新聞主題	自動(dòng)化發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的分類及功能

 

摘要：自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)主要有3種，它們分別是繼電器控制系統(tǒng)、可編程序控制器（PLC）控制系統(tǒng)和專用控制器（或單片計(jì)算機(jī)、微機(jī)）控制系統(tǒng)。隨著行業(yè)快速發(fā)展，自動(dòng)化控制器已經(jīng)集成了數(shù)字化，智能化和網(wǎng)絡(luò)化等先進(jìn)技術(shù)，如今大多數(shù)配備的控制器以微處理為核心，因其性能穩(wěn)定，適用于發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制及系統(tǒng)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開機(jī)和停機(jī)，自動(dòng)切換，自動(dòng)送電，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，報(bào)警保護(hù)完全實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值守”。

 

一、繼電器接觸控制

 

采用繼電器控制系統(tǒng)的主要控制對(duì)象是自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組中的柴油機(jī)、交流無(wú)刷發(fā)電機(jī)和控制屏等3部分組成。柴油機(jī)上設(shè)置有自動(dòng)起動(dòng)和自動(dòng)停機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，還設(shè)置有油壓水溫和轉(zhuǎn)速等監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置，在控制屏內(nèi)安裝有自啟動(dòng)裝置、切換控制裝置。控制屏通過(guò)通訊電纜與發(fā)電機(jī)組連接。

圖1為一臺(tái)200GFZ自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)框圖，主要由市電監(jiān)測(cè)、油機(jī)電監(jiān)測(cè)、自起動(dòng)控制器、顯示報(bào)警裝置、市電切換電路及油機(jī)電切換電路等部分組成。市測(cè)、油機(jī)電監(jiān)測(cè)、切換電路和自起動(dòng)控制器均采用繼電器邏輯控制。該發(fā)電機(jī)組的傳感與控制與執(zhí)行機(jī)構(gòu)框圖如圖2所示。

該控制系統(tǒng)的主要功能有：自動(dòng)起動(dòng)、自動(dòng)升速、自動(dòng)供電、自動(dòng)停機(jī)、油壓過(guò)低水溫過(guò)高報(bào)警、升速失敗報(bào)警和二次起動(dòng)失敗報(bào)警等功能。在發(fā)出故障報(bào)警的同時(shí)自動(dòng)柴油機(jī)的油門，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停機(jī)。

1．自動(dòng)起動(dòng)和自動(dòng)供電

當(dāng)市電中斷時(shí)，市電切換電路立即切斷市電供電電路，同時(shí)，市電監(jiān)測(cè)電路通過(guò)自起動(dòng)控制器使起動(dòng)電機(jī)D運(yùn)轉(zhuǎn)，從而起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組。起動(dòng)成功后，潤(rùn)滑油油壓上升，當(dāng)油壓升到規(guī)定值時(shí)，起動(dòng)成功油壓傳感器IYYJ接通潤(rùn)滑油路電磁場(chǎng)閥EB的控制電路，該電磁閥把升速油缸的油路打開，柴油機(jī)的壓力潤(rùn)滑油推動(dòng)油缸活塞帶動(dòng)油門手柄向升速方向移動(dòng)，在升速限位控制器GXK的作用下，柴油機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速。此時(shí)，在自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR的作用下，發(fā)電機(jī)輸出額定電壓。然后，柴油機(jī)電切換電路接通，柴油機(jī)發(fā)電機(jī)開始給負(fù)載供電。

2．市電恢復(fù)后自動(dòng)停機(jī)

市電恢復(fù)后，在市電監(jiān)測(cè)電路的作用下，首先切斷柴油機(jī)供電電路，然后，市電切換電路投入工作，負(fù)載由市電供電。同時(shí)，自起動(dòng)控制器使停機(jī)電磁鐵NQ動(dòng)作，控制柴油機(jī)的油門，柴油機(jī)先低速運(yùn)行，然后自動(dòng)停機(jī)。

3．故障停機(jī)與報(bào)警

在發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，冷卻水出水溫度達(dá)到95℃±2℃時(shí)，溫度控制器JW通過(guò)系統(tǒng)控制器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并切斷負(fù)載，同時(shí)，停機(jī)電磁鐵NQ動(dòng)作，柴油發(fā)電機(jī)組停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)潤(rùn)滑油的油壓低于規(guī)定值時(shí)，油壓低報(bào)警傳感器2YYJ的觸點(diǎn)閉合，控制器通過(guò)顯示報(bào)警裝置發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)切斷油機(jī)電切換電路，然后停機(jī)電磁鐵NQ運(yùn)行，柴油發(fā)電機(jī)組自動(dòng)停機(jī)。當(dāng)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速超出額定轉(zhuǎn)速時(shí)，油機(jī)電監(jiān)測(cè)電路中的高周率繼電器動(dòng)作，柴油發(fā)電機(jī)組自動(dòng)停機(jī)。

