基于PLC控制的应急柴油发电机系统设计.doc

基于PLC控制的应急柴油发电机系统设计 摘 要 通过对应急发电机自启动要求的分析,结合装备现状、配电系统的设计要求,利用PLC(可编程控制器)现有设备控制的优势,提出了详细的设计思路和方案以供参考。 在生产过程中突然停电,应急发电机立即给设备继续供电。应急电源原动机一般采用一台独立冷却和供油系统的柴油机,并设有自启动装置,保证在主站失电后0-45秒内启动,应急电网通常为主电网的一部分,在正常情况下,这些用电设备由总配电板供电,只是在应急情况下由应急发电机组供电,因此在应急配电板上的应急发电机主开关与主开关向应急配电板供电的开关之间设有电气联锁,以保证安全。 应急发电机组用PLC(可编程控制器)控制有很多优点,它主要通过软件控制,从而省去了硬件开发工作,外围电路很少,大大提高了系统的可靠性与抗干扰能力;由于它简单易行的可编程序功能,无须改变系统的外部硬件接线,便能改变系统的控制要求,使系统的“柔性”大大提高。 关键词:PLC;应急柴油发电机;应急电网;自启动;梯形图; PLC编程。 Abstract Since the launch of emergency generator based on the requirement analysis, equipment status, the design requirements of distribution system, using PLC programmable controller existing equipment control superiority, puts forward the detailed design ideas and solutions for reference. In the process of production, emergency generator electricity to power equipment immediately. Emergency power engine cooling and generally adopted an independent of diesel engine fuel system, and has since starting device, guarantee in station after losing electricity 0-45 seconds, emergency power grid, as part of the usually under normal circumstances, the electric equipment of total power supply in emergency situations, but by emergency generator power in emergency switchboard, therefore the main switch and the emergency power supply switch to emergency switchboard between the switch to ensure safety interlocking, electrical. Emergency generator with PLC control has many advantages, it mainly through the control software, eliminating the hardware development, few buffer circuit, greatly improving the reliability and anti-interference ability of system, Because of its simple programmable functions, without changing the system, the hardware connection outside the control system can change, make system "soft" improve greatly.Keywords: PLC;emergency diesel generator;emergency power;self-starting and ladder diagram;PLC programming. 