關鍵詞:PLC應急發電機方案配電系統
在分析應急發電機自啟動要求的基礎上，結合設備現狀和配電系統的設計要求，提出了利用PLC(可編程控制器)優勢改造現有設備的詳細設計思路和方案，以供參考。
傳統的發電機控制通常采用落後的繼電器接觸器控制方式，中間繼電器和時間繼電器過多，體積龐大，功能少，使用壽命短，線路復雜，觸點多，導致故障多，可靠性差，維護困難。但由於集成電路(IC)系統芯片種類繁多、體積大、設計周期長、成本低、工藝復雜、抗幹擾性差、可靠性差，采用了微電子技術。可編程控制器(PLC)是壹種以微處理器為基礎，集計算機技術和通信技術於壹體的新型通用自動控制裝置。它具有結構簡單、性能優越、可靠性高、靈活多變、易於編程、使用方便等優點。近年來，它被廣泛應用於工業自動控制、機電壹體化和傳統產業的改造。
用PLC控制應急發電機組有很多優點。主要由軟件控制，省去了硬件開發工作，外圍電路少，大大提高了系統的可靠性和抗幹擾能力。由於其簡單的可編程功能，可以在不改變系統外部硬件接線的情況下改變系統的控制要求，大大提高了系統的“靈活性”。
主要設計功能
在生產過程中，突然停電，應急發電機立即繼續向設備供電。應急電源的原動機壹般采用帶獨立冷卻供油系統的柴油機，並配有自啟動裝置，保證在主站斷電後0-50秒內啟動。應急電網通常是主電網的壹部分。正常情況下，這些電器由主配電板供電，但只有在緊急情況下才由應急發電機組供電。因此，應急配電盤上的應急發電機主開關與主開關向應急配電盤供電的開關之間存在電氣聯鎖，以確保安全。
應急發電機組作為應急電源，應滿足以下基本要求:
1，自動啟動
當正常電源出現故障(停電)時，機組能自動啟動、加速、關閉向應急負荷供電。
2、自動停止
當正常電源恢復並判斷正常時，控制開關完成從應急電源到正常電源的自動切換，然後控制機組減速至怠速停機。
3、自動保護
機組運行過程中，如果油壓過低(小於0.3MP)、冷卻水溫度過高(大於95度)、電壓異常，機組將緊急停機，同時發出聲光報警信號。是否存在水溫高(90度以上)、油溫高等故障。發送聽覺和視覺警報信號來提醒維護人員進行幹預。
4、三啟動功能
該裝置有三種啟動功能。如果第壹次啟動不成功，將在延遲10秒後重新啟動。如果第二次啟動不成功，將在延遲後重新啟動。三次啟動只要有壹次成功，就會按照預設的程序運行下來；如果連續三次啟動不成功，則視為啟動失敗，並發出聲光報警信號(也可控制另壹臺機組同時啟動)。
5、自動保持準啟動狀態。
機組可以自動保持準啟動狀態。此時機組自動定期預供油系統、油水自動加熱系統、蓄電池自動充電裝置投入運行。
6、具有手動和自動操作模式。
控制系統的硬件設計
應急電源大多采用135系列柴油發電機組。這裏以此為例，用PLC實現柴油機自啟動的控制。
電路分析
設計說明:控制面板上有“手動/自動”選擇旋鈕，“啟動”、“加速”、“減速”、“關閉”、“釋放”按鈕。接近開關(旋轉編碼器)安裝在柴油機上測量轉速，油門電機安裝控制柴油機轉速，電磁鐵安裝停止和熄滅發動機。電壓檢測，水溫，油壓都是外部開關信號。
壹次啟動過程:正常斷電後，5秒後“啟動電機”啟動4秒。如果柴油機著火，接近開關(旋轉編碼器)檢測到柴油機達到起動轉速，PLC立即停止“起動電機”。柴油機怠速運轉30S後，根據接近開關的信號開始加速，直到轉速穩定，發電機開始發電。電壓正常後，主開關閉合，向負載供電。運行中，PLC自動穩定轉速。
三次啟動過程:如果第壹次啟動不成功，接近開關(旋轉編碼器)檢測柴油機達不到啟動轉速，5秒後柴油機達不到啟動轉速，由PLC內部的定時器控制，以10秒為壹個周期，三次啟動時間約為30秒，32秒後輸出報警。如果啟動過程中接近開關(旋轉編碼器)未能檢測到柴油機的啟動速度，發動機將重新啟動。
啟動失敗和柴油機停機:啟動失敗後，電磁將油門拉回“停止”位置。當電力恢復正常時，PLC發出分閘信號，油門電機減速至60S怠速，然後電磁將油門拉回“停止”位置，柴油機缺油停機。
