PLC控制的直流發(fā)電機組自動(dòng)監控系統設計

摘要：根據廠(chǎng)礦企業(yè)的實(shí)際需要，本系統綜合運用西門(mén)子PLC S7-300，WinCC組態(tài)、工控機、全數字直流調速等裝置進(jìn)行組合，對發(fā)電機組進(jìn)行串并聯(lián)，實(shí)現發(fā)電機組的自動(dòng)化運行，以達到提供工廠(chǎng)所需各種直流電源的目的。同時(shí)，系統能對供電過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，減少系統的并聯(lián)環(huán)流量，提高發(fā)電機組工作的發(fā)電效率?，F場(chǎng)試驗結果表明，系統并聯(lián)環(huán)流明顯較少且能實(shí)現自動(dòng)運行。
關(guān)鍵詞：全數字直流調速；直流發(fā)電機組；PLC S7-300；工控機；WinCC

0 引言
直流電機在現代工礦企業(yè)中有著(zhù)廣泛的應用，并在不斷發(fā)展，與交流電機比較，直流電機具有良好的啟動(dòng)性能和調速性能。隨著(zhù)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度的不斷提高，要求直流電機具有更高的動(dòng)態(tài)特性，更大的過(guò)載能力，更寬的調速范圍，更低的轉動(dòng)慣量，更高的可靠性，耐用性和主要經(jīng)濟技術(shù)指標。而要使直流電機系統達到這些性能指標的必要條件是直流電機系統具有可靠，穩定的直流電源。在工程設計中，往往需要在輸出功率一定的情況下得到大電流、小電壓或小電流、大電壓的穩定直流電源。這就需要將2個(gè)或幾個(gè)大小相等的直流電源進(jìn)行并聯(lián)或串聯(lián)，以得到所需要的直流電源。
本系統中，要求直流發(fā)電機組能提供不同的電壓和電流，這就要求對直流發(fā)電機組進(jìn)行串、并聯(lián)，而并聯(lián)不可避免會(huì )出現環(huán)流，那么在系統中，消除環(huán)流是本系統的重要工作之一。PLC控制的直流發(fā)電機組自動(dòng)監控系統能達到發(fā)電機組在各種工作方式下的性能要求。系統可以根據實(shí)際的需要，自由選擇適當的工作方式，監控系統的運行參數，減少環(huán)流，使它控制在可行的范圍內，以滿(mǎn)足系統的各項性能要求。

1 系統構成
1．1 系統框架
根據實(shí)際要求，系統采用圖1所示的系統架構圖進(jìn)行設計。控制系統主要由工控機，PLC，全數字直流調速裝置(CUD1)，發(fā)電機組(同步機(G1，G2)，直流發(fā)電機(GA、GB))4部份組成。其中，GA-G1-GB為1#發(fā)電機組，GA-G2-GB為2#發(fā)電機組。工控機通過(guò)以太網(wǎng)監控PLC的輸入／輸出數據，PLC控制直流調速裝置。直流調速裝置通過(guò)調節直流發(fā)電機的勵磁電流來(lái)控制直流發(fā)電機，以輸出所需要的電壓、電流，最后得到實(shí)際所需的直流電源。發(fā)電機的輸出數據(電樞電流、電樞電壓)反饋至PLC進(jìn)行誤差分析，有效地實(shí)現了閉環(huán)控制。

1．2 直流發(fā)電機組并聯(lián)環(huán)流分析
兩臺參數一致的直流發(fā)電機并聯(lián)，當它們的輸出電壓相等時(shí)，并聯(lián)工作為最佳狀態(tài)，在這種情況下系統不會(huì )產(chǎn)生環(huán)流，并將穩定運行。但實(shí)際系統中發(fā)電機由于制造工藝、材料等客觀(guān)原因，造成發(fā)電機參數存在差異，往往使得兩同軸發(fā)電機在相同勵磁電流下的靜態(tài)輸出電流并不相等，而是存在差異。圖2中將兩直流發(fā)電機等效為兩直流電源，其感應電動(dòng)勢分別為E1，E2，其內阻分別為R1，R2，其并聯(lián)輸出電流為Io，并聯(lián)輸出電壓為Uo。這里設定E1大于E2形成環(huán)流Is，并對電路進(jìn)行分析。單個(gè)發(fā)電機的輸出電流由負載分量和環(huán)流分量組成，將負載分量定義為Io。
對電路進(jìn)行分析，可得以下關(guān)系：根據基爾霍夫電壓、電流定律，得：

式中：E為感應電動(dòng)勢；Ce為電動(dòng)勢常數；n為轉速；φ為磁通；Kf為比例常數；If為勵磁電流。