目 录摘 要IAbstractII 1绪论1 1.1课题研究的背景1 1.2国内外研究现状2 1.2.1国内研究概况2 1.2.2国外研究概况2 1.3本文的主要研究内容3 1.4论文的总体介绍32系统介绍4 2.1可编程控制器(PLC)4 2.1.1可编程控制器(PLC)概述4 2.1.2可编程控制器(PLC)工作原理4 2.1.3可编程控制器(PLC)特点5 2.1.4可编程序控制器(PLC)的性能指标5 2.2应急柴油发电机组6 2.2.1应急柴油发电机组概述6 2.2.2应急柴油发电机组工作原理73控制系统设计8 3.1硬件系统设计思路8 3.2系统控制主要要求10 3.3系统控制传感器10 3.3.1转速继电器11 3.3.2滑油压力传感器12 3.3.3温度传感器12 3.3.4凸轮控制器13 3.4系统控制方案选择14 3.4.1单机控制系统14 3.4.2集中控制系统14 3.4.3分散控制系统15 3.5电气控制系统原理图16 3.5.1主电路图16 3.5.2控制电路图17 3.6控制系统的I/O点及地址分配18 3.7西门子S7-200 CPU226技术指标19 3.7.1 CPU226技术指标19 3.7.2 CPU226的接线214系统程序22 4.1系统流程及一次启动成功时序22 4.2系统程序23 4.2.1梯形图编程语言概述23 4.2.2系统梯形图程序25结论30致谢31参考文献321绪论1.1课题研究的背景 电力生产的安全和自动化是当前世界电力工业广泛关注的话题之一。如何做到安全生产的同时最大限度的实现设备运行管理的高度自动化生产企业孜孜以求的目标。 由于电力生产是通过一套极为复杂的系统来配合完成的,任何一各环节的安全疏忽将会直接导致生产中断事故。 应急柴油机发电机组是保证各用电部门在发生突发性厂用电系统失电时能够安全停机和恢复快速供电的必备设备,它与机组的直流系统、UPS配合完成保证失电时主机及附属设备不被损坏,自动控制系统能有效工作的重要任务。而在应急启动和快速供电这一过程中扮演重要角色的就是应急柴油机组监控系统。他能否的检测到厂用电失电、能否紧急时刻快速准确地启动应急柴油机组是决定事故带来什么样的后果的关键性因素。 目前在大多数应急供电系统中控制系统采用的是传统机械触点式继电器构成。这种控制系统在完成一种保护或控制任务时需要多个继电器承担。由于外置继电器强电触点容易损坏或积灰,连接继电器的大量控制线路也容易产生故障,给维持基本运行带来很大困难,同时极大增加了维护成本和压力。随着投入使用年限的增加,在多家使用触电继电器组成的控制系统定期模拟实验中经常出现自投入率低的问题,存在很大的安全隐患。因此开发一种技术成熟、投资成本低,并适合于任何工作环境和要求的应急柴油机组发电系统是众多用户迫在眉睫的需求。 可编程序控制器(PLC)技术是上世纪60年代引入控制领域的一门新技术,它以软硬件设计方便、体积小、耗电量低、可靠性低持续工作时间长等优势迅速取代了继电器控制系统在电气控制人员心中的地位,其卓越的表现受到广泛的追捧,成为工业控制的主流发展方西之一。 用以可编程序控制器(PLC)为核心的控制系统来代替继电器逻辑控制系统,一方面可以克服使用传统继电器带来的种种弊端;另一方面又可以继承传统继电器的设计思想和技术方案,尤其是对于逻辑关系较为复杂的触电信号处理及操作出口控制。同时因为采用的是按照计算机设计思想制造的可编程序控制器(PLC)智能模块,具备模数转换、数模转换、高速计数、速度控制、位置控制、定位控制、温度控制、远程通讯等功能,而且可以通过计算机进行网络传输和监控,它可以保证单机控制基础上进行用电单位的应急柴油机组的监控。1.2国内外研究现状1.2.1国内研究概况 可编程序控制器(PLC)在我国的应用已有30年的历史,可编程序控制器(PLC)自20世纪70年代后期进入中国以来,应用增长十分迅速。可编程序控制器(PLC)进入中国时最初是从成套设备引进应用,由于可编程序控制器(PLC)价格昂贵,引进的可编程序控制器(PLC)主要用于冶金、电力、自动化生产线等大的设备和系统。