可根據用戶需要增加小型人機界面，以文字、指示燈、圖案等形式顯示柴油機的各種數值和狀態。並且可以通過面板上的按鈕改變柴油機的數值和狀態。可以修改與時間相關的參數，並且可以設置輸入數據的範圍，並且可以拒絕超出該範圍的數據。柴油機的各種故障可以以文本形式顯示，以便查找故障，如三次起動失敗、轉速高、缸溫高、市電供電等。具有密碼保護功能，可防止未經授權的用戶更改重要數據和開關量。
自動控制的單元特性
機組(1)由柴油發電機組和中央控制櫃組成，可單機單櫃、雙機單櫃或聯網自動化(無人值守)控制。
(2)控制櫃的核心是可編程控制器(PLC)，通常選用北京凱電公司的CPU306小型可編程控制器，運行可靠，質量穩定。
(3)充分利用PLC的指令和功能進行編程，盡量減少外圍控制元件和接口。電路簡單，易於操作和維護。
(4)利用PLC的高速計數器功能，可以精確測量機組的轉速，不使用原測速發電機和轉速表，避免了安裝難度，提高了可靠性。
(5)控制器采用24V DC電源，配有先進的高頻開關DC充電設備，可對電池進行浮充，保證控制櫃的DC供電。
(6)6)PLC中的EPROM(只讀存儲器)可以固化程序，使原程序長期不丟失。
(7)利用PLC的通信功能可以實現短距離和長距離的集中監控。
技術要求:
最好使用旋轉編碼器，而不是接近開關。
接近開關的技術要求:
螺紋接近開關檢測距離10 mm 10%工作電壓DC類型:10-30VDC三線響應頻率400Hz。
接近開關，又稱無觸點接近開關，是壹種理想的電子開關傳感器。當金屬探測器靠近開關的感應區域時，開關能快速發出電氣指令，無觸點、無壓力、無火花，準確反映運動機構的位置和行程。即使用於壹般的行程控制，其定位精度、工作頻率、使用壽命、安裝調整的方便性以及對惡劣環境的適應能力都是壹般機械行程開關無法比擬的。
根據所需的輸入/輸出點選擇PLC型號。
根據自動化單元的控制要求，所需PLC的輸入點為14，輸出點為10。系統的控制量基本上是壹個開關量，只有電壓是模擬量。為了降低成本，可以通過檢測電路將模擬量轉換成開關量。例如，電壓監控可以由電壓保護器代替。這樣就可以選擇沒有模擬輸入的PLC。對於小型發電機，不需要安裝節流電機來控制柴油機的轉速。該系統采用北京凱電公司的CPU306小型可編程控制器，可靠性高，體積小。輸入點數為14，輸出點數為10。電源、輸入和輸出電壓均為24VDC。
配電PLC輸入和輸出
根據自動化單元的控制要求和電氣原理圖，PLC輸入輸出信號分配表如表1所示。
表1輸入/輸出分配表
I0.0
停電信號
Q0.0
油門加速
I0.1
接近開關
(旋轉編碼器)
O0.1
油門減速
I0.2
接近開關* *
(旋轉編碼器)* *
問題0.2
打開電機
I0.3
電壓正常
問題0.3
開啟
I0.4
機油壓力低
問題0.4
分離制動器
I0.5
高水溫
Q0.5
停止電磁鐵
I0.6
手動/自動
問題0.6
擊穿信號
I0.7
起動按鈕
問題0.7
I1.0
加速按鈕
Q1.0
I1.1
延遲按鈕
Q1.1
I1.2
停止按鈕
I1.3
關閉按鈕
I1.4
制動按鈕
I1.5
關閉輸出信號
註:我都是DC 24V輸入，Q的無源接點輸出(24V3A)1表示開0表示關。
電路設計見附錄1:(AutoCAD 2004打開)
發電機時序圖如附錄2所示:(Autocad2004打開)
發電機PLC源程序見附件(從北京凱德安自動化技術有限公司網站下載最新版EasyProg軟件打開)。源程序是安裝接近開關，柴油機每轉發出6個脈沖信號，柴油機以每分鐘1000轉，0.5秒為壹個周期測轉速。如果使用旋轉編碼器，以0.1秒為周期測量速度，效果更好。
結論
PLC控制的自動柴油發電機組硬件結構簡單，成本低，響應快，性價比高，與單片機系統相比可靠性高。現場試驗表明，性能穩定，運行可靠。此外，還可以根據實際需要方便地進行擴展。只要對程序稍加修改，就可以滿足用戶不同的控制要求。對於現代智能建築來說，控制系統還可以通過通信模塊納入到整個建築的監控系統中，表現出極大的靈活性和適應性，具有很高的實際推廣價值。