魏橋電廠應(yīng)急柴油發(fā)電機組監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

何人望，陳文駿，董慶偉

（華東交通大學電氣與電子工程學院，江西南昌330013）

柴油發(fā)電機組在無市電供應(yīng)及需要不間斷供電的地方，如電信系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、廣播電視系統(tǒng)、銀行與醫(yī)院的機房、輪船、艦艇等的供電系統(tǒng)里得到了廣泛應(yīng)用。柴油機組的現(xiàn)場振動大、噪音大，油氣污染嚴重，不適合值班人員在機旁時時監(jiān)控，且為每臺機組都配備值班人員專職監(jiān)控也非常浪費。在這種情況下，通過自動化設(shè)備對現(xiàn)場單臺或多臺機組進行遠程監(jiān)控和統(tǒng)一管理就顯得尤其必要，既改善了值班人員的工作環(huán)境，提高了值班人員的工作效率，大大減少了人力浪費，又提高了管理水平［1-3］。本文在實現(xiàn)山東魏橋5個電廠共15臺發(fā)電機組的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，以其中一個電廠為例，詳細介紹其遠程監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)方案，其余4 個電廠情況類似。在整個控制系統(tǒng)中，采用DSE7510 來控制單臺發(fā)電機的運行，采用DSE7560+S7-200PLC來實現(xiàn)發(fā)電機組的并機/并網(wǎng)功能，采用和利時小型PLC LM3108+對應(yīng)的通訊擴展模塊LM3331+上位機組態(tài)軟件hollyview來實現(xiàn)發(fā)電機組的遠程監(jiān)控功能。

1 監(jiān)控方案介紹

假如為了遠程監(jiān)控系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，專門在機組上增加一套傳感器，成本顯然非常高，且加工的難度很大，可行性非常小。因此，遠程監(jiān)控系統(tǒng)不是從機組本體，而是從柴油機上或機旁的控制器、控制柜采集數(shù)據(jù)。控制器或控制柜一般都留有對外通訊接口，只要預(yù)先做好了通訊設(shè)置即可。這樣，無需改動機組本體和控制設(shè)備，直接根據(jù)控制器或控制柜預(yù)先的通訊設(shè)置，連接一根通訊電纜即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸［4］。對現(xiàn)場機組的遠程重要控制信號，如啟動、停止等，出于安全性的考慮，采用硬接線方式，而不是軟通訊方式，以防止遠程通訊過程的信號意外受到干擾而導(dǎo)致現(xiàn)場機組的誤動作。

遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備主要包括采集設(shè)備和顯示設(shè)備［5-6］。采集設(shè)備采用和利時LM 系列PLC。PLC 以通訊方式采集柴油機組的控制器與智能儀表內(nèi)的工藝參數(shù)、電力參數(shù)和其它重要數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要將數(shù)據(jù)進行處理。柴油機組的控制器可以是專用模塊，如深海模塊，也可以是其它品牌的PLC，如西門子、歐姆龍、三菱、施耐德等，本項目中的控制器為DSE7510。

在本項目中，PLC 不只采集控制器或控制柜內(nèi)通訊參數(shù)，還需采集現(xiàn)場一些開關(guān)量、模擬量、熱電阻、熱電偶等硬接線和傳感器信號等。這樣，只需增加相應(yīng)的IO模塊，使其連接到PLC 上即可。顯示設(shè)備可采用PC 機或觸摸屏，本項目采用裝有Hollyview監(jiān)控軟件的PC 機。顯示設(shè)備以通訊方式將采集設(shè)備內(nèi)的數(shù)據(jù)顯示到人機界面上，供值班運行人員監(jiān)視。柴油發(fā)電機組遠程監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 柴油發(fā)電機組遠程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of remote monitoring system of diesel generator set

2 控制系統(tǒng)介紹

本項目采用的發(fā)動機為英國Perkins 4016，項目的系統(tǒng)一次圖如圖2所示。當系統(tǒng)工作在自動操作方式下檢測到失電信號（或其它自啟動信號）后，分別向3 臺柴油發(fā)電機組發(fā)出啟動指令，當其中某一臺機組最先達到額定運行電壓、頻率并具備帶負載條件后，自動發(fā)出該機組斷路器合閘指令，斷路器合閘后母線即帶電。此時，其余兩臺機組則主動調(diào)節(jié)各自電壓、頻率，當其與母線電壓、頻率、相位處于同步狀態(tài)時，發(fā)出該機組進線柜斷路器合閘指令，使其與已連接到母線的機組并聯(lián)運行，發(fā)電機組完成向應(yīng)急母線供電。已處于并聯(lián)運行的機組，將自動調(diào)節(jié)其電壓、頻率，使機組的有功、無功分配均勻。例如：當3臺機組分別接收到啟動指令后，發(fā)電機組G3首先具備帶負載條件，則開關(guān)K3 首先合閘，發(fā)電機母線即帶電，此后G2 則主動調(diào)整其電壓、頻率、相位，當其與母線一致時合上開關(guān)K2，K2 合上后G2即與G3并聯(lián)運行，G1工作也如此。