在引进国外可编程序控制器(PLC)产品的过程中,我国也曾组织了相关单位消化、吸收可编程序控制器(PLC)的关键技术,试图对可编程序控制器(PLC)进行国产化。到80年代在上海、北京、西安、广州、长春等20多家科研单位、大专院校和工厂研制和生产可编程序控制器(PLC)产品,具体的 单位有:北京机械工业自动化研究所、上海工业自动化仪表研究所、大连组合机床研究所、成都机床电器研究所、中科院北京计算机所及自动化所、长春一汽、上海 起重电器厂、上海香岛机电公司、上海自力电子设备厂等单位。但终因缺乏资金和后续研究力量、生产技术相对落后,都没有成功实现产业化,可编程序控制器(PLC)产品运作是否成功不是由简单的一两种因素决定的。近10年来,随着可编程序控制器(PLC)价格的不断降低和用户需求的不断扩大,越来越多的中小设备开始采用可编程序控制器(PLC)进行控制。 目前国内的一些工控方面的公司及研究机构在这方面也开展了部分基础技术研究工作,但现在还没有一家公司或机构可以推出比较完整的产品。 国内有一些著名的自动化软件公司(如北京亚 控自动化软件科技有限公司)正在研究开发具有自主版权的中文可编程序控制器(PLC)产品,另外也有一些自动化工程公司开始代理销售这些商用化的可编程序控制器(PLC)产品。我国自行开发的DCS系统,如上海自仪公司的SUP-800,选用法国CJ International公司的符合IEC61131-3的IsaGraf和美国的强实时操作系统Vxworks。1.2.2国外研究概况 在欧美等国家,可编程序控制器(PLC)已开始投入工业使用,而且市场份额每年都在增加,根据ARC的调查和估计,1997年全球的可编程序控制器(PLC)市场有3千6百万美元,到2000年可编程序控制器(PLC)的市场达到了1亿4千5百万美元,2001年差不多又增长了一倍。目前,欧美等西方国家都把可编程序控制器(PLC)作为一个重点投资对象进行研究开发。工业领域已经开始使用可编程序控制器(PLC)产品,而且可编程序控制器(PLC)的市场需求量也在不断的增长。典型的可编程序控制器(PLC)应用产品有: (1)SOFTPLC公司的SoftPLC。SoftPLC是基于PC的开放式控制软件,具有开放的控制平台,用户能够根据自己的需求来选择硬件。支持用户用梯形图和C、C+、Java等高级语言来编写自己的程序。此外,SoftPLC内嵌Web和FTP服务器,用户可进行远程维护和监控。 (2)SIEMENS公司的SIMATIC WinAC。SIMATIC WinAC是基于Windows平台的控制软件,具有可视化人机界面,它将控制、数据处理、通信等技术集于一体,采用了Ventru Com公司提供的实时操作系统作为Windows NT的扩展,具有“硬实时”的特性。 (3)CJ International公司的ISaGRAF。ISaGRAF能够在多种操作系统下运行,具有良好的网络通讯能力,包括数据传输、远程监控和维护、在线调试、应用 程序下载以及支持运行于多个目标机上的控制程序间的通讯。 除了上述典型产品外,还有许多自动化公司也 推出了自己的产品,如Wellspring Solutions公司的OA2Control;德国KW公司的MULTIPROG5;GE-FANUC公司的CIMPLICITY;Intellution公司的Paradym-31;Rockwell automation公司的SoftlogixTM5Controller;BECKHOFF公司的TWinCAT等等,它们在技术和应用上都有各自的特点。1.3本文的主要研究内容 本文重点研究了运用可编程序控制器(PLC)技术在用电单位应急柴油机组安全电源联合监控系统中的具体应用。 利用可编程控制器(PLC)在智能控制、过程控制等方面优点,来实现应急柴油发电机组在生产和生活过程中突然停电时,自动投入、自动切除应急电网的全自动化控制。在该过程中可编程控制器(PLC)还要实现应急柴油发电机组运行过程中自我维护、故障检测、声光报警等功能。 可编程控制器(PLC)除了实现对应急柴油发电机组各种控制外,还要具用两种控制模式,即自动控制和手动控制。当自动控制应急柴油发电机组出现故障时,可以通过手动控制实现应急电网的投切。