電動汽車換電站的電氣控制與PLC應(yīng)用

張 霞

（襄陽汽車職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 襄陽 430010）

0 引 言

在對電動汽車換電站進(jìn)行電力控制時一般采用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）技術(shù)，將現(xiàn)代控制技術(shù)和計算機技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)閉環(huán)控制、開關(guān)量控制以及順序控制，從而使電力系統(tǒng)的運行質(zhì)量得到改善。

1 PLC技術(shù)

PLC利用可編程的存儲器，在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時等面向用戶的指令,并通過數(shù)字或模擬輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程[1]。在實際使用PLC技術(shù)時，需要保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。在電動汽車換電站電氣控制工作開展過程中，可以借助PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)換電站電氣控制程序的更改操作，有效提升電動汽車換電站電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，節(jié)約人力資源和物力資源，減少工作人員的工作量，全面提高電動汽車換電站電氣控制系統(tǒng)的工作質(zhì)量。在實際應(yīng)用過程中，PLC技術(shù)能夠有效提升自動化電氣控制系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性，降低其功耗，具有很強的實用性。與其他控制系統(tǒng)相比，PLC控制系統(tǒng)的維修操作更加簡單。PLC技術(shù)整合了信息技術(shù)和計算機技術(shù)，在實際工作過程中能夠進(jìn)行智能化的自動診斷。在診斷過程中，倘若發(fā)現(xiàn)問題，可以實現(xiàn)漏洞的自行修復(fù)，有效降低系統(tǒng)修復(fù)操作人員的工作難度[2,3]。

2 電動汽車換電站

根據(jù)蓄電池組技術(shù)的不同，電動汽車的能量供應(yīng)可以分為充電模式和換電模式2種，電力類型可分為直流和交流2類。交流充電樁多用于住宅和商用車輛，其充電功率通常在7 kW以下，充電周期為6～8 h；直流充電樁通常安裝在1個大容量充電站內(nèi)，其電力輸出在50～170 kW，充電周期為2～4 h。

某大型換電站包括2條市電進(jìn)線引入，進(jìn)線與變壓器一次側(cè)10 kV母線、二次側(cè)400 V母線分別通過連接柜上的母開關(guān)進(jìn)行連接，其供電可靠性高，故障探測能力強。針對大型充電站的集中充電問題，采用靜態(tài)無功發(fā)電機STATCOM對電網(wǎng)損耗進(jìn)行了補償，從而提高電力品質(zhì)，優(yōu)化電網(wǎng)的運行狀況。大型換電站架構(gòu)如圖1所示。

車輛駛?cè)胱冸娝髸冉?jīng)過預(yù)檢區(qū)，墻壁上的紅外線攝像頭可以自動檢測。當(dāng)車輛進(jìn)入換電區(qū)域時，自動駕駛機器人會從車上卸下充電電池，然后將充滿電的電池放入車中，啟動后離開換電站，整個電源更換過程不會超過5 min。堆垛機將更換后的電池堆在蓄電池充電器的充電座上，由集控室的中央控制器來控制充電器的充電計劃，從而保證智能電網(wǎng)的調(diào)度和換電高峰時的電站電池儲存[4]。

某換電站平面布置如圖2所示。

3 PLC技術(shù)在電動汽車的換電站電氣控制中的應(yīng)用

PLC技術(shù)相對于其他的系統(tǒng)技術(shù)，具有更大的靈活性和通用性。在電力車輛換電站的電力控制中，一般采用固定式PLC和模塊式PLC技術(shù)。由于PLC技術(shù)的類型不同，因此其優(yōu)點和特征也各不相同，在實際使用中必須根據(jù)電力設(shè)備的具體要求選用適合的技術(shù)，以提高其工作質(zhì)量和工作效率。在小型自動控制系統(tǒng)中，采用固定式PLC技術(shù)可以有效減少使用費用，減少各輸入、輸出端的占地面積。模塊式PLC最大的優(yōu)點是各模塊彼此獨立，能夠根據(jù)電力車輛的實際需求擴展。在使用模塊式PLC時，可以任意替換或更新，從而提高操作靈活性[5]。

