基于青智8961F2的計(jì)算機(jī)控制500kW柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)載測試系統(tǒng)

常州劉國鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 虞益龍 何乙琦

基于青智8961F2的計(jì)算機(jī)控制500kW柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)載測試系統(tǒng)

常州劉國鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 虞益龍 何乙琦

本文主要介紹基于青智8961F2的500 kW 柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)載測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),闡述了其軟件和硬件的組成與特點(diǎn)。負(fù)載測試系統(tǒng)是一項(xiàng)系統(tǒng)集成工程,它可將客戶的待測發(fā)電機(jī)組、負(fù)載測試設(shè)備、電氣傳動系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等高效的連接在一起,通過智能、自動的軟件控制,實(shí)現(xiàn)多工位、多電壓等級發(fā)電機(jī)組的快速測試,極大節(jié)約了人力成本,提高了測試效率,減少維護(hù)升級的費(fèi)用和難度。試驗(yàn)表明,負(fù)載測試系統(tǒng)界面友好,性能穩(wěn)定,有良好的實(shí)時(shí)性和測量精度,能很好地解決柴油發(fā)電機(jī)組的調(diào)試與試驗(yàn)問題。

工控機(jī);PLC 控制器 ;柴油發(fā)電機(jī);測試系統(tǒng);青智8961F2

0 引言

停電后的應(yīng)急備用電源有諸多,一般使用的是發(fā)電機(jī)組,故而發(fā)電機(jī)組多數(shù)的時(shí)間都是處于待機(jī)狀態(tài)。所以一旦停電,或者市電發(fā)生了故障,備用的柴油發(fā)電機(jī)組就起到了至關(guān)重要作用,它在保證安全的同時(shí)保障用電,以此防止因停電而造成巨大的損失。然而,經(jīng)常出現(xiàn)的情況是:只有當(dāng)供電發(fā)生故障后才有可能發(fā)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)組的性能出現(xiàn)了問題。因此為了避免事故的發(fā)生,建立完善的柴油發(fā)電機(jī)組檢測和維護(hù)規(guī)程,加強(qiáng)日常柴油發(fā)電機(jī)組的檢測和維護(hù),定時(shí)規(guī)范的對柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行保養(yǎng)、檢測和維護(hù)就顯得尤為重要。為此,研制一種性能先進(jìn)的500 kW 柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)載測試系統(tǒng)就勢在必行。

1 測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

柴油發(fā)電機(jī)組測試系統(tǒng)由柴油發(fā)電機(jī)、負(fù)載測試控制柜、外設(shè)(打印機(jī))等組成。其中,網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、發(fā)電機(jī)組專用測試儀、控制面板、工控PC機(jī)以及西門子PLC控制器、交流接觸器和外設(shè)(打印機(jī))構(gòu)成了負(fù)載測試控制柜,如圖1所示。

圖1 柴油發(fā)電機(jī)組負(fù)載測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 硬件

2.1 傳感器

傳感器采用青智儀表8961F2發(fā)電機(jī)專用測量儀,這種測量儀具有多種功能:測量發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)三相電壓、電流、無功功率、有功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、運(yùn)行時(shí)間等基本功能,還具有諧波分析功能,能同時(shí)分析電壓、電流,2～50次諧波含量以及總諧波含量;電能累計(jì)功能;發(fā)電機(jī)整定測試、波動測試、瞬態(tài)測試(負(fù)載突加、負(fù)載突卸)功能,能自動測試負(fù)載突變時(shí)電壓最大、最小值,電流最大、最小值,頻率最大、最小值,以及恢復(fù)時(shí)間;并且具有強(qiáng)大的電壓波形記錄功能,再配有光電隔離RS485/RS232串口通訊功能,一臺計(jì)算機(jī)可以與32臺儀表同時(shí)通訊,串口功能強(qiáng)大,不僅可以測量所有穩(wěn)態(tài)參數(shù),還能測量突加、突卸、電壓、電流、頻率曲線,及電壓、電流諧波曲線及諧波含量。與上位計(jì)算機(jī)配合使用,一臺8961F2發(fā)電機(jī)專用測試儀基本上可以將發(fā)電機(jī)所有的電參數(shù)測量完成。