1.4论文的总体介绍 在下面章节中,主要对关键的技术点和创新点进行阐述,对于硬件只是对主要器件的功能进行阐述,主要是软件即可编程控制器(PLC)设计思路、控制程序等方面阐述。 2系统介绍 本系统主要实现可编程控制器(PLC)对中心应急柴油发电机组控制,在生产和生活过程中突然停电,应急柴油发电机组立即给重要得生产、生活设备继续供电。下面简要介绍控制系统中可编程控制器(PLC)和应急柴油发电机组工作原理、特点、组成等。2.1可编程控制器(PLC)2.1.1可编程控制器(PLC)概述 可编程控制器简称PLC:英文全称Programmable Logic Controller,中文全称为可编程逻辑控制器,定义是:一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的.它采用一类可编程的存储器,用于 其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等到面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器(PLC)概述是一种以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术、通信技术和传统的继电器控制技术而发展起来的新型工业控制装置,具有编程容易、体积小、使用灵 活方便、抗干扰能力强、可靠性高等议席列优点,是专门为工业控制应用而设计的一种通用控制器,近年来在工业生产的许多领域,如冶金、机械、电力、石油、煤 炭、化工、轻纺、交通、食品、环保、轻工、建材等工业部门得到了广泛的应用,已经成为工业自动化的三大支柱之一。2.1.2可编程控制器(PLC)工作原理 可编程控制器(PLC)是一种存储程序的控制器。用户根据某一对象的具体控制要求,编制好控制程序后,用编程器将程序键入到可编程控制器(PLC)的用户程序存储器中寄存。可编程控制器(PLC)的控制功能就是通过运行用户程序来实现的。 可编程控制器(PLC)扫描工作方式主要分三个阶段:输入采样、程序执行、输出刷新。如图2-1所示输入采样:可编程控制器(PLC)在开始执行程序之前,首先扫描输入端子,按顺序将所有输入信号,读入到寄存输入状态的输入映像寄存器中,这个过程称为输入采样。可编程控制器(PLC)在运行程序时,所需的输入信号不是现时取输入端子上的信息,而是取输入映像寄存器中的信息。在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变,只有到下一个扫描周期输入采样阶段才被刷新。程序执行:可编程控制器(PLC)完成了采样工作后,按顺序从0000号地址开始的程序进行扫描执行,并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获得所需的数据进行运算处理。再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像寄存器中保存。但这个结果在全部程序未被执行完毕之前不会送到输出端子上。输出刷新:在执行到END的命令时,即执行完用户所有的程序后,PLC将输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器中进行输出,驱动用户设备。2.1.3可编程控制器(PLC)特点 可编程控制器(PLC)是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展的,这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点。 可靠性高,抗干扰能力强 通用性强,使用方便 采用模块化结构,使系统组合灵活方便 编程语言简单、易学,便于掌握 系统设计周期短 对生产工艺改变适应性强 安装简单、调试方便、维护工作量小2.1.4可编程序控制器(PLC)的性能指标 存储容量 这里专指用户存储器的存储容量,它决定了用户所编程序的长短。大、中、小型可编程序控制器(PLC)的存储容量变化范围一般为2KB2MB。 I/O点数 I/O点数,即可编程序控制器(PLC)面板上的I/O端子的个数。I/O点数越多,外部可以连接的I/O器件就越多,控制规模就越大。它是衡量PLC性能的重要指标之一。 