基于PLC的柴油發電機組與市電切換系統

摘要：柴油發電機常作為獨立電站和應急電源應用廣泛。本文介紹了：利用西門子可編程序控制器(PLC)，實現市電電源與柴油發電機供電的防并聯自動切換供電。詳細論述了系統的組成結構，利用簡單的控制線路，實現復雜的柴油機組與市電切換供電系統的自動控制。
關鍵詞：PLC 供電 柴油發電機組

柴油發電機組是自備電站交流供電設備的一種類型，是一種小型獨立的發電設備，以內燃機作動力，驅動同步交流發電機而發電。柴油發電機組又稱移動電站，是一種備用電源，當外部電網發生供電緊張、故障或檢修暫停供電時，可通過啟動柴油發電機組供電，以維持正常供電，這在發生臨時供電、連續生產時突然斷電以及消防等方面發揮著重要作用。

可編程序控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC。PLC 的核心部分是微處理器，不僅具有邏輯控制功能，而且還具有運算、數據處理和數據傳送等功能，是具有計算機功能的專用工業控制裝置。可編程序控制器緊湊的設計、良好的擴展性、低廉的價格、強大的指令以及較高的可靠性和簡便的維護近乎完美的滿足了自動控制要求。現使用西門子 S7-200 可編程控制器實現柴油發電機組與市電切換的自動控制。可編程序控制器的使用不但省略了許多繁瑣的中間控制環節，還大大提高了可靠性和精確性，達到了理想的效果。

1 系統的組成

基于PLC 的柴油發電機組與市電切換系統，由柴油發電機組和西門子可編程序邏輯控制器組成。通過此控制系統能實現：當電網正常時，負載由電網供電;當電網不正常時，控制系統立刻起動柴油發電機組，實現柴油機組輸出對負載供電。當電網恢復正常后，系統恢復電網供電，并關閉柴油機組。通過此系統能確保負載的正常輸出。可編程序控制器(PLC)選用西門子S7200 型CPU222 AC/DC/ RLY，共有8 點輸入，6 點輸出。完全可以滿足系統控制要求。

1 . 1 柴油機啟動與停機

合上接地開關SA1，整個系統開始工作，當可編程控制器通過三相電壓保護繼電器，檢測到市電不正常時，立即起動柴油發電機組。柴油發電機組的啟動分成以下兩個階段。① PLC 輸出點Q0.1 輸出，使柴油機進入運行狀態，并將輸出Q0.0 閉合使KA1 得電，啟動馬達M 運轉，帶動柴油機運轉，當柴油機啟動成功后，PLC 輸出點Q0.0 輸出點立即斷開，KA1 失電，啟動馬達與柴油機飛輪分離。②當柴油機啟動成功后進入怠速運行30s 后，PLC 輸出點Q0.2 閉合，則柴油機進行全速運行，電子調速器驅動執行器，將柴油機油門加大，柴油機進入全速運行狀態[1]。

柴油發電機組的停機也可以分成以下兩個階段。①在確定柴油機組對外供電開關已經斷開，即停止對負載供電后，PLC 輸出點Q0.2 斷開，則柴油機進行怠速運行，電子調速器驅動執行器，將柴油機油門減小，柴油機進入怠速運行狀態。② 30s 后，PLC 輸出點Q0.1 斷開，使柴油機進入停止狀態。

1 . 2 柴油機組與市電切換供電控制

過載及短路保護斷路器QF1 及QF2，在平時狀態下為斷開，在系統開啟狀態時，閉合斷路開關。市電通過接觸器KM1 向負載供電。機組通過接觸器KM2 向負載供電。兩個接觸器通過聯絡柜進行防并聯機械互鎖。通過市電上的三相電壓保護繼電器，來檢測市電是否正常。當市電正常并保持穩定時，三相保護繼電器會給PLC 發出一個市電正常指示信號，PLC 檢測到市電正常后，通過控制輸出將機組供電接觸器KM2 斷開，閉合市電供電接觸器KM1。此時，電站通過市電向負載供電。

當市電不正常時，三相保護繼電器會給P L C 發出一個市電不正常指示信號，PLC 檢測到市電不正常后，通過PLC 啟動柴油機，使其全速運行后，控制輸出將市電供電接觸器KM1 斷開，閉合機組供電接觸器KM2。此時，電站通過機組向負載供電。

1.3 軟件設計

PLC 由中央處理單元CPU，存貯器、輸入、輸出單元、電源和編程器等組成。PLC是采用循環掃描的工作方式，即每一次狀態變化需要一個掃描周期。PLC 循環掃描時間一般為幾毫秒至幾十毫秒，整個過程分為內部處理，通信，輸入處理，執行程序，輸出處理幾部分。

PLC 程序運行是從起始地址0000 開始到最后一條地址(即END 指令)，做反復式巡回掃描，嚴格按梯形圖、邏輯圖邏輯行順序和邏輯行邏輯元素的排列自上而下，從左到右逐字逐句處理程序。這樣，繼電器控制系統很難解決的結點競爭及延時繼電器不精確的現象就不會產生，從而保證了控制系統的可靠性。

S7-200 可編程序控制器有3 種編程方法，即梯形圖(LAD)、語句表(STL)和功能圖塊(FBD)。梯形圖比較直觀，編程、調試都很方便;語句表編程速度慢，調試起來較繁瑣; 功能圖塊可以查看到象普通邏輯門圖形的邏輯盒指令但是相對復雜，使用較少。用語句表編程的手持編程器的性價比最高，用戶可根據習慣進行編程語言的選擇[2]。

2 系統注意事項

① PLC 安裝的地點應避免太陽光直接照射，保證有足夠的散熱空間和通風條件，避免安裝在干擾嚴重高溫、高濕度有粉塵、不清潔以及有腐蝕氣體的環境中。在此例中，要將PLC 安裝在有減振措施的控制屏內。

② 不要將輸入、輸出線同用一根電纜，同時動力電纜和控制電纜要分開鋪設，避免干擾。

③ 電源連接：PLC 通常用的是單相交流電源。接線時，要分清接線端子上“N”端“零線”和“接地”端。PLC 的交流電源線應單獨從機頂進入控制柜中，不能與其他直流信號線、模擬信號線捆在一起走線，以減少對其他控制線路的干擾。為了抑制加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應給PLC 接上專用地線，接地點應柴油發電機組的接地點分開，平常要注意檢查PLC 的接地是否良好。

④控制PLC 的工作環境(0℃～50℃為宜)，必要時要采用強迫風冷冷卻方式，可以有效地提高它的工作效率和壽命[3]。

4 結語

西門子S7-200PLC 是性價比很高的PLC 控制器，在本例柴油機與市電切換供電的控制系統中，解決了原先繼電器控制復雜、故障幾率較高的難題，同時使電控元件之間的接線十分簡潔，控制的可靠性大為提高。無論從設計，加工和應用上都有表現其技術的優勢，值得大力推廣[4]。

參考文獻
[1] 劉少明，饒智芳.柴油發電機組控制系統[J].南昌大學學報，2004，26：159～160.
[2] 張力，胡國剛.西門子S7-200PLC 在電廠小型設備中的應用[J].浙江電力，2007，1.
[3] 田瑞庭.可編程序控制器應用技術[M].機械工業出版社.
[4] 謝新濤.淺論可編程序控制器在工業控制中的應用[J].工業技術，2007.