某学校生活区供配电系统的设计.docx

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某学校生活区供配电系统的设计

用PLC实现柴油发电机组的自动化控制

摘要：

柴油发电机组是由内燃机和同步发电机组合而成的，其基本原理是将无刷同步交流发电机于柴油机曲轴同轴相连接，就可以利用柴油机的旋转带动发电机的转子。

利用‘电磁感应’原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。

要使得到的稳定的、可用的电力输出，还需要一系列的柴油机和发电机的控制元件、保护器件、电气回路。

通过PLC对机器的控制和传感器的反馈来实现自动控制。

关键词：

PLC传感器自动化检测警报

当今社会电能源在我们在日常生活、工业生产、交通、军事等领域有着广泛的应用，在人类现阶段有着不可替代的重要作用。

电能源有着安全经济、生产和使用方便、输送方便等优点。

但是电能源也存在着一定的局限性以及遇到一些特殊情况。

这时候就需要我们用机器把各种各样的能量转换成电能来运用。

柴油发电机因具有工作可靠、耐久、使用广泛、防火安全性好等优点，所以被广泛应用。

其特点有：

（1）单机容量等级多，从几千瓦到几万千瓦。

（2）配套设备结构紧凑、安装地点灵活。

（3）热效率高，燃油消耗低。

（4）启动迅速、并能很快到达全功率、停机过程短，可以频繁启停。

（5）维护操作简单，人少，备用期间保养容易。

（6）柴油发电机组的建设与发电综合成本低。

所以柴油发电机组在现实生活生产等各方面有着广泛的应用和作用。

而自动化系列的柴油发电机组更有大量的需求和发展空间。

1柴油发电机基本工作原理

柴油机驱动发电机运转，将柴油经柴油机转换成机械能再经同步交流发电机转换成需要的电能。

在柴油机汽缸内，经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油充分混合，在活塞上行的挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到柴油的燃点。

柴油被点燃，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行，称为‘作功’。

各汽缸按一定顺序依次作功，作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转。

将无刷同步交流发电机与柴油机曲轴同轴安装，就可以利用柴油机的旋转带动发电机的转子，利用‘电磁感应’原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。

2系统硬件

2.1135柴油机

135系列柴油机为四冲程、直接喷射、水冷式高速柴油机。

按汽缸排列方式分有4、6缸直列型和12缸V型；按进气方式分有自然吸气型和增压型；按活塞行程分有140mm和150mm两种。

产品按系列化、标准化、通用化原则设计生产，主要零部件尽可能通用。

这里我们选择6缸增压型135柴油机为本论文所研究的柴油发电机组提供动力源。

2.2西门子S7-200PLC

S7--200系列是一种可编程序逻辑控制器。

它能够控制各种设备以满足自动化控制需求，S7--200的用户程序中包括了位逻辑、计数器、定时器、复杂数学运算以及与其它智能模块通讯等指令内容，从而使它能够监视输入状态，改变输出状态以达到控制目的。

紧凑的结构、灵活的配置和强大的指令集使S7--200成为各种控制应用的理想解决方案。

西门子S7—200有两种供电方式一种是交流供电，另一种是直流24V供电。

在柴油发电机组中选用直流供电系统。

2.3电子油门

电子油门的工作原理是直流电动机带动螺旋杆的转动，由螺旋力带动套在螺旋杆上的活动衔铁往返运动，从而实现对油门的增减。

电子油门改变转向的方法是调换电源的极相，由直流电机引出两根电源线一端为正极一端为负极。

电子油门杆两端设有两个限位开关，控制活动衔铁运动的范围是得到需要的额定转速，左端的限位开关控制控制活动衔铁初始状态的位置及柴油机怠速时的转速，右端的限位开关控制柴油机额定转速下的位置。

电子油门的限位开关有两条引线，衔铁为接触到限位开关时两根引线间为闭合状态，当衔铁接触到限位开关时则断开。

图1电子油门简图

1-油门线2-限位开关3-活动衔铁4壳体

2.4停车电磁阀

停车电磁阀内部有一个电磁铁，当接通电源时电磁铁吸合内部的挡铁连杆，使停车线收紧，从而带动柴油机上的停车手柄，使机组停止工作。

图2停车电磁阀简图

1-停车线2-挡铁3-缓冲橡皮垫4-电源接线5-壳体

2.5启动电机及充电发电机

启动电机为四极四刷短时额定工作的串激直流电动机，以蓄电池作为电源，用来启动柴油机。

根据柴油机的机型配置用不同规格的启动电机。

这里我们选用型号为ST614启动电机，额定电压为24V额定功率为5.2KW的启动电机

充电发电机：

135柴油机，均采用硅半导体整流充电发电机，作为蓄电池的充电电源。

根据柴油机的机型配置用不同规格的充电发电机。

这里我们选用型号为JF2511Y充电发电机，额定电压为28V、额定电流为18A、容量为500W、接地方式为负极内接地。

2.6继电器模块

K1、K2、K3为直流继电器，K4为直流时间继电器。

K1为油门降、K2为油门升、K3为停车电磁阀、K4为市电信号检测

图3

3系统软件

3.1PLC控制柴油发电机组原理

采用西门子S7—200系列是一种可编程序逻辑控制器，将已编好的程序写到PLC内部，通过启动开关、传感器等一系列外部开关、检测装置和硬件系统，来实现机组的正常运行和自诊断等功能。

