新聞主題	自動(dòng)化發(fā)電機組控制系統的分類(lèi)及功能

 

摘要：自動(dòng)化柴油發(fā)電機組的控制系統主要有3種，它們分別是繼電器控制系統、可編程序控制器（PLC）控制系統和專(zhuān)用控制器（或單片計算機、微機）控制系統。隨著(zhù)行業(yè)快速發(fā)展，自動(dòng)化控制器已經(jīng)集成了數字化，智能化和網(wǎng)絡(luò )化等先進(jìn)技術(shù)，如今大多數配備的控制器以微處理為核心，因其性能穩定，適用于發(fā)電機組自動(dòng)控制及系統監控，實(shí)現自動(dòng)開(kāi)機和停機，自動(dòng)切換，自動(dòng)送電，數據監測，報警保護完全實(shí)現“無(wú)人值守”。

 

一、繼電器接觸控制

 

采用繼電器控制系統的主要控制對象是自動(dòng)化柴油發(fā)電機組中的柴油機、交流無(wú)刷發(fā)電機和控制屏等3部分組成。柴油機上設置有自動(dòng)起動(dòng)和自動(dòng)停機等執行機構，還設置有油壓水溫和轉速等監測保護裝置，在控制屏內安裝有自啟動(dòng)裝置、切換控制裝置?？刂破镣ㄟ^(guò)通訊電纜與發(fā)電機組連接。

圖1為一臺200GFZ自動(dòng)化柴油發(fā)電機組的控制系統框圖，主要由市電監測、油機電監測、自起動(dòng)控制器、顯示報警裝置、市電切換電路及油機電切換電路等部分組成。市測、油機電監測、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)電機組的傳感與控制與執行機構框圖如圖2所示。

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

1．自動(dòng)起動(dòng)和自動(dòng)供電

當市電中斷時(shí)，市電切換電路立即切斷市電供電電路，同時(shí)，市電監測電路通過(guò)自起動(dòng)控制器使起動(dòng)電機D運轉，從而起動(dòng)柴油發(fā)電機組。起動(dòng)成功后，潤滑油油壓上升，當油壓升到規定值時(shí)，起動(dòng)成功油壓傳感器IYYJ接通潤滑油路電磁場(chǎng)閥EB的控制電路，該電磁閥把升速油缸的油路打開(kāi)，柴油機的壓力潤滑油推動(dòng)油缸活塞帶動(dòng)油門(mén)手柄向升速方向移動(dòng)，在升速限位控制器GXK的作用下，柴油機工作在額定轉速。此時(shí)，在自動(dòng)電壓調節器AVR的作用下，發(fā)電機輸出額定電壓。然后，柴油機電切換電路接通，柴油機發(fā)電機開(kāi)始給負載供電。

2．市電恢復后自動(dòng)停機

市電恢復后，在市電監測電路的作用下，首先切斷柴油機供電電路，然后，市電切換電路投入工作，負載由市電供電。同時(shí)，自起動(dòng)控制器使停機電磁鐵NQ動(dòng)作，控制柴油機的油門(mén)，柴油機先低速運行，然后自動(dòng)停機。

3．故障停機與報警

在發(fā)電機組運行過(guò)程中，冷卻水出水溫度達到95℃±2℃時(shí)，溫度控制器JW通過(guò)系統控制器發(fā)出聲光報警信號并切斷負載，同時(shí)，停機電磁鐵NQ動(dòng)作，柴油發(fā)電機組停止運轉。

柴油發(fā)電機組運行過(guò)程中，當潤滑油的油壓低于規定值時(shí)，油壓低報警傳感器2YYJ的觸點(diǎn)閉合，控制器通過(guò)顯示報警裝置發(fā)出聲光報警信號，同時(shí)切斷油機電切換電路，然后停機電磁鐵NQ運行，柴油發(fā)電機組自動(dòng)停機。當發(fā)電機組轉速超出額定轉速時(shí)，油機電監測電路中的高周率繼電器動(dòng)作，柴油發(fā)電機組自動(dòng)停機。

自動(dòng)化柴油發(fā)電機組采用繼電器和接觸器構成自動(dòng)控制系統，所需元器件的數量很多控制線(xiàn)路復雜，工作可靠性較差，故障率較高。

 

圖1 自動(dòng)化柴油發(fā)電機組的控制系統框圖

圖2 發(fā)電機傳感器與執行機構框圖

 

 

二、可編程序控制器PLC控制系統

 

