用PLC的發(fā)電機組自動化控制

1、精品文檔一、課程設(shè)計1.1 硬件條件交流發(fā)電機實驗機組、S7-200 PLC單元（ CPU226/EM235）、通訊電纜、通用電腦、彩色 LCD 觸摸屏、模擬輔機與蝶閥控制。1.2 設(shè)計目的培養(yǎng)學生參閱國家和行業(yè)標準， 掌握發(fā)電機組啟停車控制的基本要求、 系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理；初步學會 PLC 的控制方法以及高級 HMI 的應(yīng)用；同組同學應(yīng)分別選擇實現(xiàn)機組開機準備、開機、并網(wǎng)、正常停機、事故停機、事故緊急停機等邏輯控制功能；初步熟悉HMI的應(yīng)用方法。這里負責的是正常停機、事故停機、事故緊急停機邏輯控制功能。1.3 設(shè)計內(nèi)容1、發(fā)電機組構(gòu)成和系統(tǒng)工作原理、工作過程；2、基于 PLC 的系統(tǒng)總原理圖

2、，各部分工作原理、工作過程；3、分別以機組開機準備、開機、并網(wǎng)、正常停機、事故停機、事故緊急停機等過程為側(cè)重點簡單編制PLC 程序框圖；4、與調(diào)速系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、同期裝置的協(xié)調(diào)控制。1.4 設(shè)計要求1、通過設(shè)計原理圖，掌握實驗裝置的接線方法、完成上述功能。2、設(shè)計驗收時必須現(xiàn)場演示、提交課程設(shè)計報告（電子版）。二、 PLC 介紹可編程邏輯控制器， 它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序， 執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/ 輸出控制。1 歡迎下載精品文檔各種類型的機械或生產(chǎn)過程。2.1 S7-200 PLC單元西門子 (SIEMENS)

3、公司應(yīng)用微處理器技術(shù)生產(chǎn)的SIMATIC可編程控制器主要有S5和S7 兩大系列。 目前 , 前期的 S5系列 PLC 產(chǎn)品已被新研制生產(chǎn)的S7系列所替代。 S7 系列以結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、功能全等優(yōu)點, 在自動控制領(lǐng)域占有重要地位。西門子 S7-200PLC 在實時模式下具有速度快，具有通訊功能和較高的生產(chǎn)力的特點。一致的模塊化設(shè)計促進了低性能定制產(chǎn)品的創(chuàng)造和可擴展性的解決方案。來自西門子的S7 -200 微型 PLC可以被當作獨立的微型PLC解決方案或與其他控制器相結(jié)合使用。CPU 226 集成 24輸入 / 16輸出共 40個數(shù)字量I / O點 , 可連接 7個擴展模塊 ,最大擴展至248

4、路數(shù)字量I / O或 35路模擬量I / O點 ,13 KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間。直流輸入繼電器輸出；電源電壓85 264 V交流；輸入電壓：24 V直流；輸出電壓：24V 直流、 24 230 V交流；輸出電流：2 A, 繼電器另外 EM235 模塊有 AI4 /AQ1 12 的 I/O 規(guī)格，其功能為4路模擬輸入 ,1路模擬輸出,12位轉(zhuǎn)換為模擬量擴展模塊三、發(fā)電機組的介紹3.1 發(fā)電機是把動能或及其它形式的能量轉(zhuǎn)化成電能的裝置。一般的發(fā)電機是通過發(fā)動機先將各類一次能源蘊藏的能量轉(zhuǎn)換為機械能，然后通過發(fā)電機轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)輸電、 配電網(wǎng)絡(luò)送往各種用電場合。發(fā)電機通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等部

5、件構(gòu)成。定子由定子鐵芯、線包繞組、機座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯（或磁極、磁扼）繞組、護環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。由軸承及端蓋將發(fā)電機的定子，轉(zhuǎn)子連接組裝起來，使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn)，做切割磁力線的運動，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢，通過接線端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流。2 歡迎下載精品文檔3.2 發(fā)電機組的工作原理就是發(fā)電機在柴油機的帶動下不斷地運轉(zhuǎn)，從而達到發(fā)電的目的，在發(fā)電機組的汽缸里， 空氣經(jīng)過空氣濾清器過濾以后就變成了潔凈的空氣，發(fā)電機組工作時噴油嘴在高壓狀態(tài)下會噴出呈霧狀的柴油，柴油和潔凈的空氣混合后在活塞的擠壓下體積迅速縮小，溫度上升到柴油的燃點， 柴

