新聞主題	自動化發電機組控制系統的分類及功能

 

摘要：自動化柴油發電機組的控制系統主要有3種，它們分別是繼電器控制系統、可編程序控制器（PLC）控制系統和專用控制器（或單片計算機、微機）控制系統。隨著行業快速發展，自動化控制器已經集成了數字化，智能化和網絡化等先進技術，如今大多數配備的控制器以微處理為核心，因其性能穩定，適用于發電機組自動控制及系統監控，實現自動開機和停機，自動切換，自動送電，數據監測，報警保護完全實現“無人值守”。

 

一、繼電器接觸控制

 

采用繼電器控制系統的主要控制對象是自動化柴油發電機組中的柴油機、交流無刷發電機和控制屏等3部分組成。柴油機上設置有自動起動和自動停機等執行機構，還設置有油壓水溫和轉速等監測保護裝置，在控制屏內安裝有自啟動裝置、切換控制裝置。控制屏通過通訊電纜與發電機組連接。

圖1為一臺200GFZ自動化柴油發電機組的控制系統框圖，主要由市電監測、油機電監測、自起動控制器、顯示報警裝置、市電切換電路及油機電切換電路等部分組成。市測、油機電監測、切換電路和自起動控制器均采用繼電器邏輯控制。該發電機組的傳感與控制與執行機構框圖如圖2所示。

該控制系統的主要功能有：自動起動、自動升速、自動供電、自動停機、油壓過低水溫過高報警、升速失敗報警和二次起動失敗報警等功能。在發出故障報警的同時自動柴油機的油門，實現自動停機。

1．自動起動和自動供電

當市電中斷時，市電切換電路立即切斷市電供電電路，同時，市電監測電路通過自起動控制器使起動電機D運轉，從而起動柴油發電機組。起動成功后，潤滑油油壓上升，當油壓升到規定值時，起動成功油壓傳感器IYYJ接通潤滑油路電磁場閥EB的控制電路，該電磁閥把升速油缸的油路打開，柴油機的壓力潤滑油推動油缸活塞帶動油門手柄向升速方向移動，在升速限位控制器GXK的作用下，柴油機工作在額定轉速。此時，在自動電壓調節器AVR的作用下，發電機輸出額定電壓。然后，柴油機電切換電路接通，柴油機發電機開始給負載供電。

2．市電恢復后自動停機

市電恢復后，在市電監測電路的作用下，首先切斷柴油機供電電路，然后，市電切換電路投入工作，負載由市電供電。同時，自起動控制器使停機電磁鐵NQ動作，控制柴油機的油門，柴油機先低速運行，然后自動停機。

3．故障停機與報警

在發電機組運行過程中，冷卻水出水溫度達到95℃±2℃時，溫度控制器JW通過系統控制器發出聲光報警信號并切斷負載，同時，停機電磁鐵NQ動作，柴油發電機組停止運轉。

柴油發電機組運行過程中，當潤滑油的油壓低于規定值時，油壓低報警傳感器2YYJ的觸點閉合，控制器通過顯示報警裝置發出聲光報警信號，同時切斷油機電切換電路，然后停機電磁鐵NQ運行，柴油發電機組自動停機。當發電機組轉速超出額定轉速時，油機電監測電路中的高周率繼電器動作，柴油發電機組自動停機。

自動化柴油發電機組采用繼電器和接觸器構成自動控制系統，所需元器件的數量很多控制線路復雜，工作可靠性較差，故障率較高。

 

圖1 自動化柴油發電機組的控制系統框圖

圖2 發電機傳感器與執行機構框圖

 

 

二、可編程序控制器PLC控制系統

 

控制系統采用可編程序控制器（PLC，Programmable Controller）時，柴油發電機組的工作由軟件控制，可大大簡化控制電路，因此控制系統的可靠性很高。PLC是專為工業環境而設計的，采用可編程的存儲器，用于存儲用戶的指令，通過數字或模擬的輸入，輸出，實現各類型機械或過程的控制。PLC及其外設的設計，能非常方便地集成到工業控制系統中，并很容易地達到人們期望的目的。比如康明斯生產的SIMATIC S5和S7系列就非常適合作為自動化發電機組的控制器。實踐證明采用PLC控制柴油電站是成功的，實現備用發電機組的應急供電，保證供電的連續性、可靠性和穩定性，以及通過通信網絡能夠非常方便地把電站控制納入到中央的管理系統中去，以達到統一高度的目的，使其優點更為突出。