扫描速度 扫面速度是指可编程序控制器(PLC)执行程序的快慢,是一个重要的性能指标,体现了计算机控制取代继电器控制的吻合程度。从自动控制的观点来看,决定了系统的实时性和稳定性。 指令的多少 指令的多少是衡量可编程序控制器(PLC)能力强弱的标志,决定了可编程序控制器(PLC)的处理能力、控制能力的强弱。限定了计算机发挥运算功能、完成复杂控制的能力。 内部寄存器的配置和容量 内部寄存器的配置和容量直接对用户编制程序提供支持,对可编程序控制器(PLC)指令的执行速度及可完成的功能提供直接的支持。 扩展能力 扩展能力包括I/O点数的扩展和可编程序控制器(PLC)功能的扩展两方面的内容。 特殊功能单元 特殊功能单元种类多,也可以说可编程序控制器(PLC)的功能多。典型的特殊功能单元有模拟量、模糊控制连网等功能。2.2应急柴油发电机组2.2.1应急柴油发电机组概述 应急柴油发电机组是一种小型发电设备,系指以柴油等为燃料,以柴油机为原动机带动发电机发电的动力机械。整套机组一般由柴油机、发电机、控制箱、燃油箱、起动和控制用蓄电瓶、保护装置、应急柜等部件组成。整体可以固定在基础上,定位使用,亦可装在拖车上,供移动使用。 柴油发电机组属非连续运行发电设备,若连续运行超过12h,其输出功率将低于额定功率约90%。 若使用者需要长时间不间断使用,则需要配置常用型发电机组,也就是应机组应该要考虑到长时间工作机组功率下降这一点了。常用功率和备用功率的关系是:比如 用户需要100KW柴油发电机组,常用100KW的柴油发电机组备用功率为100KW*110%110KW。也就是备用100KW的柴油发电机组的常用功率为90KW。尽管柴油发电机组的功率较低,但由于其体积小、灵活、轻便、配套齐全,便于操作和维护,所以广泛应用于矿山、铁路、野外工地、道路交通维护、以及工厂、企业、医院等部门,作为备用电源或临时电源。2.2.2应急柴油发电机组工作原理 柴油机驱动发电机运转,将柴油的能量转化为电能。 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。要想得到可使用的、稳定的电力输出,还需要一系列的柴油机和发电机控制、保护器件和回路。S/ v# 6 b9 C/ C. 主磁场的建立:励磁绕组通以直流励磁电流,建立极性相间的励磁磁场,即建立起主磁场。 载流导体:三相对称的电枢绕组充当功率绕组,成为感应电势或者感应电流的载体。 切割运动:原动机拖动转子旋转(给电机输入机械能),极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组(相当于绕组的导体反向切割励磁磁场)。 交变电势的产生:由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动,电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线,即可提供交流电源。3控制系统设计3.1硬件系统设计思路 在可编程序控制器(PLC)的硬件系统、指令系统和编程方法基础上,对于设计一个较大的可编程序控制器(PLC)控制系统时,要全面考虑多种因素,不管所设计的控制系统的大小,一般都要用以下设计步骤来进行系统设计。 随着可编程序控制器(PLC)功能的不断完善和提高,可编程序控制器(PLC)几乎可以完成工业领域的所以控制任务。但是可编程序控制器(PLC)还是有最适合它的应用场合,所以接到一个控制任务以后,要分析被控对象的控制过程和要求,看看用什么控制设备来完成该任务最合适。其实现在的可编程不仅处理开关量,而且对模拟量的处理能力也很强。所以在很多情况下也可以取代工业控制计算机(IPC)作为主控器 控制对象以及控制装置确定后,还要进一步确定PLC的控制范围。一般来说,能够反映生产过程的运行情况,能用传感器直接测量的参数,控制逻辑复杂的部分都由PLC控制来完成。 (1)功能方面:所有可编程序控制器(PLC)一般都具有常规的功能,但是对于某些特殊要求,就要知道所选用的可编程序控制器(PLC)是否有能力完成控制任务。如对可编程序控制器(PLC)与可编程序控制器(PLC)、可编程序控制器(PLC)与智能仪表以及上位机之间灵活方便的通讯要求;或对可编程序控制器(PLC)的计算速度、用户程序容量有特殊要求的;或对可编程序控制器(PLC)的位置控制有特殊要求等。