基于PLC的酒店应急发电机组控制系统技术改造

基于PLC的酒店应急发电机组控制系统技术改造

摘　要：采用PLC技术，改造传统的应急发电机组继电控制系统，可以有效地提高控制系统的灵敏性、可靠性和稳定性。本文结合一中小型酒店的应急发电机组控制系统技改实例，阐述了应急发电机组的控制要求，分析了采用PLC改造继电控制系统的设计思路和工作原理，介绍了构造PLC控制系统的主要部件的功能及其选择，并介绍了PLC编程方法、系统的安装、调试及其运行效果。
关键词：PLC　应用应急发电机组　控制系统　技术改造
        导言：为防止外电网突然停电而带来极大影响及不便，许多高层酒店、小型医院门诊、写字楼等都备有应急发电机组。以往，应急发电机组大多采用继电控制系统进行控制，其可靠性、稳定性、灵敏性较低。近年随着PLC技术的推广，我市的酒店陆续采用PLC改造传统的应急发电机继电控制系统，有效地提高了系统的可靠性、灵敏性和稳定性。笔者在带电工培训班期间帮助我市一中小型酒店改造应急发电机组，取得良好效果，现结合该酒店的技改实例，谈谈PLC在应急供电控制系统中的应用。
        一、应急发电机组的控制要求。该酒店应急发电机组为康明斯柴油机组，型号是：HNC-1200，发动机型号：KTA50-G8其自动启动控制系统的控制对象为135系列柴油机。其基本功能是在电网失电时，系统控制柴油机启动和运行，应急发电机发电，向酒店如消防、救生等重要设备及电梯、中央空调等供电。
        控制系统应具有的功能如下：当酒店主电网失电后，处于应急状态，则系统应在30秒钟之内启动5秒钟，间隔5秒钟，再启动5秒钟……，直到自动连续启动3次，其中任一次启动成功后，自动加速到额定转速。系统具有“启动失败报警”功能，在规定的连续启动3次仍不成功，发出声光报警。系统能对运行中柴油机的冷却水温、润滑油温度及压力进行监视，一旦超越限定值，报警电路发出故障报警。系统能根据故障开关设置为是否故障停机。应急机组运行时，一旦主电网恢复供电，系统能使机组自动停机，并恢复到起动位置，为下一次应急启动作好准备。另当主电网尚未恢复供电，也能自动或人工控制机组停机。装置上设有一个“试机”和“试报警”选择开关，置于“试机”位置时，可以进行各项功能试验。置于“试报警”位置时，报警装置立即声光报警。
        二、控制系统技术改造的设计思路。应急发电机组原先的控制系统已有现场检测部件即传感部件、执行机构和信号指示部件。用PLC改造原控制系统，实质事实用PLC取代原系统的继电器等功能设置相关部件，保留传感部件和执行机构、信号指示部件。PLC是介于输入、输出之间起关键的功能指令作用的中间环节。根据控制要求编写PLC程序，传送到PLC内部进行存储，当控制系统运行时，PLC就不断从与之相连的输入设备收集现场信息，进行组合处理，发出对应的指令，通过输出端的执行机构来完成控制任务。在控制系统改造设计中，我们要从分析系统的工作原理开始，找出系统中的传感部件、执行机构及信号指示器件，分析各元件的工作方式和逻辑对应关系，作为构造一个PLC系统的依据。完成上面的工作后就可以大致选定原系统中的传感部件和功能设置元件分配到PLC的输入端，再把执行机构及信号指示元件分配到PLC的输出端，这就基本构造了一个PLC控制系统。
        三、PLC控制系统的工作原理及部件说明。根据上述技改设计思路，我们设计出PLC控制系统基本线路图，作为工程施工的依据。PLC控制系统主要由三类部件组成，一是传感部件，即现场检测部件；二是功能设置部件，包括PLC；三是执行机构及信号指示部件，如系统电路图所示，现将各类部件的功能说明如下：
        1.传感部件的功能。(1)11ZJ（51-49）为主电网自动开关DW的常闭触点，如11ZJ（51-49）闭合，则电网失电。(2)线圈J3（54-56）接到充电发电机的两端，如充电发电机端电压达到额定电压值，J3动作，J3的常开触头闭合，则柴油机启动成功。(3)凸轮开关KK有5对触头，由伺服电动机YD驱动，对应有四种组合，停机位置：A闭合；启动位置：B、C、D、E闭合；额定转速位置：C、D、E闭合。高速微调位置：D、E闭合。(4)WYI、WY2、YLJ是柴油机运动行水温、油温、油压报警的继电器。
        2.功能设置部件中各功能开关的功能。(1)K1为“遥控”与“应急”选择开关，当置于“遥控”与“应急”中间位置时，运行中的机组能直接或延时停机。(2)ZA、NA分别为手动“升速”、“减速”按钮，在K1置于“遥控”时，ZA或NA按钮有效。(3)K3为“故障停机”选择开关，可使机组故障停机；K5为“延时停机”选择开关。能使系统停机前在低速运行90秒钟后再退到停机位；K6为“试机”和“试报警”的选择开关。        3.执行机构和信号指示部件功能。(1)YD为伺服电动机，用于驱动凸轮控制器。(2)ZC为接触器，当ZC动作时，其触头接通柴油机的启动马达按钮。(3)J2为继电器，在ZC有输出时，J2也同时动作，其触头把J3接入充电发电机回路，当ZC断开时，J2也同时切断J3回路。(4)报警指示灯SGD1、SGD2、SGD3、SGD6亮和鸣音器W1鸣叫。
        四 、PLC的选定及输入输出端的分配。PLC选用日本三菱的小型可编程序控制器：FX2N-48MR。具体输入-输出端的分配如I-O分配图所示。 
        　　               　系统电路图　　　　　　　　I-O分配图
        五、PLC程序编写及梯形图的绘制。按照系统工作原理和电路逻辑功能，用FX2N系列的编程语言编写PLC程序，绘制梯形图。（梯形图可以在电脑上运用Fxgpwin软件在Sbopc-Fxgp/Win-E界面下编制）绘制出梯形图后，我们可以运用Fxgpwin软件在Sbopc-Fxgp/Win-E(ladder)界面下将编制的梯形图转化为指令表，然后通过接口设备将程序传到PLC内保存，以备调试试验。（因篇幅所限，梯形图及指令表等省略）。
        六、新系统安装与调试。经过上述各项设计及准备工作后，我们就可以根据基本线路图，选择适用的电器元件，进行PLC控制系统的安装工作，在安装中要注意做好抗干扰和保护措施，安装工程完成后，进行现场调试，实现全部功能后验收合格即投入使用。
        七、结束语。用PLC改装原来的控制系统，实质是将原系统的控制过程编写成PLC程序并存储于PLC中，当系统运行时，PLC不断的从与之相连的输入设备收集现场信息，进行组合处理，发出对应的指令，通过输出端的执行机构来完成控制任务，该酒店采用PLC改造原来的继电控制系统后，有效地提高了系统的灵敏性、可靠性、稳定性，而且可以实现自动运行和远程监控。这一技改工程由笔者负责总设计，并指导电工培训班学员与酒店工程部人员合作进行安装、调试，投入使用2年来，证明完全符合设计要求，性能良好，灵敏度高，有报警及遥控功能。这是校企合作的又一成功实例。
参考文献
[1]武常刚《发电机组控制系统技术改造实例》.《自动化博览》，2009年03期。
[2]安蔚华《发电机组系统的技术改造》.《水电厂自动化》，2010年08期。 

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