證供電的連續性、可靠性和穩定性，以及通過通信網絡能夠非常方便地把電站控制納入到中央的管理系統中去，以達到統一高度的目的，使其優點更為突出。

在采用PLC的自動化柴油發電機組中，柴油機的傳感器和各種執行元件與繼電器控制系統完全相同，所不同的只是由PLC完成繼電器的邏輯控制功能。PLC控制的自動化發電機組邏輯框圖如圖3所示。

 

圖3 自動化柴油發電機組控制邏輯框圖

 

1．控制系統的組成

該控制系統的輸入信號有蓄電池開始充電信號、蓄電池停止充電信號、市電故障（包括電壓和頻率超出規定范圍）信號、發電機組起動成功信號、發電機組額定轉速信號、發電機組超速信號、發電機組頻率過低和過高信號、發電機組的欠壓和過壓信號、發電機組的過載信號、冷卻水超溫信號、潤滑油壓力低信號、發電機組短路信號、故障復位信號和發電機組停機信號等。

輸出信號有蓄電池充電控制信號、充油泵控制信號、柴油機起動信號、發電機充磁信號、柴油機升降速信號、發電機主開關分合控制信號、市電主開關分合控制信號以及各種報警信號和顯示信號。

由于可編程控制器PLC輸出觸點的容量較小，通常只能驅動2A以下的負載。大容量負載必須通過固體繼電器控制，為了防止各輸出端相互干擾，在PLC機和固體繼電器之問通常還應加入阻斷二極管，重要控制部分還采用了外部互鎖結構。

 

圖4 發電機控制器輸入和輸出接口示意圖

 

2．可編程控制器的軟件

自動化柴油發電機組程序控制流程如圖5所示。PLC采用以標準布爾表達式（AND、OR、ONT）為基礎的簡便梯形圖語言。當程序未固化時，用戶可根據自己的要求修改，以滿足特殊要求。

 

圖5 自動化柴油發電機組程序控制流程

 

 

三、專用控制器或自動控制屏

 

1．自動化柴油發電機組的專用控制器主要功能

（1）柴油機的自動控制：

① 啟動系統：

柴油機的啟動一般為電啟動方式（采用蓄電池），啟動系統包括：蓄電池、啟動接觸器啟動電動機、啟動按鈕及相關控制線路。啟動過程：按啟動按鈕SB1，啟動接觸器K5吸合，啟動電動機與柴油機飛輪齒合時，啟動電動機旋轉并帶動柴油機旋轉。當柴油機啟動成功后，立即釋放起動按鈕SB1，啟動電動機退出。如圖6所示。

② 充電系統：

當柴油機在運行時，通過柴油機自帶的充電發電機對蓄電池充電，充電系統一般包括充電發電機、勵磁調節器、充電電流表及相關控制線路。

③ 儀表系統：

儀表配置據柴油機機型不同有所不同，但一般設有轉速表、油壓表、油溫表、水溫表和充電電流表等儀表。

 

圖中G為充電機，A4充電機勵磁調節器，WT為水溫表，OP為油壓表 圖6 柴油發電機組啟動控制電路

 

 

④ 自動加熱裝置：

在自動化發電機組的柴油機上一般加裝冷卻水自動加熱裝置，使在發電機組備機態時，使要油機處于熱機狀態，以便發電機組在市電失電時，15s內起動發電機組并帶負載工作。如圖7所示，當水溫低于30℃時，溫控器觸點接通，KM1吸合，加熱器EH工作。當水溫上升至50℃時，溫控器觸點斷開，KM1釋放，加熱器EH不工作。

 

圖7 柴油發電機組自動加熱裝置

 