这就要求用户对市场上流行的可编程序控制器(PLC)品种有一个详细的了解,以便做出正确的选择。 (2)价格方面:不同厂家的可编程序控制器(PLC)产品价格相差很大,有些功能类似、质量相当、I/O点数相当的可编程序控制器(PLC)的价格能相差40%以上。在使用可编程序控制器(PLC)较多的情况下,这样的差价必须是需要考虑的。 (3)个人喜好方面:有些工程技术人员对某种品牌的可编程序控制器(PLC)熟悉,所以一般比较喜欢使用这种产品。 输入/输出信号在可编程序控制器(PLC)接线端子上的地址分配是进行可编程序控制器(PLC)控制系统设计的基础。对软件设计来说,I/O地址分配以后才可以进行编程;对控制柜和PLC的外围接线来说,只有I/O地址确定以后,才可以绘制电气接线图、装配图,让装配人员根据线路图和安装图安装控制柜。 系统调试分模拟调试和联机调试 硬件部分的模拟调试可在断开主电路的情况下,主要试一试手动控制部分是否正确。 软件部分的模拟调试可借助于模拟开关和可编程序控制器(PLC)输出端的输出指示灯进行。需要模拟量信号I/O时,可用电位器和万用表配合进行。调试时。可利用上诉外围设备模拟各种现场开关和传感器状态,然后观察可编程序控制器(PLC)的输出逻辑是否正确。如果有错误则修改后反复调试。现在可编程序控制器(PLC)的主流产品都可以在P机上编程,并可以在电脑上直接进行模拟调试。 联机调试时,可以把编制好的程序下载到现场的可编程序控制器(PLC)中。有时可编程序控制器(PLC)也许只有这一台,这时就要把可编程序控制器(PLC)安装到控制柜相应的位置上。调试时一定要先将主电路断电,只对控制电路进行联调即可。通过现场联调信号的接入常常还会发现软件以及硬件中的一些问题,有时厂家还需要对某些控制功能进行改进,这种情况下,都要经过反复测试系统后,才能最后交付使用。3.2系统控制主要要求 在两路市电供电电平台中,生产生活过程中如果主站因为故障突然停电,没有备用的应急柴油发电机组电源继续供电,很可能造成事故。 在应急情况下,应急发电机组作为一个应急电源,应具备以下基本要求: 自动启动:当正常供电出现故障断电时,应急柴油发电机能自动启动、自动升速、自动合闸,向应急负载供电。 自动停机:当正常供电恢复,经判断正常后,控制切换开关,完成应急电源到正常电源的自动切换、然后控制机组降速到怠速、停机。 自动保护:机组在运行过程中,如果出现油压过低(小于0.3MP)、冷却水温过高(大于95度)、电压异常故障,则紧急停机,同时发出声光报警信号,如果出现水温高(大于90度)、油温高等故障。则发出声光报警信号,提醒维护人员进行干预。 三次启动功能:应急柴油发电机组有三次启动功能,若第一次启动不成功,经10秒延时后再次启动,若第二次启动不成功,则延时后进行第三次启动。三次启动中只要有一次成功,就按预先设置的程序往下运行;若连续三次启动均不 成功,则视为启动失败,发出声光报警信号。 自动维持准启动状态:应急柴油发电机组能自动维持准启动状态。此时,机组的自动周期性预供油系统、油和水的自动加温系统、蓄电池的自动充电装置投入工作。 控制方式:具备手动、自动两种操作模式。3.3系统控制传感器 根据系统控制主要要求,本控制系统需要对应急柴油发电机组多个性能参数及主电网性能参数进行采集,通过采集得性能参数控制系统对应急柴油发电机组采取不同控制方式。 其中对应急柴油发电机组采集各种性能参数主要通过传感器采集,在将传感器采集模拟信号转换为数字信号,可编程控制器(PLC)通过输入数字信号采取相应控制。 本控制系统对应急柴油发电机组采集性能参数主要是电机转速、柴油发电机滑油压及冷却水温度等参数。下面介绍本控制系统采用部分传感器。3.3.1转速继电器 速度继电器主要有转子、圆环(笼型空心绕组)和触电三部分组成。 转子有一块永久磁铁制成,与电动机同轴相联,用以接受转动信号。当转子旋转时,笼型绕组切割转子磁场产生感应电动势,形成内环电流,此电流与磁铁磁场相作用,产生电磁转矩,圆环再次力矩作用下带动摆杆,克服弹簧力而顺转子转动方向摆动,并波动触点改变其通断状态。当调节弹簧弹性力时,可是速度继电器在不同转速时切换触电改变通断状态。 由于继电器工作时是与电动机同轴的,不论电动机正转或反转,电器的两个常开触点,就有一个闭合,准备实行电动机的制动。