3.2工作过程

3.2.1手动控制

钥匙开关旋到手动

机组延时4S启动（4S内油门恢复到怠速下）启动马达得电延时10S断开机组启动成功怠速16S电子油门升速

到达额定转速后停止加速

3.2.2停止

钥匙开关旋到停机

油门下降机组转速回到怠速下延时20S停车电磁阀开始工作，延时4S断开

3.2.3自动控制

3.2.3.1有市电时K4延时闭合I1.1无信号输入，机组不动作

3.2.3.2无市电时K4未闭合，I1.1有信号输入

机组延时4S启动（4S内油门恢复到怠速下）启动马达得电延时10S断开机组启动成功怠速16S电子油门升速

到达额定转速后停止加速

3.2.3.3当在无市电运行时市电又来时

油门下降机组转速回到怠速下延时20S停车电磁阀开始工作，延时4S断开

3.3故障报警及紧急停止

3.3.1紧急停止

3.3.2盘车过时

机组在启动电机下启动后，在机组工作任何功率下都会产生电压，启动后经过电压检测装置向程序发送信号，以得出结论机组是否已经启动（机组工作后延时14S开始检测是否启动成功，如在检测时间内机组未工作，则启动失败灯立刻亮起，警报声响起）。

3.3.3低频

当柴油机达到额定功率时，发电机频率未达到50HZ时，机组延时6S开始停机（机组到达额定功率后开始检测是否低频，当检测到低频时，低频指示灯亮起，延时6S后停机，警报声响起）。

3.3.4低电瓶

当柴油机达到额定功率时，充电发电机未达到24V以上，机组延时6S开始停机（机组到达额定功后开始检测是否低电瓶，当检测到低电瓶时，低电瓶指示灯亮起，延时6S后停机，警报声响起）。

3.3.5超速

当柴油机达到额定功率时，速度传感器检测到柴油机超速后立刻停机（机组到达额定功率后开始检测是否超速，当检测到超速时，超速指示灯亮起，立刻停机，警报声响起）。

3.3.6高水温低油压

当水箱温度过高时，机组立刻停机，待到水温平衡时再次启动机组才可以工作。

当机组启动后正常工作后，检测油压是否正常若油压低则机组立刻停止工作（机组到达额定功率后开始检测是否低油压，当检测到低油压时，低油压指示灯亮起，警报声响起，延时6S停机）

“系统检测到启动失败、低频、低电瓶、超速、低油压时把钥匙开关旋到‘停机’下方可恢复正常，当出现高水温时把钥匙开关旋到‘停机’等到水温降到一定温度时，水温警报灯灭掉才可以继续工作。

”

3.4PLC外部接线图

图3

结束语

用PLC所控制的柴油发电机组能提高设备的自动化能力，能够极大减小安全隐患，以及及时有效的反馈故障信和自动选择相应的处理程序。

对于宾馆、医院、消防、道路建设、房地产开发等地方，自动化柴油发电机组有着不可替代的地位。

参考文献

（1）《135系列柴油机维修保养说明书》上海一维电站设备有限公司

（2）《课编程控制器原理及应用》人民邮电出版社

（3）《传感器介绍与运用》中国工业出版社

附录

I/O分配表

输入

输出

输入信号

功能说明

输出信号

功能说明

I0.0

停车

Q0.0

油门减

I0.1

手动

Q0.1

油门增

I0.2

自动

Q0.2

停车电磁阀

I0.3

水温传感器

Q0.3

紧急停止指示灯

I0.4

转速传感器

Q0.4

启动电机

I0.5

油压传感器

Q0.5

高水温指示灯

I0.6

盘车过时

Q0.6

超速指示灯

I0.7

低电瓶

Q0.7

低油压指示灯

I1.0

低频

Q1.1

盘车过时指示灯

I1.1

市电

Q1.2

低电瓶指示灯

I1.2

紧急停车

Q1.3

低频指示灯

I1.3

油门增限位

Q1.4

报警器

I1.4

油门减限位

附1

程序梯形图

附2