專用測試儀功能表如表1所示。

2.2 PLC控制器

系統(tǒng)選用了西門子S7-200PLC,這是一種具有通訊功能和較高生產(chǎn)能力的可編程控制器,該控制器特別緊湊,且具有較快的運(yùn)行速度,硬件和軟件操作簡單,能夠?yàn)樽詣踊O(shè)備提供有效和經(jīng)濟(jì)的解決方案。S7-200PLC被廣泛應(yīng)用于單機(jī)、網(wǎng)絡(luò)以及分布配置中更復(fù)雜的自動化任務(wù),具有較高的應(yīng)用價(jià)值。S7-200PLC可編程控制器由CPU、擴(kuò)展單元、編程器、程序存儲卡、寫入器、文本顯示器構(gòu)成。在S7-200PLC的文本顯示器上不僅可以用于顯示設(shè)備的運(yùn)行信息,還能夠作為控制單元對某個量的數(shù)值進(jìn)行修改,或直接設(shè)置輸入和輸出量。

表1 8961F2發(fā)電機(jī)專用測試儀功能表

它強(qiáng)大的性能能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化的最優(yōu)化和開放式通訊,由于S7-200PLC結(jié)構(gòu)緊湊小巧,因此能夠安裝應(yīng)用于很多狹小的空間中。S7-200PLC功能強(qiáng)大,不僅具有可編程控制器的基本功能,還具有很多有應(yīng)用價(jià)值的高級拓展功能。另外,S7-200PLC可編程控制器的程序和數(shù)據(jù)存儲器容量較大,這也為S7-200PLC較快的程序響應(yīng)速度打下了基礎(chǔ)。S7-200PLC在數(shù)控車床中的應(yīng)用,能夠極大的提升控制質(zhì)量、效率和安全性。S7-200PLC最突出的特點(diǎn)就是具有即時(shí)響應(yīng)性能,該可編程控制器集合了R-S485接口,并為系統(tǒng)總線使用,其極為快速和精確的操作順序和過程控制,更是提升了其應(yīng)用價(jià)值。這種可編程控制器還能夠通過時(shí)間中斷完整控制對時(shí)間要求嚴(yán)格的流程,這一功能使其在某些領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值倍增。

3 軟件

3.1 計(jì)算機(jī)編程

驅(qū)動程序軟件采用組織對應(yīng)與模塊設(shè)計(jì)方法,主要提供菜單操作、數(shù)據(jù)接收、動態(tài)顯示、通信處理、圖表打印等函數(shù)。

數(shù)據(jù)接收函數(shù) Os_receive()主要解決計(jì)算機(jī)接收來自各傳感器的外部數(shù)據(jù),其流程圖如圖2所示。

圖2 測試程數(shù)據(jù)接收函數(shù)流程圖

動態(tài)顯示函數(shù)Os_display() 的主要功能是在顯示屏上根據(jù)采樣時(shí)間以曲線圖形的方式顯示各項(xiàng)測試參數(shù),其流程圖如圖3 所示,測試程序用戶軟件界面如圖4 所示,突加電壓、電流、頻率動態(tài)顯示曲線圖如圖5所示。

圖3 動態(tài)顯示函數(shù)流程圖

圖4 測試程序用戶軟件界面

圖5 突加電壓、電流、頻率動態(tài)顯示曲線圖

3.2 數(shù)據(jù)通信

在本系統(tǒng)中,將RS485總線作為工控機(jī)與外部傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、信號放大處理模塊信息互傳的交流平臺,工控機(jī)與PLC控制器、青智8961F2儀表、綜合電量表ZW3433C之間通過RS232/RS485轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交流。