控制系統采用可編程序控制器（PLC，Programmable Controller）時(shí)，柴油發(fā)電機組的工作由軟件控制，可大大簡(jiǎn)化控制電路，因此控制系統的可靠性很高。PLC是專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境而設計的，采用可編程的存儲器，用于存儲用戶(hù)的指令，通過(guò)數字或模擬的輸入，輸出，實(shí)現各類(lèi)型機械或過(guò)程的控制。PLC及其外設的設計，能非常方便地集成到工業(yè)控制系統中，并很容易地達到人們期望的目的。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)現備用發(fā)電機組的應急供電，保證供電的連續性、可靠性和穩定性，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中去，以達到統一高度的目的，使其優(yōu)點(diǎn)更為突出。

證供電的連續性、可靠性和穩定性，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中去，以達到統一高度的目的，使其優(yōu)點(diǎn)更為突出。

在采用PLC的自動(dòng)化柴油發(fā)電機組中，柴油機的傳感器和各種執行元件與繼電器控制系統完全相同，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)電機組邏輯框圖如圖3所示。

 

圖3 自動(dòng)化柴油發(fā)電機組控制邏輯框圖

 

1．控制系統的組成

該控制系統的輸入信號有蓄電池開(kāi)始充電信號、蓄電池停止充電信號、市電故障（包括電壓和頻率超出規定范圍）信號、發(fā)電機組起動(dòng)成功信號、發(fā)電機組額定轉速信號、發(fā)電機組超速信號、發(fā)電機組頻率過(guò)低和過(guò)高信號、發(fā)電機組的欠壓和過(guò)壓信號、發(fā)電機組的過(guò)載信號、冷卻水超溫信號、潤滑油壓力低信號、發(fā)電機組短路信號、故障復位信號和發(fā)電機組停機信號等。

輸出信號有蓄電池充電控制信號、充油泵控制信號、柴油機起動(dòng)信號、發(fā)電機充磁信號、柴油機升降速信號、發(fā)電機主開(kāi)關(guān)分合控制信號、市電主開(kāi)關(guān)分合控制信號以及各種報警信號和顯示信號。

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

 

圖4 發(fā)電機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)電機組程序控制流程如圖5所示。PLC采用以標準布爾表達式（AND、OR、ONT）為基礎的簡(jiǎn)便梯形圖語(yǔ)言。當程序未固化時(shí)，用戶(hù)可根據自己的要求修改，以滿(mǎn)足特殊要求。

 

圖5 自動(dòng)化柴油發(fā)電機組程序控制流程

 

 

三、專(zhuān)用控制器或自動(dòng)控制屏

 

1．自動(dòng)化柴油發(fā)電機組的專(zhuān)用控制器主要功能

（1）柴油機的自動(dòng)控制：

① 啟動(dòng)系統：

柴油機的啟動(dòng)一般為電啟動(dòng)方式（采用蓄電池），啟動(dòng)系統包括：蓄電池、啟動(dòng)接觸器啟動(dòng)電動(dòng)機、啟動(dòng)按鈕及相關(guān)控制線(xiàn)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)機與柴油機飛輪齒合時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)機旋轉并帶動(dòng)柴油機旋轉。當柴油機啟動(dòng)成功后，立即釋放起動(dòng)按鈕SB1，啟動(dòng)電動(dòng)機退出。如圖6所示。

② 充電系統：

當柴油機在運行時(shí)，通過(guò)柴油機自帶的充電發(fā)電機對蓄電池充電，充電系統一般包括充電發(fā)電機、勵磁調節器、充電電流表及相關(guān)控制線(xiàn)路。

③ 儀表系統：

儀表配置據柴油機機型不同有所不同，但一般設有轉速表、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，A4充電機勵磁調節器，WT為水溫表，OP為油壓表 圖6 柴油發(fā)電機組啟動(dòng)控制電路

 

 

④ 自動(dòng)加熱裝置：

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

 

圖7 柴油發(fā)電機組自動(dòng)加熱裝置

 

⑤ 保護裝置：

柴油機一般有如下幾種保護裝置：檢測滑油壓力低傳感器、檢測冷卻水溫高傳感器及用于超速保護的轉速檢測裝置。

⑥ 柴油機轉速的自動(dòng)調節：

柴油機轉速一般通過(guò)調速器自動(dòng)調節，調速器一般分電子式、機械式和液壓式3種。調速器由轉速檢測、控制及執行器三部分組成，調速系統是一個(gè)閉環(huán)系統，當柴油機轉速因負載的增加而下降時(shí)，調速器通過(guò)執行器加大油門(mén)，使轉速回升，反之當柴油機轉速因負載的減小而升高時(shí)，執行器減小油門(mén)，使轉速下調，保證柴油機在額定轉速下運行。

