基于自動化控制技術(shù)的電源車軟件設(shè)計

北京航天發(fā)射技術(shù)研究所 黃惠芬

基于自動化控制技術(shù)的電源車軟件設(shè)計

北京航天發(fā)射技術(shù)研究所 黃惠芬

為了提高裝備的現(xiàn)代化水平，提升產(chǎn)品的科技含量，某電源車采用自動化控制技術(shù)設(shè)計,提升了電源車自動化水平。

電源車；自動化控制

1.引言

某電源車包括發(fā)電機組，控制柜，配電柜和輸出配電盤等，采用雙機并聯(lián)或單機工作為其他設(shè)備提供合格的工頻電源。電源車一般都是手動操作，通過人工觀察儀表判斷發(fā)電機組及配套設(shè)備工作是否正常。為了提高裝備的自動化水平，某電源車采用自動化控制技術(shù)減輕操作手的工作強度和降低人工誤判率。

在自動控制領(lǐng)域，單片機、PLC承擔著重要角色，是實現(xiàn)控制功能的重要載體，單片機具有控制功能強大、體積小、生產(chǎn)成本低的優(yōu)點，但開發(fā)試驗周期長，穩(wěn)定性一般，當單片機系統(tǒng)發(fā)生故障時，軟硬件故障都較難查找，維護性較差。PLC具有故障率低，堅固耐用、在調(diào)試或查找故障時容易，可以通過狀態(tài)指示燈查找外圍電路的故障，編程簡單，開發(fā)周期短，通用性好，缺點是成本較高、體積相對較大[1]。基于該電源車的設(shè)計周期短，可靠性要求高的特點，決定采用PLC控制，實現(xiàn)電源車的全自動發(fā)電、供電及故障檢測。

2.軟件綜合概述

本軟件輸入/輸出有模擬量輸入信號、開關(guān)量輸入/輸出信號，軟件根據(jù)其輸入/輸出狀態(tài)實現(xiàn)過程控制和異常信號報警。

2.1 模擬量輸入信號

模擬量輸入信號主要是傳感器采集主回路的電壓、電流和頻率信號，PLC通過軟件分析比較，判斷發(fā)電機組工作是否正常，如果數(shù)值在設(shè)定的范圍內(nèi)，說明工作正常；如果數(shù)值超標，則根據(jù)超標多少采取延時停機或立即停機。該電源車的模擬量輸入信號見表1。

表1 模擬量輸入信號

表1中模擬量輸入信號對應(yīng)的16通道模擬量輸入模板的地址為PIW512～PIW522，PIW588～PIW602。模擬量輸入模板接收發(fā)電機組的電壓、電流和頻率傳感器輸出的4～20mA電流信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，將信號變?yōu)镻LC的CPU能直接處理的數(shù)字量信號[2]。

2.2 開關(guān)量輸入信號

開關(guān)量輸入信號見表2。

表2 開關(guān)量輸入信號

開關(guān)量輸入信號對應(yīng)的32點數(shù)字量輸入模板地址為I0.0～I1.1。數(shù)字量輸入模板上I/O地址為1時，接受到輸入信號，其中手動/自動信號為1時，表示工作方式為手動方式。

2.3 開關(guān)量輸出信號

開關(guān)量輸出信號見表3。

表3 開關(guān)量輸出信號

開關(guān)量輸出信號對應(yīng)的32點開關(guān)量輸出模板地址為Q0.0～Q3.4，開關(guān)量輸出模板驅(qū)動電源車的各種執(zhí)行器件，如輸出繼電器、報警燈、蜂鳴器等。

2.4 軟件控制流程

電源車工作流程分為啟動機組、帶載、并聯(lián)、解列、故障檢測和停機幾個流程，這些流程既相互獨立又相互關(guān)聯(lián)。每個流程包含目的控制動作，如啟動機組。每個流程之間相互關(guān)聯(lián),比如機組啟動成功后才能帶載。

圖1 電源車控制流程圖

2.5 軟件異常信號處理

軟件控制流程實時監(jiān)測電源車的狀態(tài)信號，對于不同的危害情況分別給予警告提示、延時停機或立即停機處理。

在手動工作狀態(tài)下，為了確保任務(wù)的完成，當PLC監(jiān)測到異常信號時，軟件只給出報警，由操作者根據(jù)任務(wù)的性質(zhì)確定是否停機。

在自動工作狀態(tài)下，當PLC監(jiān)測到機組輸出電壓過高或過低、負載過載及機組冷卻水溫過高時延時停機并聲光報警；當PLC監(jiān)測到機組飛車或機油壓力低時則立即停機并聲光報警。

自動工作狀態(tài)的故障自動判讀減少了操作者的誤判率與工作強度，機組工作期間操作者不必總是盯著儀表進行數(shù)據(jù)分析。

表4 電源車控制硬件配置

3.電源車控制軟件設(shè)計

3.1 硬件組成

控制硬件選用西門子S7-400 PLC控制器，配置見表4。

3.2 軟件設(shè)計

控制軟件的開發(fā)平臺是西門子公司推出的STEP7 V5.5開發(fā)工具，具有硬件配置和參數(shù)設(shè)置、編程、測試和診斷等功能。能夠支持winxp SP2和SP3以及32位windows 7操作系統(tǒng)，以及支持win7 64位系統(tǒng)。電源車控制流程如圖1所示。

該軟件實現(xiàn)以下功能（以A機為例，B機組相同）：

a.機組獨立啟停：用電鎖開關(guān)啟動A機組，當轉(zhuǎn)速達到1500r/min時，延時5s，自動接通A機主回路接觸器，機組供電輸出；若按A機停機按鈕，斷開A機主回路接觸器，關(guān)閉A機供油油門，實現(xiàn)A機停機；

b.機組自動并聯(lián)：A機組正常帶載后，如負載超過80%機組額定值，將自動啟動B機組，雙機并聯(lián)工作。當雙機并聯(lián)負載低于20%機組滿載值，自動解裂B機組由A機單獨工作，B機空載運行1min后停機；

c.故障報警：當出現(xiàn)故障時，相應(yīng)故障指示燈亮，蜂鳴器鳴叫5s。故障模式有：機組出現(xiàn)飛車時立即停機；機組工作時機油壓力低，立即停機；機組輸出電壓超過額定電壓10%，延時2s后停機；機組輸出電壓超過額定電壓5%，延時10s后停機；機組輸出電壓低于額定電壓10%，延時10s后停機；機組冷卻水溫過高延時30s停機。

機組并聯(lián)工作時，某機組有故障只停故障機，不影響其他機組的正常運行，如A機組有故障停A機，不影響B(tài)機組的正常工作，機組的并聯(lián)工作提高了電源車的可靠性。

4.軟件測試與驗證

某型號電源車交付用戶若干年來，各項功能、性能運行正常、可靠，軟件設(shè)計滿足用戶要求。

5.結(jié)論

該電源車采用PLC控制技術(shù)，提升自動化控制水平后，工作可靠，滿足使用要求，減輕了操作手的工作強度，避免了數(shù)據(jù)誤判，取得了較好的效果。

[1]靳新芳,王冬梅．MCU、PLC、PC、PAC 與現(xiàn)代工業(yè)控制的發(fā)展[J]．價值工程,2007(7)：105-108．

[2]趙莉華,黃念慈．PLC模擬量輸入模板使用體會[J]．機床器,1996(6)：34-35．

黃惠芬（1966—），女，工業(yè)電氣自動化專業(yè)，主要從事供配電產(chǎn)品和系統(tǒng)的研究工作。