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- 正航A5在(zài)備用發電廠的(de)應用
- 發布時(shí)間: 2013.02.27
- 1 引言
今天，随着對工業自動化的(de)要(yào / yāo)求越來(lái)越高，以(yǐ)及大(dà)量控制設備和(hé / huò)過程監控裝置之(zhī)間通信的(de)需要(yào / yāo)，"監控和(hé / huò)數據采集系統"越來(lái)越受到(dào)用戶的(de)重視。在(zài)動力系統方面，以(yǐ)柴油發電機組作爲(wéi / wèi)應急備用電源的(de)發電廠，在(zài)工廠、礦山、高層建築、醫院、郵電、賓館、銀行等許多部門都得到(dào)了(le／liǎo)廣泛的(de)應用。爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)提高供電質量和(hé / huò)供電可靠性，改善操作人(rén)員的(de)工作條件，減少維護運行人(rén)員，備用發電站迫切要(yào / yāo)求實現自動化運行和(hé / huò)管理。該監控系統由監視主機(包括通信闆)和(hé / huò)若幹現場的(de)從站（正航A5）組成。實現發電機組的(de)數據采集、報警、存儲、備份等服務。本文主要(yào / yāo)介紹下位機A5的(de)系統原理。
2 系統的(de)總體設計
結合生産實際的(de)需要(yào / yāo)，考慮該發電機組的(de)自動化系統由5大(dà)功能部件組成(系統的(de)硬件圖如圖1所示)。
(1) 發電機組的(de)自動啓動和(hé / huò)自動停機;
(2) 工程市電和(hé / huò)機電的(de)自動切換;
(3) 發電機組電壓和(hé / huò)頻率的(de)自動調節;
(4) 發電機組故障自動檢測，報警和(hé / huò)故障處理;
(5) 發電機組電壓、電流、頻率、有功功率、啓動電池電壓等電量參數的(de)自動調節。
3 系統組成
3.1 A5系統PLC的(de)特性和(hé / huò)特點
正航A5系列可編程控制器，性價比高，硬件配置齊全，它的(de)特點與性能如下:
(1)機内有高速計數器，最高可達10KHz高速脈沖輸入，并可輸出(chū)頻率和(hé / huò)脈寬可調的(de)高速脈沖信号。
(2)具有21個(gè)中斷源的(de)中斷優先管理，并配有RS485接口，可實現PLC 與PC機之(zhī)間的(de)遠程通訊，便于(yú)上(shàng)位機監控和(hé / huò)聯網。
(3)具有結構緊湊、組裝靈活、編程簡單，抗幹擾能力強、可靠性高等特點。
由此可見，它非常适用于(yú)工業控制中小型自動控制系統。經分析，決定采用A5系列可編程控制器作爲(wéi / wèi)發電機組自動控制系統的(de)核心部件。
3.2 PLC 配置及I/O的(de)分配和(hé / huò)功能
經過分析，本系統采用10個(gè)開關量輸入，10個(gè)開關量輸出(chū)和(hé / huò)3個(gè)模拟量輸入，即可滿足系統控制需求，因此——PLC配置如下:
CPU模塊：A5-CPU224-DT
AI模塊：A5-EM231-AD4
I/O的(de)分配和(hé / huò)功能如下:
開關量輸入:
IO.0:輸入中斷 (配合脈寬調制使用)
IO.1:方式選擇 (0-遠程控制 1-自動)
IO.2:市電檢測 (0-無市電 1-有市電)
IO.3:機電檢測 (0-無機電 1-有機電)
IO.4:油壓低 (0-油壓正常 1-油壓偏低)
IO.5:油水溫高 (0-油水溫正常 1-油水溫偏高)
