PLC控制的直流發(fā)電機(jī)組自動監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

摘要：根據(jù)廠礦企業(yè)的實際需要，本系統(tǒng)綜合運(yùn)用西門子PLC S7-300，WinCC組態(tài)、工控機(jī)、全數(shù)字直流調(diào)速等裝置進(jìn)行組合，對發(fā)電機(jī)組進(jìn)行串并聯(lián)，實現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的自動化運(yùn)行，以達(dá)到提供工廠所需各種直流電源的目的。同時，系統(tǒng)能對供電過程進(jìn)行實時監(jiān)控，減少系統(tǒng)的并聯(lián)環(huán)流量，提高發(fā)電機(jī)組工作的發(fā)電效率?，F(xiàn)場試驗結(jié)果表明，系統(tǒng)并聯(lián)環(huán)流明顯較少且能實現(xiàn)自動運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：全數(shù)字直流調(diào)速；直流發(fā)電機(jī)組；PLC S7-300；工控機(jī)；WinCC

0 引言
直流電機(jī)在現(xiàn)代工礦企業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，并在不斷發(fā)展，與交流電機(jī)比較，直流電機(jī)具有良好的啟動性能和調(diào)速性能。隨著工業(yè)生產(chǎn)自動化程度的不斷提高，要求直流電機(jī)具有更高的動態(tài)特性，更大的過載能力，更寬的調(diào)速范圍，更低的轉(zhuǎn)動慣量，更高的可靠性，耐用性和主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。而要使直流電機(jī)系統(tǒng)達(dá)到這些性能指標(biāo)的必要條件是直流電機(jī)系統(tǒng)具有可靠，穩(wěn)定的直流電源。在工程設(shè)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(wěn)定直流電源。這就需要將2個或幾個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(tǒng)中，要求直流發(fā)電機(jī)組能提供不同的電壓和電流，這就要求對直流發(fā)電機(jī)組進(jìn)行串、并聯(lián)，而并聯(lián)不可避免會出現(xiàn)環(huán)流，那么在系統(tǒng)中，消除環(huán)流是本系統(tǒng)的重要工作之一。PLC控制的直流發(fā)電機(jī)組自動監(jiān)控系統(tǒng)能達(dá)到發(fā)電機(jī)組在各種工作方式下的性能要求。系統(tǒng)可以根據(jù)實際的需要，自由選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ鞣绞剑?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/監(jiān)控系統(tǒng)">監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，減少環(huán)流，使它控制在可行的范圍內(nèi)，以滿足系統(tǒng)的各項性能要求。

1 系統(tǒng)構(gòu)成
1．1 系統(tǒng)框架
根據(jù)實際要求，系統(tǒng)采用圖1所示的系統(tǒng)架構(gòu)圖進(jìn)行設(shè)計。控制系統(tǒng)主要由工控機(jī)，PLC，全數(shù)字直流調(diào)速裝置(CUD1)，發(fā)電機(jī)組(同步機(jī)(G1，G2)，直流發(fā)電機(jī)(GA、GB))4部份組成。其中，GA-G1-GB為1#發(fā)電機(jī)組，GA-G2-GB為2#發(fā)電機(jī)組。工控機(jī)通過以太網(wǎng)監(jiān)控PLC的輸入／輸出數(shù)據(jù)，PLC控制直流調(diào)速裝置。直流調(diào)速裝置通過調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)的勵磁電流來控制直流發(fā)電機(jī)，以輸出所需要的電壓、電流，最后得到實際所需的直流電源。發(fā)電機(jī)的輸出數(shù)據(jù)(電樞電流、電樞電壓)反饋至PLC進(jìn)行誤差分析，有效地實現(xiàn)了閉環(huán)控制。

1．2 直流發(fā)電機(jī)組并聯(lián)環(huán)流分析
兩臺參數(shù)一致的直流發(fā)電機(jī)并聯(lián)，當(dāng)它們的輸出電壓相等時，并聯(lián)工作為最佳狀態(tài)，在這種情況下系統(tǒng)不會產(chǎn)生環(huán)流，并將穩(wěn)定運(yùn)行。但實際系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)由于制造工藝、材料等客觀原因，造成發(fā)電機(jī)參數(shù)存在差異，往往使得兩同軸發(fā)電機(jī)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(jī)等效為兩直流電源，其感應(yīng)電動勢分別為E1，E2，其內(nèi)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(shè)定E1大于E2形成環(huán)流Is，并對電路進(jìn)行分析。單個發(fā)電機(jī)的輸出電流由負(fù)載分量和環(huán)流分量組成，將負(fù)載分量定義為Io。
對電路進(jìn)行分析，可得以下關(guān)系：根據(jù)基爾霍夫電壓、電流定律，得：

式中：E為感應(yīng)電動勢；Ce為電動勢常數(shù)；n為轉(zhuǎn)速；φ為磁通；Kf為比例常數(shù)；If為勵磁電流。