自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組采用繼電器和接觸器構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)，所需元器件的數(shù)量很多控制線路復(fù)雜，工作可靠性較差，故障率較高。

 

圖1 自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)框圖

圖2 發(fā)電機(jī)傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)框圖

 

 

二、可編程序控制器PLC控制系統(tǒng)

 

控制系統(tǒng)采用可編程序控制器（PLC，Programmable Controller）時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)組的工作由軟件控制，可大大簡(jiǎn)化控制電路，因此控制系統(tǒng)的可靠性很高。PLC是專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的，采用可編程的存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)用戶的指令，通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入，輸出，實(shí)現(xiàn)各類型機(jī)械或過(guò)程的控制。PLC及其外設(shè)的設(shè)計(jì)，能非常方便地集成到工業(yè)控制系統(tǒng)中，并很容易地達(dá)到人們期望的目的。比如康明斯生產(chǎn)的SIMATIC S5和S7系列就非常適合作為自動(dòng)化發(fā)電機(jī)組的控制器。實(shí)踐證明采用PLC控制柴油電站是成功的，實(shí)現(xiàn)備用發(fā)電機(jī)組的應(yīng)急供電，保證供電的連續(xù)性、可靠性和穩(wěn)定性，以及通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)能夠非常方便地把電站控制納入到中央的管理系統(tǒng)中去，以達(dá)到統(tǒng)一高度的目的，使其優(yōu)點(diǎn)更為突出。

證供電的連續(xù)性、可靠性和穩(wěn)定性，以及通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)能夠非常方便地把電站控制納入到中央的管理系統(tǒng)中去，以達(dá)到統(tǒng)一高度的目的，使其優(yōu)點(diǎn)更為突出。

在采用PLC的自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組中，柴油機(jī)的傳感器和各種執(zhí)行元件與繼電器控制系統(tǒng)完全相同，所不同的只是由PLC完成繼電器的邏輯控制功能。PLC控制的自動(dòng)化發(fā)電機(jī)組邏輯框圖如圖3所示。

 

圖3 自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組控制邏輯框圖

 

1．控制系統(tǒng)的組成

該控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)有蓄電池開始充電信號(hào)、蓄電池停止充電信號(hào)、市電故障（包括電壓和頻率超出規(guī)定范圍）信號(hào)、發(fā)電機(jī)組起動(dòng)成功信號(hào)、發(fā)電機(jī)組額定轉(zhuǎn)速信號(hào)、發(fā)電機(jī)組超速信號(hào)、發(fā)電機(jī)組頻率過(guò)低和過(guò)高信號(hào)、發(fā)電機(jī)組的欠壓和過(guò)壓信號(hào)、發(fā)電機(jī)組的過(guò)載信號(hào)、冷卻水超溫信號(hào)、潤(rùn)滑油壓力低信號(hào)、發(fā)電機(jī)組短路信號(hào)、故障復(fù)位信號(hào)和發(fā)電機(jī)組停機(jī)信號(hào)等。

輸出信號(hào)有蓄電池充電控制信號(hào)、充油泵控制信號(hào)、柴油機(jī)起動(dòng)信號(hào)、發(fā)電機(jī)充磁信號(hào)、柴油機(jī)升降速信號(hào)、發(fā)電機(jī)主開關(guān)分合控制信號(hào)、市電主開關(guān)分合控制信號(hào)以及各種報(bào)警信號(hào)和顯示信號(hào)。

由于可編程控制器PLC輸出觸點(diǎn)的容量較小，通常只能驅(qū)動(dòng)2A以下的負(fù)載。大容量負(fù)載必須通過(guò)固體繼電器控制，為了防止各輸出端相互干擾，在PLC機(jī)和固體繼電器之問(wèn)通常還應(yīng)加入阻斷二極管，重要控制部分還采用了外部互鎖結(jié)構(gòu)。

 

圖4 發(fā)電機(jī)控制器輸入和輸出接口示意圖

 