工控機(jī)對接收的數(shù)據(jù)按程序流程進(jìn)行自動處理并發(fā)送控制信號,實(shí)現(xiàn)對柴油發(fā)電機(jī)組及附屬系統(tǒng)的自動監(jiān)控,在抗干擾方面采用數(shù)字式濾波、光電隔離等技術(shù),同時(shí)選用抗干擾性能好的工控機(jī),使系統(tǒng)具有更好的抗干擾性。

4 系統(tǒng)主要功能和技術(shù)指標(biāo)

4.1 功能及特點(diǎn)

①優(yōu)越的操控性。負(fù)載箱為手動/自動控制。操作者可以通過手動旋鈕,調(diào)整負(fù)載投入容量,從而大大提高了工作效率。②靈活的擴(kuò)展性。系統(tǒng)具有靈活的可擴(kuò)展性,方便日后的臺位、功率增加,保護(hù)現(xiàn)有投資;負(fù)載箱可并聯(lián)使用,操作方便可靠。③高可靠的穩(wěn)定性。電阻管是獨(dú)自研發(fā)定型的溫度系數(shù)低,低阻抗的電阻管。材料選用的是耐鹽霧耐酸堿的合金鋼管和不銹鋼散熱片材料,因而可以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和長期連續(xù)工作性能。④加卸載測試時(shí)精度±3%,精度高優(yōu)于其它阻性負(fù)載。⑤負(fù)載的風(fēng)機(jī)啟動及安全保護(hù)功能。

4.2 保護(hù)控制功能

保護(hù)控制功能如下:①故障報(bào)警指示。②具有風(fēng)量傳感器,當(dāng)測試時(shí)風(fēng)量不足自動脫載保護(hù)。③風(fēng)機(jī)故障報(bào)警,只有風(fēng)機(jī)開啟并且風(fēng)量達(dá)到要求后才能進(jìn)行加減載控制。④短路過電流保護(hù)。⑤負(fù)載箱內(nèi)高溫報(bào)警。

4.3 主要技術(shù)參數(shù)

主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 主要技術(shù)參數(shù)

4.4 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

①國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn):ISO 8528-5:1993 《往復(fù)式內(nèi)燃交流發(fā)電機(jī)第5 部分:發(fā)電機(jī)組》

②國家標(biāo)準(zhǔn):GB/T 2820.6-1997 《往復(fù)式內(nèi)燃交流發(fā)電機(jī)第6部分:試驗(yàn)方法》

③國家標(biāo)準(zhǔn):GB11022 高壓開關(guān)設(shè)備通用技術(shù)條件

④國家標(biāo)準(zhǔn):GB7251.1-2005 低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制部分

⑤國家標(biāo)準(zhǔn):GB/T2681-1981 電工成套裝置中導(dǎo)線的顏色

⑥國家標(biāo)準(zhǔn):GJB235A-97 軍用交流移動負(fù)載通用規(guī)范

⑦國家標(biāo)準(zhǔn):GB5959.4-2008 電熱裝置的安全

5 結(jié)語

該負(fù)載測試系統(tǒng)目前已開發(fā)完成,它通過對柴油發(fā)電機(jī)組試驗(yàn)過程的程序化控制,實(shí)現(xiàn)了柴油發(fā)電機(jī)組的啟動性能;高、低速運(yùn)行性能;負(fù)載性能;穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)性能等的有效檢測,在實(shí)際應(yīng)用中取得了非常好的效果。

[1]鄔寬明?，F(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用選編[M]。北京: 航空航天大學(xué)出版社,2003.

[2]GB/T 13032 - 2010,船用柴油發(fā)電機(jī)組通用技術(shù)條件[S]。

[3]GB/T 2820 - 2009,往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的交流發(fā)電機(jī)組[S]。

[4]劉小華。發(fā)電機(jī)組試驗(yàn)臺的研制[J]。航天工藝,1999(6):28-31.

[5]肖峻,湯春球,莫易敏等。干阻試驗(yàn)臺PWM控制系統(tǒng)的研究[J]。內(nèi)燃機(jī)車,2002(11):13-15.

虞益龍,常州劉國鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校講師,研究方向:自動控制。

何乙琦,常州劉國鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校講師,研究方向:電子電工。