使得用電設備持續(xù)供電。系統(tǒng)控制原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)控制原理圖

1.1 ATS柴油發(fā)電機

柴油發(fā)電機ATS是控制市電與發(fā)電機之間切換的裝置（柜），就是正常時市電供電，市電中斷后自動或者手動切換至柴油發(fā)電機供電。一般就是通過旋鈕開關選擇自動檔、手動檔或者遠程控制機組通信的裝置。所選用的柴油發(fā)電機面板如圖2所示。

圖2 ATS柴油發(fā)電機面板圖

1.2 ATS柴油發(fā)電機操作程序

檢查面板上點火鑰匙在OFF位置，AC輸出開關位置為ON，AC220 V插頭連接無松動，ATS控制線插緊，使得PLC控制箱進入自動控制狀態(tài)。

2 UPS系統(tǒng)組成

UPS（Uninterruptible Power Supply）就是指的不間斷電源，是使蓄電池（一般以鉛酸免維護電池為主）連接主機，通過主機逆變器等模塊電路促使直流電變成市電的一種系統(tǒng)設備。UPS主要是把不間斷的穩(wěn)定電力提供給計算機網絡系統(tǒng)，也可以提供給單臺計算機抑或是其他電子電力設備，如電磁閥。如果市電處于正常輸入的狀態(tài)，UPS就在穩(wěn)定市電電壓后將其傳輸給負載，此時起到的作用是交流式電穩(wěn)壓器，同時可以為內部電池充電；如果市電因發(fā)生故障而停電或中斷，UPS就利用逆變器切換轉換的方法，將電池的直流電能轉換成220 V交流電，并將其繼續(xù)供應給負載，促使負載能保持正常工作狀態(tài)，保證不損壞負載的軟硬件。UPS設備通常對電壓過高或電壓過低都能提供保護[1]。

UPS是儲能裝置的一種，主要元件是逆變器，屬于穩(wěn)壓穩(wěn)頻輸出的設備，用于保護電源。UPS的組成部分主要是整流器、逆變器、蓄電池以及靜態(tài)開關等。

2.1 整流器

整流器就是整流裝置，是把AC（交流）轉變成DC（直流）的一種裝置，功能主要有兩個，一個是把AC（交流）轉變成DC（直流），經過濾波后提供給逆變器或者負載；另一個是將充電電壓提供給蓄電池。所以整流器同時又起著充電器的作用。

2.2 逆變器

逆變器是把DC（直流）轉變成AC（交流）的一種裝置，主要由逆變橋、濾波電路以及控制邏輯組成。

2.3 蓄電池

對于UPS，蓄電池是存儲電能的一種裝置，通常由多個電池通過串聯形成，維持供電，放電時間的長短由電池容量的大小決定。蓄電池的功能主要是當市電處于正常狀態(tài)時，蓄電池就把電能變成化學能，將其存儲在內部；當市電發(fā)生故障時，蓄電池就把化學能變成電能，供負載抑或是逆變器使用。

2.4 靜態(tài)開關

靜態(tài)開關一般又被稱作靜止開關，屬于無觸點開關的一種，是由兩個SCR（可控硅）反向并聯組成的交流開關，通過邏輯控制器對其閉合與斷開進行控制。靜態(tài)開關主要有兩種，即轉換型、并機型。前者在兩路電源供電系統(tǒng)中適用，從一路實現到另一路的自動切換，后者在并聯逆變器和多臺逆變器或者市電中適用。

不間斷電源的優(yōu)點主要是不間斷的供電能力。當市電交流能夠正常輸入時，UPS就先將交流電整流為直流電，接著將直流電逆變?yōu)闊o雜質的穩(wěn)定交流電，然后提供給后級負載；當市電交流無法正常輸入時，如停電、欠壓或者頻率異常，UPS就會自動啟用備用，關斷整流電路，并把蓄電池中存儲的直流電逆變成無雜質的穩(wěn)定交流電，繼續(xù)提供給后級負載。本文使用UPS主要參數如表1所示

表1 UPS主要參數表

3 PLC控制系統(tǒng)

3.1 PLC簡介

PLC全稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），借助一類可編程存儲器，將其作為內部存儲程序，執(zhí)行面向用戶的邏輯運算、順序控制、計數及算術操作、定時等指令，并且利用數字或者模擬式輸入/輸出，對各類生產過程或機械進行控制。

3.2 硬件系統(tǒng)組成及原理

3.2.1 硬件系統(tǒng)組成

硬件系統(tǒng)主要為PLC控制箱。該控制箱由PLC控制器、ATS模塊單元、繼電器、24 V電源模塊及端子排等模塊組成，控制箱連接柴油發(fā)電機和UPS兩個單元，起到中間連接控制作用。本文所選用PLC控制器型號為PMC2000微型PLC控制器，如圖3所示。

圖3 PLC控制器

3.2.2 系統(tǒng)原理

PLC控制箱中PLC控制器里的檢測單元通過檢測UPS里蓄電池電壓高低，通過比較蓄電池電壓與啟停設定值來執(zhí)行柴油發(fā)電機的自啟與自停功能，使得UPS持續(xù)處于正常運轉狀態(tài)。

PLC控制箱啟動柴油發(fā)電機條件為：（1）蓄電池電壓低于PLC程序最低設定值；（2）控制箱24 V開關電源電壓低于21 V。

PLC控制箱停止柴油發(fā)電機條條件為：（1）蓄電池電壓高于PLC程序最高設定值；（2）發(fā)電機連續(xù)運行PLC程序設定時長。

3.3 軟件系統(tǒng)程序設計

PLC軟件局部程序如圖4所示[2]。

圖4 PLC梯形圖程序片段

4 系統(tǒng)調試

圖5為PLC控制器程序模擬運行調試圖。

5 結 論

采用PLC控制的柴油發(fā)電機自動啟、停系統(tǒng)的特點如下，主要通過軟件進行控制，從而省去了硬件開發(fā)工作；系統(tǒng)結構簡單，可靠性優(yōu)異；程序編制靈活，現場調整工作周期短；價格合適，操作簡單，維護方便；運行方式覆蓋全自動、半自動和手動操作，能滿足偏遠地區(qū)、無人看守區(qū)域的需要。同時，也體現出PLC控制技術的優(yōu)勢，使電控元器件之間的接線十分簡潔，系統(tǒng)控制的可靠性和抗干擾能力得到提高，也使系統(tǒng)的“柔性”得到提高。

圖5 PLC控制器運行調試圖