2．可編程控制器的軟件

自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組程序控制流程如圖5所示。PLC采用以標(biāo)準(zhǔn)布爾表達(dá)式（AND、OR、ONT）為基礎(chǔ)的簡(jiǎn)便梯形圖語(yǔ)言。當(dāng)程序未固化時(shí)，用戶可根據(jù)自己的要求修改，以滿足特殊要求。

 

圖5 自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組程序控制流程

 

 

三、專用控制器或自動(dòng)控制屏

 

1．自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組的專用控制器主要功能

（1）柴油機(jī)的自動(dòng)控制：

① 啟動(dòng)系統(tǒng)：

柴油機(jī)的啟動(dòng)一般為電啟動(dòng)方式（采用蓄電池），啟動(dòng)系統(tǒng)包括：蓄電池、啟動(dòng)接觸器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)、啟動(dòng)按鈕及相關(guān)控制線路。啟動(dòng)過(guò)程：按啟動(dòng)按鈕SB1，啟動(dòng)接觸器K5吸合，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)與柴油機(jī)飛輪齒合時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)柴油機(jī)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)柴油機(jī)啟動(dòng)成功后，立即釋放起動(dòng)按鈕SB1，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)退出。如圖6所示。

② 充電系統(tǒng)：

當(dāng)柴油機(jī)在運(yùn)行時(shí)，通過(guò)柴油機(jī)自帶的充電發(fā)電機(jī)對(duì)蓄電池充電，充電系統(tǒng)一般包括充電發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、充電電流表及相關(guān)控制線路。

③ 儀表系統(tǒng)：

儀表配置據(jù)柴油機(jī)機(jī)型不同有所不同，但一般設(shè)有轉(zhuǎn)速表、油壓表、油溫表、水溫表和充電電流表等儀表。

 

圖中G為充電機(jī)，A4充電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，WT為水溫表，OP為油壓表 圖6 柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)控制電路

 

 

④ 自動(dòng)加熱裝置：

在自動(dòng)化發(fā)電機(jī)組的柴油機(jī)上一般加裝冷卻水自動(dòng)加熱裝置，使在發(fā)電機(jī)組備機(jī)態(tài)時(shí)，使要油機(jī)處于熱機(jī)狀態(tài)，以便發(fā)電機(jī)組在市電失電時(shí)，15s內(nèi)起動(dòng)發(fā)電機(jī)組并帶負(fù)載工作。如圖7所示，當(dāng)水溫低于30℃時(shí)，溫控器觸點(diǎn)接通，KM1吸合，加熱器EH工作。當(dāng)水溫上升至50℃時(shí)，溫控器觸點(diǎn)斷開，KM1釋放，加熱器EH不工作。

 

圖7 柴油發(fā)電機(jī)組自動(dòng)加熱裝置

 

⑤ 保護(hù)裝置：

柴油機(jī)一般有如下幾種保護(hù)裝置：檢測(cè)滑油壓力低傳感器、檢測(cè)冷卻水溫高傳感器及用于超速保護(hù)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置。

⑥ 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)：

柴油機(jī)轉(zhuǎn)速一般通過(guò)調(diào)速器自動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)速器一般分電子式、機(jī)械式和液壓式3種。調(diào)速器由轉(zhuǎn)速檢測(cè)、控制及執(zhí)行器三部分組成，調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速因負(fù)載的增加而下降時(shí)，調(diào)速器通過(guò)執(zhí)行器加大油門，使轉(zhuǎn)速回升，反之當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速因負(fù)載的減小而升高時(shí)，執(zhí)行器減小油門，使轉(zhuǎn)速下調(diào)，保證柴油機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。

（2）發(fā)電機(jī)的自動(dòng)控制

① 電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)

發(fā)電機(jī)電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)是通過(guò)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)電機(jī)輸出端電壓高時(shí)，通過(guò)AVR減小發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，使電壓下降；反之，當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，通過(guò)AVR增加發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，使電壓回升，保證電壓穩(wěn)定性。

② 空載電壓的調(diào)節(jié)

當(dāng)電機(jī)空載時(shí)，通過(guò)AVR調(diào)節(jié)相關(guān)電位器，可使輸出電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整，一般為額定電壓的95％～105％。

