一、题目来源与意义
21世纪的人类面临着能源与环境的双重压力，在能源方面，化石燃料属不可再生资源，将逐渐耗尽；在环境方面，酸雨、温室效应和臭氧层破坏这三大问题严重威胁着人类的生存环境。面对不堪重负的环境压力和有限的化石能源，迫使人类开发和建立更加清洁、高效的能源系统，这已成为人类社会的共识。
作为目前的重要应急备用电源,柴油发电机组发挥着十分重要的作用。由于受到单一发电机组功率、可靠性、安装场所以及建设周期等因素的影响,对于需要大功率柴油发电机组的场所,普遍是采用根据最大重要负载的容量,并列运行多台发电机组的管理模式。
发电机组并列运行所采用的主要方式是:第一,利用国外进口的高端专用机组控制模块组成,这类控制系统的控制精度高并具有通讯功能,但是存在价格昂贵、维护困难等因数,而目前国产产品的稳定性需要进一步的提高;第二,利用传统的单一功能组件构成的机组并列系统,具有价格低廉的特点,但是元件数量多、操作复杂、稳定性和维护性都很差;第三,利用成熟、通用的控制模块,如, PLC (可编程控制器) 、同步控制模块、负载分配模块,构成可靠性高、应用灵活、操作简单、维护性好的并列控制系统。
本文将介绍利用Siemens (西门子) S7-300系列PLC为主控模块所构成的多台发电机组自动并列控制系统在医院、宾馆、贸易中心、计算中心、邮电通讯设施、发电厂等部门有着广泛的应用。传统的继电器及数字电路自动化控制装置, 由于其性能单一,程序固定, 可靠性差, 且不能适应各种机型的需要, 尤其自动并联并网等特殊技术要求, 可靠性难以达到, 因而应用受到限制。随着可编程序控制器以下简称技术的发展, 其使用软件编制程序, 可现场修改, 使得变更动作程序非常容易, 且工作准确、可靠性极高, 因而将其应用于自动化机组中, 对于提高自动化机组的自动化水准有着重要的意义。
二、系统要实现的功能和预期达到的目标
本设计针对市电突然断电后的应急处理中所反映的问题，设计基于PLC发电机组控制系统，发生供电故障时,能完成能机组的自启动,发电后与供电进行切换向负载供电;供电恢复后,自动退出运行并自动停机。
通过本课题的毕业设计，目的在于达到综合训练我们在信号检测与处理；微机控制技术；PLC应用技术；模拟、数字电路；低压电器设备控制等专业知识的综合运用能力。本课题采用PLC为核心，组成控制电路，实现发电机组控制系统设计。通过本课题的设计，使我们学会PLC控制系统的设计方法，学会调研和查阅文献资料，能自行确定系统的控制方案，独立进行系统硬件电路的设计及系统软件设计，从而提高学生运用计算机技术解决工业现场实际问题的工程应用能力，为将来从事自动控制领域的工作打下良好基础。
系统功能如下：
1. 发电机组的自动启动和自动停机
2. 工程市电和机电的自动切换
3. 转速自动调节
4. 电量参数自动检测，包括母线电压、电流
三、系统总体设计方案
1、系统总体框图如下图所示
为使机组在无人值守条件下运行,监控系统需要监测的机组运行参数、状态,以及监控系统的控制输出有如下几方面: ①检测的参数:机组输出电压、电流、电源频率、起动电池的电压、冷却水水温和柴油油压等。②检测的状态:机组转速报警状态、超温报警状态和冷却水箱低水位状态等。③控制输出:机组的起动和停机。
PLC 除CPU 模块外,其他主要功能模块有:一个四路八位模拟量输入模块:实现对机组输出电压、电流①冷却水温度等模拟量的转换。②两个八路开关量输入模块:用以连接操作按键,输入机组的运行状态以及电网的状态等。③两个16 路开关量输出模块:实现机组运行参数、工作状态的显示,控制机组的运行及选通模拟量输入通道
对机组进行检测和控制的电路主要包括: ①交流电压、电流、频率检测电路:采用互感器件对机组的交流电流输出采样,用变压器对机组的电压、频率输出采样,经调理电路转化成为PLC 模拟量输入模块所需要的信号形式。②冷却水温检测电路:将设置在冷却水箱中的水温传感器的输出信号调理后送PLC 的模拟量输入模块。③状态检测传感器:用来检测机组的转速、冷却水箱的水位、柴油油压等状态。④机组运行控制电路:控制机组的运行。