6、油和空氣體積膨脹， 推動活塞向下運動。 各個發(fā)電機組的汽缸輪流重復這種上下運動，就帶動了發(fā)電機組曲軸的旋轉(zhuǎn)。發(fā)電機組屬于自備型電站交流應(yīng)急供電設(shè)備的一種類型， 它是一種獨立的小型發(fā)電設(shè)備，以柴油內(nèi)燃機作動力， 驅(qū)動同步交流發(fā)電機而發(fā)電。 是由柴油機 （小型的會使用汽油引擎） 、發(fā)電機、控制屏、公共底座等組件組成的鋼性整體。通常在醫(yī)院、電信機房、資料中心、工廠、核電廠或重要國防、 政府機構(gòu)等地會安裝，以在外部供電中斷時使用。 由于發(fā)電機組啟動需要時間，因此常會搭配設(shè)置電池組以保持連續(xù)穩(wěn)定的供電。3.3 發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)本次設(shè)計的題目是基于PLC的發(fā)電機組自動化控制，采用自動化控制的目的是采取各種措

7、施使發(fā)電系統(tǒng)盡可能運行在正常運行狀態(tài)。在正常運行狀態(tài)下，通過制定運行計劃和運用計算機監(jiān)控系統(tǒng)實時進行發(fā)電系統(tǒng)運行信息的收集和處理，在線安全監(jiān)視和安全分析等，使系統(tǒng)處于最優(yōu)的正常運行狀態(tài)。同時，在正常運行時，確定各項預(yù)防性控制，以對可能出現(xiàn)的緊急狀態(tài)提高處理能力。當發(fā)電系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障進入緊急狀態(tài)后，則系統(tǒng)能夠自動（也可手動）做出反應(yīng)，采取控制措施。 這些控制措施包括繼電保護裝置正確快速動作和各種穩(wěn)定控制裝置。通過緊急控制將系統(tǒng)恢復到正常狀態(tài)或事故后狀態(tài)。當系統(tǒng)處于事故后狀態(tài)時，系統(tǒng)采取恢復措施，使其重新進入正常運行狀態(tài)。對于實驗室的電力系統(tǒng)動模與自動化綜合實驗臺，這是一個自動化的電力系統(tǒng)綜合試

8、驗裝置。 該裝置功能集成了發(fā)電機運行動態(tài)實驗，發(fā)電機運行保護實驗，線路保護實驗， 變壓器保護， 數(shù)字繼電器保護曲線實驗等。發(fā)電機動模實驗裝置主體是由電動機（作為該實驗裝置的原動機）、同步發(fā)電機、調(diào)速器、勵磁器、PLC 和觸摸屏組成。無論從結(jié)構(gòu)還是工作效果來看， 它都可以說就是一個小型的發(fā)電廠。 該裝置能夠反映現(xiàn)代電能的生產(chǎn)、 傳輸和使用的全過程， 體現(xiàn)現(xiàn)代電力系統(tǒng)自動化、 信息化、數(shù)字化的特點， 實現(xiàn)電力系統(tǒng)的檢測、 控制、監(jiān)視、保護的自動化。3 歡迎下載精品文檔圖一自并勵可控硅勵磁圖二他勵可控硅勵磁3.4 發(fā)電機組自動化控制的組成a）發(fā)電機組：發(fā)電機組是由同在一個軸上的三相同步發(fā)電機（SN=

9、2.5kVA，UN=400V，Nn=1500r/min ），模擬原動機用的是直流電動機（PN=2.2Kw，UN=220V）以及測速裝置和功率角指示器組成。具體參數(shù)見電機銘牌。直流電動機、 同步發(fā)電機經(jīng)彈性聯(lián)軸器對軸聯(lián)結(jié)后組裝在一個活動底盤上構(gòu)成可移動式機組。 具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地少、移動輕便等優(yōu)點，機組的活動底盤有四個螺旋式支腳和三個橡皮輪，將支腳旋下即可開機實驗。(b) 無窮大系統(tǒng)：無窮大電源是由15kVA 的自耦變壓器組成。通過調(diào)整自耦變壓器的電壓可以改變無窮大母線的電壓?！皽释诳刂蒲b置”它按恒定越前時間原理工作，主要特點如下：可選擇全自動準同期合閘；可選擇半自動準同期合閘；可測定斷路器的