③ 發(fā)電機(jī)的保護(hù)

a.加裝電流互感器及電流繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)，分過(guò)載短延時(shí)和過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)二種。

b.短路保護(hù)：通過(guò)主開關(guān)的電磁脫扣特性來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)負(fù)載端短路時(shí)，主開關(guān)自動(dòng)跳閘。

c.定子高溫保護(hù)：通過(guò)加裝定子溫度傳感器。當(dāng)定子溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警并保護(hù)。

d.防潮加熱：通過(guò)加裝防潮加熱器來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)電機(jī)組在備機(jī)狀態(tài)時(shí)，加熱器工作，以防因環(huán)境潮濕引起電機(jī)絕緣降低。

（3）自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行控制

① 單發(fā)電機(jī)組運(yùn)行控制

當(dāng)發(fā)電機(jī)組處于自動(dòng)應(yīng)急狀態(tài)時(shí)，市電失電，發(fā)電機(jī)組自動(dòng)起動(dòng)，當(dāng)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行正常后（電壓和頻率達(dá)額定值），通過(guò)切換開關(guān)由市電側(cè)轉(zhuǎn)至發(fā)電機(jī)側(cè)，發(fā)電機(jī)對(duì)負(fù)載供電，系統(tǒng)具有自動(dòng)控制屏的有關(guān)控制功能。

② 多發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行控制

除了具有單發(fā)電機(jī)組運(yùn)行功能外，應(yīng)具有下列控制功能：

a.發(fā)電機(jī)組自動(dòng)起動(dòng)失敗時(shí)，程序起動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)地將起動(dòng)指令轉(zhuǎn)移給下一臺(tái)發(fā)電機(jī)組：

b.按自動(dòng)控制指令或遙控指令完成兩臺(tái)同型號(hào)規(guī)格發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)并聯(lián)與解列；通常當(dāng)輸出功率持續(xù)達(dá)到運(yùn)行發(fā)電機(jī)組的額定功率時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)向第2臺(tái)發(fā)電機(jī)組發(fā)出起動(dòng)指令，并使其自動(dòng)投入并聯(lián)運(yùn)行；當(dāng)輸出功率持續(xù)減小到兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組總額定功率的40％時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)使并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組中的一臺(tái)發(fā)電機(jī)組發(fā)出解列和停機(jī)指令。

c.發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)分配輸出的有用功率和無(wú)用功率。

d.按自動(dòng)控制指令或遙控指令完成對(duì)備用發(fā)電機(jī)組（第三臺(tái)發(fā)電機(jī)組）的控制：當(dāng)并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組中的一臺(tái)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)先起動(dòng)備用發(fā)電機(jī)組并使其自動(dòng)投入并聯(lián)運(yùn)行后，故障發(fā)電機(jī)組再解列。

當(dāng)并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組中的一臺(tái)發(fā)生二級(jí)故障時(shí)，故障發(fā)電機(jī)組應(yīng)自動(dòng)停機(jī)，并自動(dòng)切斷一部分負(fù)載（通常是次要負(fù)載），使運(yùn)行發(fā)電機(jī)組不出現(xiàn)過(guò)載，同時(shí)起動(dòng)備用發(fā)電機(jī)組并使其自動(dòng)投入并聯(lián)運(yùn)行，恢復(fù)正常供電。

注：一級(jí)故障是指發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障后允許運(yùn)行一段時(shí)間（備用發(fā)電機(jī)組投入運(yùn)行所需的時(shí)間）的故障，二級(jí)故障是指發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障后需立即停機(jī)的故障。

2．CIMC-Y自動(dòng)化發(fā)電機(jī)組的專用控制器

自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組的主控制器采用專門為發(fā)電機(jī)組而設(shè)計(jì)的控制器，使系統(tǒng)控制線路大大簡(jiǎn)化，但功能更強(qiáng)，系統(tǒng)更可靠，是目前被國(guó)內(nèi)外廣泛采用的控制方式。如圖8所示。Al為專用控制器，市電及發(fā)電機(jī)電壓信號(hào)接入控制器，具有對(duì)油壓低及水溫高的檢測(cè)，同時(shí)能控制切換。K1為綜合報(bào)警斷電器，K2為超支信號(hào)輸出，K3用于打開電磁閥，對(duì)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)通過(guò)頻率方式。

 

圖8 自動(dòng)化發(fā)電機(jī)組的DSE509專用控制器

 

未來(lái)自動(dòng)化發(fā)電機(jī)組的發(fā)展方向應(yīng)該是無(wú)人值守型，功能更強(qiáng)，可靠性更高：采用技術(shù)更加先進(jìn)的專用控制器是主要趨勢(shì)。

 

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