（2）發(fā)電機的自動(dòng)控制

① 電壓的自動(dòng)調節

發(fā)電機電壓的自動(dòng)調節是通過(guò)自動(dòng)電壓調節器（AVR）來(lái)實(shí)現的，當電機輸出端電壓高時(shí)，通過(guò)AVR減小發(fā)電機的勵磁電流，使電壓下降；反之，當輸出電壓降低時(shí)，通過(guò)AVR增加發(fā)電機的勵磁電流，使電壓回升，保證電壓穩定性。

② 空載電壓的調節

當電機空載時(shí)，通過(guò)AVR調節相關(guān)電位器，可使輸出電壓在一定范圍內調整，一般為額定電壓的95％～105％。

③ 發(fā)電機的保護

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

b.短路保護：通過(guò)主開(kāi)關(guān)的電磁脫扣特性來(lái)實(shí)現，當負載端短路時(shí)，主開(kāi)關(guān)自動(dòng)跳閘。

c.定子高溫保護：通過(guò)加裝定子溫度傳感器。當定子溫度超過(guò)設定值時(shí)，發(fā)出報警并保護。

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

（3）自動(dòng)化柴油發(fā)電機組的運行控制

① 單發(fā)電機組運行控制

當發(fā)電機組處于自動(dòng)應急狀態(tài)時(shí)，市電失電，發(fā)電機組自動(dòng)起動(dòng)，當發(fā)電機組運行正常后（電壓和頻率達額定值），通過(guò)切換開(kāi)關(guān)由市電側轉至發(fā)電機側，發(fā)電機對負載供電，系統具有自動(dòng)控制屏的有關(guān)控制功能。

② 多發(fā)電機組的運行控制

除了具有單發(fā)電機組運行功能外，應具有下列控制功能：

a.發(fā)電機組自動(dòng)起動(dòng)失敗時(shí)，程序起動(dòng)系統自動(dòng)地將起動(dòng)指令轉移給下一臺發(fā)電機組：

b.按自動(dòng)控制指令或遙控指令完成兩臺同型號規格發(fā)電機組的自動(dòng)并聯(lián)與解列；通常當輸出功率持續達到運行發(fā)電機組的額定功率時(shí)，自動(dòng)控制系統向第2臺發(fā)電機組發(fā)出起動(dòng)指令，并使其自動(dòng)投入并聯(lián)運行；當輸出功率持續減小到兩臺并聯(lián)運行發(fā)電機組總額定功率的40％時(shí)，自動(dòng)控制系統使并聯(lián)運行發(fā)電機組中的一臺發(fā)電機組發(fā)出解列和停機指令。

c.發(fā)電機組并聯(lián)運行時(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備用發(fā)電機組（第三臺發(fā)電機組）的控制：當并聯(lián)運行發(fā)電機組中的一臺發(fā)生故障時(shí)，應先起動(dòng)備用發(fā)電機組并使其自動(dòng)投入并聯(lián)運行后，故障發(fā)電機組再解列。

當并聯(lián)運行發(fā)電機組中的一臺發(fā)生二級故障時(shí)，故障發(fā)電機組應自動(dòng)停機，并自動(dòng)切斷一部分負載（通常是次要負載），使運行發(fā)電機組不出現過(guò)載，同時(shí)起動(dòng)備用發(fā)電機組并使其自動(dòng)投入并聯(lián)運行，恢復正常供電。

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

2．CIMC-Y自動(dòng)化發(fā)電機組的專(zhuān)用控制器

自動(dòng)化柴油發(fā)電機組的主控制器采用專(zhuān)門(mén)為發(fā)電機組而設計的控制器，使系統控制線(xiàn)路大大簡(jiǎn)化，但功能更強，系統更可靠，是目前被國內外廣泛采用的控制方式。如圖8所示。Al為專(zhuān)用控制器，市電及發(fā)電機電壓信號接入控制器，具有對油壓低及水溫高的檢測，同時(shí)能控制切換。K1為綜合報警斷電器，K2為超支信號輸出，K3用于打開(kāi)電磁閥，對轉速的檢測通過(guò)頻率方式。

 

圖8 自動(dòng)化發(fā)電機組的DSE509專(zhuān)用控制器

 

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

 

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