⑤ 保護裝置：

柴油機一般有如下幾種保護裝置：檢測滑油壓力低傳感器、檢測冷卻水溫高傳感器及用于超速保護的轉速檢測裝置。

⑥ 柴油機轉速的自動調節：

柴油機轉速一般通過調速器自動調節，調速器一般分電子式、機械式和液壓式3種。調速器由轉速檢測、控制及執行器三部分組成，調速系統是一個閉環系統，當柴油機轉速因負載的增加而下降時，調速器通過執行器加大油門，使轉速回升，反之當柴油機轉速因負載的減小而升高時，執行器減小油門，使轉速下調，保證柴油機在額定轉速下運行。

（2）發電機的自動控制

① 電壓的自動調節

發電機電壓的自動調節是通過自動電壓調節器（AVR）來實現的，當電機輸出端電壓高時，通過AVR減小發電機的勵磁電流，使電壓下降；反之，當輸出電壓降低時，通過AVR增加發電機的勵磁電流，使電壓回升，保證電壓穩定性。

② 空載電壓的調節

當電機空載時，通過AVR調節相關電位器，可使輸出電壓在一定范圍內調整，一般為額定電壓的95％～105％。

③ 發電機的保護

a.加裝電流互感器及電流繼電器來實現，分過載短延時和過載長延時二種。

b.短路保護：通過主開關的電磁脫扣特性來實現，當負載端短路時，主開關自動跳閘。

c.定子高溫保護：通過加裝定子溫度傳感器。當定子溫度超過設定值時，發出報警并保護。

d.防潮加熱：通過加裝防潮加熱器來實現，當發電機組在備機狀態時，加熱器工作，以防因環境潮濕引起電機絕緣降低。

（3）自動化柴油發電機組的運行控制

① 單發電機組運行控制

當發電機組處于自動應急狀態時，市電失電，發電機組自動起動，當發電機組運行正常后（電壓和頻率達額定值），通過切換開關由市電側轉至發電機側，發電機對負載供電，系統具有自動控制屏的有關控制功能。

② 多發電機組的運行控制

除了具有單發電機組運行功能外，應具有下列控制功能：

a.發電機組自動起動失敗時，程序起動系統自動地將起動指令轉移給下一臺發電機組：

b.按自動控制指令或遙控指令完成兩臺同型號規格發電機組的自動并聯與解列；通常當輸出功率持續達到運行發電機組的額定功率時，自動控制系統向第2臺發電機組發出起動指令，并使其自動投入并聯運行；當輸出功率持續減小到兩臺并聯運行發電機組總額定功率的40％時，自動控制系統使并聯運行發電機組中的一臺發電機組發出解列和停機指令。

c.發電機組并聯運行時，自動分配輸出的有用功率和無用功率。

d.按自動控制指令或遙控指令完成對備用發電機組（第三臺發電機組）的控制：當并聯運行發電機組中的一臺發生故障時，應先起動備用發電機組并使其自動投入并聯運行后，故障發電機組再解列。

當并聯運行發電機組中的一臺發生二級故障時，故障發電機組應自動停機，并自動切斷一部分負載（通常是次要負載），使運行發電機組不出現過載，同時起動備用發電機組并使其自動投入并聯運行，恢復正常供電。

注：一級故障是指發電機組發生故障后允許運行一段時間（備用發電機組投入運行所需的時間）的故障，二級故障是指發電機組發生故障后需立即停機的故障。

2．CIMC-Y自動化發電機組的專用控制器

自動化柴油發電機組的主控制器采用專門為發電機組而設計的控制器，使系統控制線路大大簡化，但功能更強，系統更可靠，是目前被國內外廣泛采用的控制方式。如圖8所示。Al為專用控制器，市電及發電機電壓信號接入控制器，具有對油壓低及水溫高的檢測，同時能控制切換。K1為綜合報警斷電器，K2為超支信號輸出，K3用于打開電磁閥，對轉速的檢測通過頻率方式。

 

圖8 自動化發電機組的DSE509專用控制器

 

未來自動化發電機組的發展方向應該是無人值守型，功能更強，可靠性更高：采用技術更加先進的專用控制器是主要趨勢。

 

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