時間:2013-02-28 11:33:44來源:上海正航電子
一 引言
今天,隨著對工業(yè)自動化的要求越來越高,以及大量控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置之間通信的需要,"監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)"越來越受到用戶的重視。在動力系統(tǒng)方面,以柴油發(fā)電機組作為應(yīng)急備用電源的發(fā)電廠,在工廠、礦山、高層建筑、醫(yī)院、郵電、賓館、銀行等許多部門都得到了廣泛的應(yīng)用。為了提高供電質(zhì)量和供電可靠性,改善操作人員的工作條件,減少維護(hù)運行人員,備用發(fā)電站迫切要求實現(xiàn)自動化運行和管理。該監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)視主機(包括通信板)和若干現(xiàn)場的從站(正航A5)組成。實現(xiàn)發(fā)電機組的數(shù)據(jù)采集、報警、存儲、備份等服務(wù)。本文主要介紹下位機A5的系統(tǒng)原理。
二 系統(tǒng)的總體設(shè)計
結(jié)合生產(chǎn)實際的需要,考慮該發(fā)電機組的自動化系統(tǒng)由5大功能部件組成(系統(tǒng)的硬件圖如圖1所示)。
(1) 發(fā)電機組的自動啟動和自動停機;
(2) 工程市電和機電的自動切換;
(3) 發(fā)電機組電壓和頻率的自動調(diào)節(jié);
(4) 發(fā)電機組故障自動檢測,報警和故障處理;
(5) 發(fā)電機組電壓、電流、頻率、有功功率、啟動電池電壓等電量參數(shù)的自動調(diào)節(jié)。
三 系統(tǒng)組成
3.1 A5系統(tǒng)PLC的特性和特點
正航A5系列可編程控制器,性價比高,硬件配置齊全,它的特點與性能如下:
(1)機內(nèi)有高速計數(shù)器,最高可達(dá)10KHz高速脈沖輸入,并可輸出頻率和脈寬可調(diào)的高速脈沖信號。
(2)具有21個中斷源的中斷優(yōu)先管理,并配有RS485接口,可實現(xiàn)PLC 與PC機之間的遠(yuǎn)程通訊,便于上位機監(jiān)控和聯(lián)網(wǎng)。
(3)具有結(jié)構(gòu)緊湊、組裝靈活、編程簡單,抗干擾能力強、可靠性高等特點。
由此可見,它非常適用于工業(yè)控制中小型自動控制系統(tǒng)。經(jīng)分析,決定采用A5系列可編程控制器作為發(fā)電機組自動控制系統(tǒng)的核心部件。
3.2 PLC 配置及I/O的分配和功能
經(jīng)過分析,本系統(tǒng)采用10個開關(guān)量輸入,10個開關(guān)量輸出和3個模擬量輸入,即可滿足系統(tǒng)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的分配和功能如下:
開關(guān)量輸入:
IO.0:輸入中斷 (配合脈寬調(diào)制使用)
IO.1:方式選擇 (0-遠(yuǎn)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(shù)器HSCI (利用高速計數(shù)器檢測啟動電池電壓)
IO.7:緊急停車 (0-非緊急停車狀態(tài) 1-緊急停車狀態(tài))
IO.0:復(fù)位 (1-手動復(fù)位)
(利用高速計數(shù)器檢測轉(zhuǎn)速)
開關(guān)量輸入:
Q0.0:高速脈沖輸出 (通過控制直流電磁鐵調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速)
Q0.1:停機 (1-停機電磁閥動作)
Q0.2:啟動 (1-啟動馬達(dá)動作)
Q0.3:市電合閘 (1-市電主開關(guān)動作)
Q0.4:機電合閘 (1-機電主開關(guān)動作)
Q0.5:三啟失敗 (1-三啟失敗信號燈亮)
Q0.6:機組故障 (1-機組故障信號燈亮)
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:冷啟動自動輔助 (1-冷啟動輔助裝置電磁閥動作)
模擬量輸入:
AIW2:母線電壓
AIW4:母線電流
AIW6:負(fù)載功率
四 系統(tǒng)實現(xiàn)
發(fā)電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)由機組自動啟停控制,轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié),電量參數(shù)自動檢測,故障自動檢測等功能模塊組成。
4.1 制動啟??刂?/p>
本功能模塊是根據(jù)各開關(guān)量的輸入狀態(tài),自動控制機組的啟動、停止和機電與市電的相互切換。這主要屬于順序控制具有較強的邏輯控制。用A5實現(xiàn)簡易而可靠。
4.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)
油機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是通過CPU中高速脈沖輸出脈寬調(diào)制(PWM)功能調(diào)節(jié)可控直流電磁鐵控制柴油機油門開度來實現(xiàn)的。用CPU實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方法如下:轉(zhuǎn)速信號由安裝在柴油機上磁電式傳感器獲得,CPU通過高速計數(shù)器測量油機轉(zhuǎn)速,測得轉(zhuǎn)速信號送入PID調(diào)節(jié)器,將調(diào)節(jié)器輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為脈沖寬度的時間量,再通過CPU中的脈寬可調(diào)的高速脈沖輸出(QO.0),經(jīng)過功率驅(qū)動器控制可控制直流電磁鐵調(diào)節(jié)緊油機門開度大小,從而實現(xiàn)對油機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。
本系統(tǒng)屬于反饋控制和精確的數(shù)字控制,涉及到一些控制算法問題。
在CPU中,方法實現(xiàn)了一種轉(zhuǎn)速控制的PID調(diào)節(jié)器。PID的模擬表達(dá)式: M(t)=KC(1+1/Ti*fe(t)dt+Td*de(t)/de(t))
在CPU中,微公和積分采用如下公式:
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(zhuǎn)速-與轉(zhuǎn)速傳感器頻率關(guān)系的計算公式如下:
f----轉(zhuǎn)速傳感器信號頻率
n----轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)
z----傳感齒輪齒數(shù)
為更好的實現(xiàn)全程調(diào)速我們采用分程PID限幅
怠速時間:轉(zhuǎn)速設(shè)定值 VW108=192
最小輸出值 VW126=180
最大輸出值 VW124=420
高速期間:轉(zhuǎn)速設(shè)定值 VW108=VW212(由模擬電位器設(shè)定)
最小輸出值 VW126=420
最大輸出值 VW124=995
本系統(tǒng)中:n=1500r/mln z=128齒
這樣f>3200Hz,故采用7kHz的高速計數(shù)器HSC0測量轉(zhuǎn)速。停機時,將轉(zhuǎn)速設(shè)定值和網(wǎng)緩沖器全部置0。輸出限制在VW106=5上,以使PWM能夠連續(xù)工作。同時使Q0.1=1,停機磁閥動作,切斷油路達(dá)到停機目的。
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