用PLC的发电机组自动化控制

一、课程设计

1.1硬件条件

交流发电机实验机组、S7-200 PLC 单元（CPU226/EM235）、通讯电缆、通用电脑、彩色LCD 触摸屏、模拟辅机与蝶阀控制。

1.2设计目的

培养学生参阅国家和行业标准，掌握发电机组启停车控制的基本要求、系统构成及工作原理；初步学会PLC 的控制方法以及高级HMI 的应用；同组同学应分别选择实现机组开机准备、开机、并网、正常停机、事故停机、事故紧急停机等逻辑控制功能；初步熟悉HMI的应用方法。

这里负责的是正常停机、事故停机、事故紧急停机逻辑控制功能。

1.3设计内容

1、发电机组构成和系统工作原理、工作过程；

2、基于PLC 的系统总原理图，各部分工作原理、工作过程；

3、分别以机组开机准备、开机、并网、正常停机、事故停机、事故紧急停机等过程为侧重点简单编制PLC 程序框图；

4、与调速系统、励磁系统、同期装置的协调控制。

1.4设计要求

1、通过设计原理图，掌握实验装置的接线方法、完成上述功能。

2、设计验收时必须现场演示、提交课程设计报告（电子版）。

二、PLC介绍

可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制

各种类型的机械或生产过程。

2.1 S7-200 PLC 单元

西门子(SIEMENS)公司应用微处理器技术生产的SIMATIC 可编程控制器主要有S5 和S7 两大系列。目前,前期的S5 系列PLC 产品已被新研制生产的S7 系列所替代。S7 系列以结构紧凑、可靠性高、功能全等优点,在自动控制领域占有重要地位。

西门子S7-200PLC在实时模式下具有速度快，具有通讯功能和较高的生产力的特点。一致的模块化设计促进了低性能定制产品的创造和可扩展性的解决方案。来自西门子的S7 - 200微型PLC可以被当作独立的微型PLC解决方案或与其他控制器相结合使用。

CPU 226 集成24 输入/ 16 输出共40 个数字量I / O 点,可连接7 个扩展模块,最大扩展至248路数字量I / O 或35 路模拟量I / O 点,13 KB 程序和数据存储空间。直流输入继电器输出；电源电压85～264 V 交流；输入电压：24 V 直流；输出电压：24 V 直流、24～230 V 交流；输出电流：2 A,继电器

另外EM235 模块有AI4 /AQ1×12的I/O规格，其功能为4 路模拟输入,1 路模拟输出,12 位转换为模拟量扩展模块

三、发电机组的介绍

3.1发电机

是把动能或及其它形式的能量转化成电能的装置。一般的发电机是通过发动机先将各类一次能源蕴藏的能量转换为机械能，然后通过发电机转换为电能，经输电、配电网络送往各种用电场合。

发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。转子由转子铁芯（或磁极、磁扼）绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。

3.2发电机组

的工作原理就是发电机在柴油机的带动下不断地运转，从而达到发电的目的，在发电机组的汽缸里，空气经过空气滤清器过滤以后就变成了洁净的空气，发电机组工作时喷油嘴在高压状态下会喷出呈雾状的柴油，柴油和洁净的空气混合后在活塞的挤压下体积迅速缩小，温度上升到柴油的燃点，柴油和空气体积膨胀，推动活塞向下运动。各个发电机组的汽缸轮流重复这种上下运动，就带动了发电机组曲轴的旋转。

发电机组属于自备型电站交流应急供电设备的一种类型，它是一种独立的小型发电设备，以柴油内燃机作动力，驱动同步交流发电机而发电。是由柴油机（小型的会使用汽油引擎）、发电机、控制屏、公共底座等组件组成的钢性整体。通常在医院、电信机房、资料中心、工厂、核电厂或重要国防、政府机构等地会安装，以在外部供电中断时使用。由于发电机组启动需要时间，因此常会搭配设置电池组以保持连续稳定的供电。

3.3发电机组的结构

本次设计的题目是基于PLC的发电机组自动化控制，采用自动化控制的目的是采取各种措施使发电系统尽可能运行在正常运行状态。在正常运行状态下，通过制定运行计划和运用计算机监控系统实时进行发电系统运行信息的收集和处理，在线安全监视和安全分析等，使系统处于最优的正常运行状态。同时，在正常运行时，确定各项预防性控制，以对可能出现的紧急状态提高处理能力。

当发电系统一旦出现故障进入紧急状态后，则系统能够自动（也可手动）做出反应，采取控制措施。这些控制措施包括继电保护装置正确快速动作和各种稳定控制装置。通过紧急控制将系统恢复到正常状态或事故后状态。当系统处于事故后状态时，系统采取恢复措施，使其重新进入正常运行状态。

对于实验室的电力系统动模与自动化综合实验台，这是一个自动化的电力系统综合试验装置。该装置功能集成了发电机运行动态实验，发电机运行保护实验，线路保护实验，变压器保护，数字继电器保护曲线实验等。发电机动模实验装置主体是由电动机（作为该实验装置的原动机）、同步发电机、调速器、励磁器、PLC和触摸屏组成。无论从结构还是工作效果来看，它都可以说就是一个小型的发电厂。该装置能够反映现代电能的生产、传输和使用的全过程，体现现代电力系统自动化、信息化、数字化的特点，实现电力系统的检测、控制、监视、保护的自动化。

图一自并励可控硅励磁

图二他励可控硅励磁

3.4发电机组自动化控制的组成

a）发电机组：

发电机组是由同在一个轴上的三相同步发电机（SN=2.5kV·A，UN=400V，Nn=1500r/min），模拟原动机用的是直流电动机（PN=2.2Kw，UN=220V）以及测速装置和功率角指示器组成。具体参数见电机铭牌。

直流电动机、同步发电机经弹性联轴器对轴联结后组装在一个活动底盘上构成可移动式机组。具有结构紧凑、占地少、移动轻便等优点，机组的活动底盘有四个螺旋式支脚和三个橡皮轮，将支脚旋下即可开机实验。(b)无穷大系统：

无穷大电源是由15kV·A的自耦变压器组成。通过调整自耦变压器的电压可以改变无穷大母线的电压。

“准同期控制装置”它按恒定越前时间原理工作，主要特点如下：①可选择全自动准同期合闸；②可选择半自动准同期合闸；③可测定断路器的开关时间；④可测定合闸误差角；

⑤可改变频率差允许值，电压差允许值，观察不同整定值时的合闸效果；⑥按定频调宽原理实验均频均压控制，自由整定均频均压脉冲宽度系数，自由整定均频均压脉冲周期；观察不同整定值时的均频均压效果；