10、開關(guān)時間；可測定合閘誤差角；可改變頻率差允許值，電壓差允許值，觀察不同整定值時的合閘效果；按定頻調(diào)寬原理實驗均頻均壓控制，自由整定均頻均壓脈沖寬度系數(shù)，自由整定均頻均壓脈沖周期；。4 歡迎下載精品文檔觀察不同整定值時的均頻均壓效果；可觀察合閘脈沖相對于三角波的位置，測量越前時間和越前角度；可自由整定越前（開關(guān)）時間；輸出合閘出口電平信號，供實驗錄波之用。本實驗采用DZZB-502 微機自動準同期裝置，是新一代微機型數(shù)字式全自動并網(wǎng)裝置，它采用 80C196 單片機為核心，以高精度的時標計算頻差、相位差，以毫秒級的精度實現(xiàn)合閘提前時間，可實現(xiàn)快速全智能調(diào)頻、調(diào)壓。本實驗裝置選用西門子S7-200

11、 型 PLC做為主控制器，由于電力系統(tǒng)綜合實驗裝置的控制要求并不復雜，且輸入、 輸出控制信號只是一些低壓的開關(guān)量和少量的模擬量，因此只需選擇具有邏輯運算、定時器、計數(shù)器和D/A 模塊等基本功能的PLC 即可。西門子的S7-200 CPU226就是一款適合作為該實驗裝置主控制器的PLC。觸摸屏的規(guī)格要求不高，所選用的觸摸屏必須與西門子PLCS7-226 相匹配，即彼此能夠?qū)崿F(xiàn)通訊。因此選用威綸公司出品的MT-506T 觸摸屏能夠滿足要求。四、發(fā)電機組自動化控制原理4.1 同步電機的工作原理同步電動機是一種交流電動機，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與所提供交流電的頻率相同。交流電動機的原理是由交流電在電動機的定子處

12、產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，因此使電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。在同步電動機的轉(zhuǎn)子有電磁鐵或永久磁鐵，使用永久磁鐵的稱為永磁同步電動機。同步電動機的定子所產(chǎn)生的磁場吸引轉(zhuǎn)子磁場的異極， 由于定子所產(chǎn)生的磁場是以若干速度旋轉(zhuǎn)，因此轉(zhuǎn)子會隨著定子磁場的旋轉(zhuǎn)速度，以相同的速度旋轉(zhuǎn)。同步電動機的特點是轉(zhuǎn)速固定， 不受電源電壓的影響。 只要電動機的負載低于其最大轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速也不會受負載的影響。由于這種特性，同步電動機只能使用變頻器進行調(diào)速。由于無載的同步電動機， 其電流相位超前于電壓， 為一個電容性負載。 因此，若一供電系統(tǒng)的負載為落后功率因子，可以無載的同步電動機來改進其功率因數(shù)。在工作時，轉(zhuǎn)子線圈通以直流電形成直流恒定磁場，在原

13、動機的帶動下轉(zhuǎn)子快速旋轉(zhuǎn)，恒定磁場也隨之旋轉(zhuǎn)， 定子的線圈被磁場磁力線切割產(chǎn)生感應(yīng)電動勢， 三相對稱繞組中就會輸出交流電。 平常工作的發(fā)電機的定子都接有負載， 定子線圈被旋轉(zhuǎn)磁場切割后產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢通過負載形成感應(yīng)電流，此電流流過線圈也會在間隙中產(chǎn)生一個磁場，稱為定子磁場。5 歡迎下載精品文檔這樣在轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙中出現(xiàn)了轉(zhuǎn)子磁場和定子磁場兩個磁場相互作用構(gòu)成一個合成磁場， 發(fā)電機就是合成磁場的磁力線切割定子線圈而發(fā)電的。由于定子磁場是由轉(zhuǎn)子磁場引起的，且它們之間總是保持著同速的同步關(guān)系，所以這種電機稱為同步發(fā)電機。4.2 發(fā)電機組自動化控制原理首先，對于原動機即直流電機，采用他勵的勵磁方式對其進行勵磁，它的勵磁是獨立的，不受控制的。 而在轉(zhuǎn)子的電樞繞組上改變感應(yīng)電動勢，由于， 通過改變感應(yīng)電勢就可以改變轉(zhuǎn)速。 在電樞繞組上獨立加上三相交流電，經(jīng)過整流變后接到SCR上，用電流互感器將整流變后的電流采集出來然后經(jīng)過整流濾波，變成矩形脈沖經(jīng)過A/D 口進入 PLC。也可以通過手動進行改變直流電機的轉(zhuǎn)速，采用能耗制動。當啟動能耗制動時， 電樞繞組與 SCR斷開，與能耗電阻構(gòu)成回路，將消耗在電阻上，轉(zhuǎn)速