一旦开始制动时,由控制系统的联锁触点和速度继电器的备用的闭合触点,形成一个电动机相序反接(俗称倒相)电路,使电动机在反接制动下停车。而当电动机的转速接近零时,速度继电器的制动常开触点分断,从而切断电源,使电动机制动状态结束。 速度继电器的结构如图3-2所示: 常用的速度继电器有JY1型和JFZ0型两种。其中,JY1型可在7003600r/min范围内可靠地工作;JFZO-1型使用于3001000r/min;JFZO-2型适用于10003600r/min。他们具有两个常开触点、两个常闭触点,触电额定电压为380V,额定电流为2A。一般速度继电器的转轴在130r/min左右即能动作,在100r/min时触头即能恢复到正常位置。可以通过螺钉的调节来改变速度继电器动作的转速,以适应控制电路的要求。由于本设计的柴油机额定转速为500 r/min,所以选择了JFZO?1型。3.3.2滑油压力传感器 压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体,压电效应就是在这种晶体中发现的,在一定的温度范围之内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围之后,压电性质完全消失(这个高温就是所谓的“居里点”)。由于随着应力的变化电场变化微小(也就说压电系数比较低),所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数,但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体,能够承受高温和相当高的湿度,所以已经得到了广泛的应用。 压电效应是压电传感器的主要工作原理,压电传感器不能用于静态测量,因为经过外力作用后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的,所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。 本次设计采用压力传感器性能指标如下:量 程01150MPa综合精度0.2FS、0.5FS、1.0FS输出信号1.0mV/V、1.5mV/V、21.0mV/V供电电压10DCV612DCV介质温度01000环境温度:常温-2085负载电阻最大800绝缘电阻大于2000M振动影响20Hz1000Hz电气接口四芯屏蔽线机械连接M16×1.53.3.3温度传感器 本次设计采用的是DS-18B20 数字温度传感器 技术性能描述: 独特的单线接口方式,DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯; 测温范围 -55+125,固有测温分辨率0.5; 支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,最多只能并联8个,如果数量过多,会使供电电源电压过低,从而造成信号传输的不稳定,实现多点测温; 工作电源: 35V/DC; 在使用中不需要任何外围元件;测量结果以912位数字量方式串行传送; 适用于DN1525, DN40DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温; 标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选; PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。 一般来说油压允许范围2KG-5KG标准为2.5KG-3KG 油温40-85度保持在70度左右佳 水温40-95度在85-90度为佳 因此本次选择的传感器都能够符合条件,达到测试目的。3.3.4凸轮控制器 凸轮控制器是一种大型的控制电器,也是多档位、多触点,利用手动操作,转动凸轮去接通和分断通过大电流的触头转换开关。凸轮控制器主要用于起重设备中控制中小型绕线转子异步电动机的启动,停止,调速,换向和制动,也适用于有相同要求的其它电力拖动场合。 凸轮控制器应用于钢铁、冶金、机械、轻工、矿山等自动化设备及各种自动流水线上。