IO.6:高速計數器HSCI (利用高速計數器檢測啓動電池電壓)
IO.7:緊急停車 (0-非緊急停車狀态 1-緊急停車狀态)
IO.0:複位 (1-手動複位)
(利用高速計數器檢測轉速)
開關量輸入:
Q0.0:高速脈沖輸出(chū) (通過控制直流電磁鐵調節轉速)
Q0.1:停機 (1-停機電磁閥動作)
Q0.2:啓動 (1-啓動馬達動作)
Q0.3:市電合閘 (1-市電主開關動作)
Q0.4:機電合閘 (1-機電主開關動作)
Q0.5:三啓失敗 (1-三啓失敗信号燈亮)
Q0.6:機組故障 (1-機組故障信号燈亮)
Q0.7:警鈴 (1-警鈴響)
Q1.0:自動強激磁 (1-強激磁繼電器動作)
Q1.1:冷啓動自動輔助 (1-冷啓動輔助裝置電磁閥動作)
模拟量輸入:
AIW2:母線電壓
AIW4:母線電流
AIW6:負載功率
4 系統實現
發電站自動化監控系統由機組自動啓停控制，轉速自動調節，電量參數自動檢測，故障自動檢測等功能模塊組成。
4.1 制動啓停控制
本功能模塊是(shì)根據各開關量的(de)輸入狀态，自動控制機組的(de)啓動、停止和(hé / huò)機電與市電的(de)相互切換。這(zhè)主要(yào / yāo)屬于(yú)順序控制具有較強的(de)邏輯控制。用A5實現簡易而(ér)可靠。
4.2 轉速調節
油機轉速調節是(shì)通過CPU中高速脈沖輸出(chū)脈寬調制(PWM)功能調節可控直流電磁鐵控制柴油機油門開度來(lái)實現的(de)。用CPU實現轉速調節方法如下:轉速信号由安裝在(zài)柴油機上(shàng)磁電式傳感器獲得，CPU通過高速計數器測量油機轉速，測得轉速信号送入PID調節器，将調節器輸出(chū)的(de)數字量轉換爲(wéi / wèi)脈沖寬度的(de)時(shí)間量，再通過CPU中的(de)脈寬可調的(de)高速脈沖輸出(chū)(QO.0)，經過功率驅動器控制可控制直流電磁鐵調節緊油機門開度大(dà)小，從而(ér)實現對油機轉速的(de)調節。
本系統屬于(yú)反饋控制和(hé / huò)精确的(de)數字控制，涉及到(dào)一(yī / yì ／yí)些控制算法問題。
在(zài)CPU中，方法實現了(le／liǎo)一(yī / yì ／yí)種轉速控制的(de)PID調節器。PID的(de)模拟表達式:
M(t)=KC(1+1/Ti*fe(t)dt+Td*de(t)/de(t))
在(zài)CPU中，微公和(hé / huò)積分采用如下公式:
微分運算:[新差值E(n)-舊差值E(n-1)]÷控制周期TC
積分運算:[舊差值E(n-1)+新差值E(n)]×控制TO÷2
轉速-與轉速傳感器頻率關系的(de)計算公式如下:
f----轉速傳感器信号頻率
n----轉速(轉/分)
z----傳感齒輪齒數
爲(wéi / wèi)更好的(de)實現全程調速我們采用分程PID限幅
怠速時(shí)間:
轉速設定值 VW108=192
最小輸出(chū)值 VW126=180
最大(dà)輸出(chū)值 VW124=420
高速期間:轉速設定值 VW108=VW212(由模拟電位器設定)
最小輸出(chū)值 VW126=420
最大(dà)輸出(chū)值 VW124=995
本系統中:n=1500r/mln z=128齒
這(zhè)樣f>3200Hz，故采用7kHz的(de)高速計數器HSC0測量轉速。停機時(shí)，将轉速設定值和(hé / huò)網緩沖器全部置0。輸出(chū)限制在(zài)VW106=5上(shàng)，以(yǐ)使PWM能夠連續工作。同時(shí)使Q0.1=1，停機磁閥動作，切斷油路達到(dào)停機目的(de)。