圖2 項目一次系統(tǒng)框圖Fig.2 Block diagram of a system project

在一次系統(tǒng)圖中，3臺發(fā)電機組的實物如圖3（a）所示。在一次系統(tǒng)圖中，1#機組斷路器、2#機組斷路器、3#機組斷路器、A段出線斷路器、B段出線斷路器、變壓器柜、PTO柜的實物如圖3（b）所示。

圖3 現(xiàn)場實物圖Fig.3 Field physical diagram

3 LM 系列PLC與DSE7510通訊調(diào)試

通過LM3108PLC做Modbus主站，3個DSE7510控制器做Modbus從站，實現(xiàn)LM3108采集3個深海7510控制器的數(shù)據(jù)，然后通過LM3331模塊上傳數(shù)據(jù)到上位機，上位機采用和利時Hollyview工業(yè)通用組態(tài)軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)視和管理。

3.1 組態(tài)過程

此項目用LM 系列PLC 為LM3108 和LM3331 模塊。由于通訊的需要，需要對LM3331 模塊進行配置，具體設(shè)置如圖4所示。

在模塊參數(shù)選項下面共有9項內(nèi)容，前2項不用設(shè)置，默認即可；第3項UARTChn_Sel，選擇RS485Enable；第4項BandRate，選擇38400 b·s-1；第5項stopbit，選擇1stop bit；第6項DataParity，選擇8bits+none；第7項SlaveAdd，選擇51，為系統(tǒng)默認，可以在1～247之間任意設(shè)定，注意和上位機Hollyview軟件中設(shè)置的從站地址相同才可進行通訊；第8和9項，主要告訴我們讀寫通訊區(qū)最大各100字節(jié)［7-9］。

做完一系列的配置后，進入程序，開始進行PLC編程。本項目是用LM3108PLC的RS485口做自由口，通過ModbusRTU通訊協(xié)議，讀取或采集從站的數(shù)據(jù)。由于使用Modbus RTU，按照其通訊規(guī)約，勢必存在發(fā)送和接收及校驗的過程，所以在程序里面做了3段子程序來處理整個過程，如圖5所示。

圖4 配置LM3331模塊Fig.4 Module of configuration LM3331

圖5 LM3108編程環(huán)境Fig.5 LM3108 programming environment

在LM3108PLC 中，共有1 個主程序和3 段子程序，主程序PLC_PRG，子程序分別是communication，jieshouchuli，zhunbeishuju。communication子程序主要進行設(shè)置通訊口和通訊參數(shù)，發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)、計算校驗。其中準備數(shù)據(jù)調(diào)用zhunbeishuju子程序，準備好數(shù)據(jù)以后進行發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)后進行計算校驗，檢驗完后進行接收數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)調(diào)用子程序jieshouchuli，接收數(shù)據(jù)后進行比較不同數(shù)據(jù)返回的校驗值，若返回校驗與計算校驗不一樣，則不更新新值。

下面舉例來說明如何把LM3331模塊輸出區(qū)的數(shù)據(jù)上傳到Hollyview組態(tài)軟件去進行顯示。發(fā)電機1的油壓在PLC存放的寄存器地址為%MW110，把%MW110賦值給%QW6，做好%QW6和上位的變量地址對應(yīng)是完成數(shù)據(jù)顯示的前提，根據(jù)公式x=(m-6)/2+1可以計算出%QW6對應(yīng)的地址是30001（上位機讀模擬量所用的寄存器為3）。這樣有了發(fā)電機1的油壓變量地址，就可以在上位機Hollyview開發(fā)系統(tǒng)里面對這個變量進行引用，這樣在機組運行時，上位機對應(yīng)的區(qū)域就會顯示具體數(shù)值。m表示%QW6中的6，x表示所得的值，3x就是%QW6對應(yīng)的地址。

3.2 監(jiān)控圖形

在發(fā)電機組進行黑啟試驗時，打開Hollyview軟件就可觀察到系統(tǒng)一次圖監(jiān)控畫面。在畫面中點擊“主畫面”按鈕，便可觀察到3臺發(fā)電機組運行參數(shù)和斷路器狀態(tài)監(jiān)控畫面。

4 結(jié)論

監(jiān)控室距離發(fā)電機組現(xiàn)場約400 m，監(jiān)控畫面的實時性小于3 s，雖然監(jiān)控畫面的美觀性有待提高，但是系統(tǒng)的實用性得到了客戶的認可，整個監(jiān)控系統(tǒng)得到了客戶的一致好評。采用LM系列PLC用于柴油發(fā)電機組的遠程監(jiān)控功能是一個新的應(yīng)用，可以為類似的項目起到借鑒作用。

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