调整凸轮张角及凸轮组的相对角度可以相应的改变其感应时间。基本元件由凸轮脉冲盘、刻度盘、角度调节盘、电子接近开关构成,各部件之间用垫片隔开,并通过刻度盘键槽与刻度盘凸键相连,其中脉冲盘是由两个半径相差3mm半圆形盘组成,与角度调节盘固定连接,并用外壳罩住,具有结构紧凑、性能可靠、调整方便等特点。开关与凸轮片不接触,无火花、无压力,迅速地发出指令,动作灵敏可靠。 凸轮角度的调整方式: 用随机专用扳手松开主轴两端的锁紧螺母。 用随机专用扳手的另一端调整至所需之角度。 用随机专用扳手旋紧主轴两端的锁紧螺母。 根据控制系统设计、应急柴油发电机组需要及凸轮控制器特性,我们选择KTJ17系列交流凸轮控制器,它适用于适用于交流50HZ,电压380伏以下的电力线路中,用于改变三相异步,电动机定子电路的接法或转子电路的电阻值,来直接控制电动机的起动、调速、制动或换向。因此KTJ17交流凸轮控制器可以满足我们的设计要求。3.4系统控制方案选择 根据应急柴油发电机组控制要求,使用可编程序控制器(PLC)可以构成多种形式的控制结构,依据可编程序控制器(PLC)各种控制结构的特点,选择适合应急柴油发电机组控制可编程序控制器(PLC)控制结构。3.4.1单机控制系统 单机控制系统是较普通的一种可编程序控制器(PLC)控制系统。该系统使用一台可编程序控制器(PLC)控制一个对象,控制系统要求的I/O点数和存储器容量都比较小,没有可编程序控制器(PLC)的通讯问题,采样条件和执行结构都比较集中,控制系统的构成简单明了。 如图3-3所示是一个简单的单机控制系统,图中可编程序控制器(PLC)可以选用任何一种类型。在单机控制系统中由于控制对象比较确定,因此系统要完成的功能一般较明确,I/O点数、存储器容量等参数的余量适中即可等参数的余量适中即可。 3.4.2集中控制系统 集中控制系统用仪态功能强大的可编程序控制器(PLC)监视、控制多个设备,形成中央集中式的控制系统。其中,各个设备之间的联络,连锁关系、运行顺序等统一由中央可编程序控制器(PLC)来完成,如图2-4所示 显然,集中控制系统比单机控制系统经济的多。但是当其中一个控制对象的控制程序需要改变时,必须停止运行中央可编程序控制器(PLC),其他的控制对象也必须停止运行。当各个控制对象的地理位置距集中控制系统比较远时,需要大量的电缆线,造成系统成本的增加。为了适应控制系统的改变,采用集中控制系统时,必须注意选择I/O点数和存储器容量时要留有足够的余量,以便满足增加控制对象的要求。3.4.3分散控制系统 分散控制系统的构成如图3-5所示,每一个控制对象设置一台可编程序控制器(PLC),各台可编程序控制器(PLC)可以通过信号传递进行内部连锁、响应或发令等,或者由上位机通过数据通信总线进行通讯。 分散控制系统常用于多台机械生产线的控制,各个生产线之间有数据连接。由于各个控制对象都由自己的可编程序控制器(PLC)进行控制,当其中一个可编程序控制器(PLC)停止运行时不需要停止运行其他的可编程序控制器(PLC)。 通过对单机控制系统、集中控制系统和分散控制系统介绍,根据应急柴油发电机组控制要求、控制参数采集等方面比较。单机控制系统可以满足应急柴油发电机组的控制所有需求,相对于集中控制系统、分散控制系统来说单机控制系统具有灵活性要大的多,总的成本核算合理的特点。3.5电气控制系统原理图 在确定应急柴油发电机组控制系统及已知两路市电供电系统图,绘制出应急柴油发电机组电机电气系统控制原理图。该电气控制系统原理图包括主电路图、控制电路图以及可编程序控制器(PLC)外围接线图。3.5.1主电路图 在正常供电情况下, KM1-KM7闭合为正常线路的照明及动力负载供电,其中KM5、KM6、KM8和KE为联动开关,在正常供电情况下,KM5、KM6和KM8闭合KE为断开。当正常供电出现故障时,应急发电机启动后KE闭合向应急动力负载和应急照明供电并带动KM5、KM6和KM8断开。3.5.2控制电路图 设计分析:控制面板上有“手动/自动”选择旋钮, “停机/怠速/额定转速”选择旋钮、“启动”、“合闸”、“分闸”按钮,电机A带动凸轮开关ZK转动有3个位置ABC,分别对应停机/怠速/额定转速3个位置,也就是油门的3个位置。速度继电器、电压检测、水温、油压都是外部开关信号。 原始状态:柴油机油门杆控制电机处于“停机”状态