3.1 數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用

利用PLC技術(shù)對電動汽車換電站進(jìn)行電力控制，可以使其功能得到不斷優(yōu)化和完善，在增大存儲容量的前提下，有效提高其響應(yīng)能力和智能化程度。在數(shù)字控制（Numerical Control，NC）系統(tǒng)中，必須從整體上加強對數(shù)控技術(shù)的分析，從而達(dá)到改善工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的目的。在PLC技術(shù)的幫助下可以對NC系統(tǒng)進(jìn)行全方位改造，從而實現(xiàn)對NC系統(tǒng)的功能優(yōu)化。在工業(yè)發(fā)展的過程中，要不斷進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，實現(xiàn)規(guī)模的擴張。利用PLC技術(shù)可以提高數(shù)控機床各種加工信息的傳輸效率，并全面監(jiān)控數(shù)控機床的工作狀況，確保機床的各項功能得以發(fā)揮。PLC技術(shù)在NC系統(tǒng)的工作流程如圖3所示。

圖3 PLC技術(shù)在NC系統(tǒng)的工作流程

3.2 閉環(huán)控制應(yīng)用

電動汽車換電站的電力控制工作是一個持續(xù)過程，為了提高工作效率，必須對其進(jìn)行持續(xù)控制，確保相應(yīng)的模擬量可以被編輯控制器有效轉(zhuǎn)換和處理。通過PLC技術(shù)對閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行檢測和調(diào)整，使其能實時反映閉環(huán)系統(tǒng)的運行狀態(tài)，全面強化閉環(huán)監(jiān)控與管理，從而更好地發(fā)揮電力控制系統(tǒng)的優(yōu)勢。在溫度發(fā)生改變時，由數(shù)模變換器對相應(yīng)的電壓信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到閉環(huán)控制的目的。

3.3 開關(guān)量控制應(yīng)用

傳統(tǒng)電動汽車換電站的電力控制系統(tǒng)多采用電磁繼電器進(jìn)行開關(guān)動作控制，而隨著工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的開關(guān)電流控制方法已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)中，必須順應(yīng)時代的發(fā)展要求不斷進(jìn)行創(chuàng)新，通過與現(xiàn)代科技相結(jié)合建立相應(yīng)的控制系統(tǒng)，既保證了產(chǎn)品的工作質(zhì)量，又提高了產(chǎn)品的工作效率。傳統(tǒng)電動汽車換電站的電力控制系統(tǒng)工作流程比較煩瑣、工作量大，在使用中不能保證其運行的穩(wěn)定、可靠。在PLC技術(shù)的作用下，加強對換電站電力控制系統(tǒng)的開關(guān)量控制，同時通過網(wǎng)絡(luò)加強對變頻器、組合邏輯、時序邏輯等的控制。PLC在開關(guān)量控制中的應(yīng)用如圖4所示。

圖4 PLC在開關(guān)量控制中的應(yīng)用

3.4 順序控制應(yīng)用

在電動汽車換電站的電力控制系統(tǒng)中，隨著自動控制系統(tǒng)工作周期的延長，其能耗會逐漸增加。但是，在工業(yè)生產(chǎn)中，能源消耗過大會對企業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。為此，必須對電動汽車換電站進(jìn)行電力控制系統(tǒng)的優(yōu)化與改造，以此達(dá)到減少能源消耗的目的。在常規(guī)的順序控制工作中，對控制系統(tǒng)的靈敏度還需要不斷提高。利用PLC技術(shù)可以優(yōu)化繼電器的邏輯電路順序，通過計算機順序系統(tǒng)的控制來提高電動汽車換電站的可靠性和工作效率。

4 結(jié) 論

通過對換電站電力系統(tǒng)的優(yōu)化和改造，可以提高其工作質(zhì)量和效率。利用PLC技術(shù)對電動汽車換電站進(jìn)行電力控制，可以有效減少電力消耗，解決電力系統(tǒng)中的一些問題，從而使其能適應(yīng)時代發(fā)展的潮流，不斷進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新。