淺談PLC在柴油發(fā)電機(jī)維修機(jī)組中的應(yīng)用
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一、概述
自1959年世界上第一片IC誕生后，微電子技術(shù)有了高速的發(fā)展，集成電路、印制電路板、可編程控邏輯器件等技術(shù)逐漸應(yīng)用于智能儀器和自動(dòng)化控制。由于集成電路（IC）的系統(tǒng)芯片種類繁多，體積大，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，費(fèi)用高；印制電路板（PCB）上元件之間連線的交叉、重疊，不僅工藝復(fù)雜，又導(dǎo)致電連線的分布電容增大，加大了對(duì)前級(jí)電路的負(fù)載，增加了系統(tǒng)的干擾，同時(shí)PCB的多焊接點(diǎn)和雙面布線的連接孔又導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性下降；而可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種新型、通用的自動(dòng)控制裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用、易于編程、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。
柴油發(fā)電機(jī)維修機(jī)組用PLC控制有很多優(yōu)點(diǎn)，它主要通過(guò)軟件控制，從而省去了硬件開發(fā)工作，外圍電路很少，大大提高了系統(tǒng)的可靠性與抗干擾能力；由于它簡(jiǎn)單易行的可編程序功能，無(wú)須改變系統(tǒng)的外部硬件接線，便能改變系統(tǒng)的控制要求，使系統(tǒng)的“柔性”大大提高。
二、發(fā)電機(jī)維修主要設(shè)計(jì)功能
海上鉆井平臺(tái)一般設(shè)有單獨(dú)的電站，在生產(chǎn)過(guò)程中如果主站因?yàn)楣收贤蝗煌ｋ?，沒(méi)有備用的電源繼續(xù)供電，很可能造成事故。在應(yīng)急情況下，應(yīng)急電站應(yīng)至少有能力向以下設(shè)備供電：
1、無(wú)線電通訊及航行信號(hào)燈設(shè)備。
2、重要區(qū)域照明，如逃生通道、中控室、無(wú)線電室等。
3、火災(zāi)及有毒氣體報(bào)警裝置。
4、井口防噴裝置。
5、應(yīng)急消防泵和艙底泵。
應(yīng)急電站原動(dòng)機(jī)一般采用一臺(tái)獨(dú)立冷卻和供油系統(tǒng)的柴油機(jī)，并設(shè)有自啟動(dòng)裝置，保證在主站失電后0-45秒內(nèi)啟動(dòng)，應(yīng)急電網(wǎng)通常為主電網(wǎng)的一部分，在正常情況下，這些用電設(shè)備由總配電板供電，只是在應(yīng)急情況下由應(yīng)急發(fā)電機(jī)組供電，因此在應(yīng)急配電板上的應(yīng)急發(fā)電機(jī)主開關(guān)與主開關(guān)向應(yīng)急配電板供電的開關(guān)之間設(shè)有電氣聯(lián)鎖，以保證安全。勝利七號(hào)平臺(tái)配電系統(tǒng)見圖1：
在正常電供電情況下，K13閉合使應(yīng)急負(fù)載和應(yīng)急照明線路作為正常線路的一部分正常工作，在正常電失電情況下，KT1-KT4、K13閘刀跳開，應(yīng)急發(fā)電機(jī)EG啟動(dòng)后KE閉合向應(yīng)急負(fù)載和應(yīng)急照明送電。柴油發(fā)電機(jī)組作為一個(gè)平臺(tái)應(yīng)急電源，應(yīng)具備以下基本要求：
1、發(fā)電機(jī)維修自動(dòng)啟動(dòng)
當(dāng)正常供電出現(xiàn)故障（斷電）時(shí)，機(jī)組能自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)升速、自動(dòng)合閘，向應(yīng)急負(fù)載供電。
2、發(fā)電機(jī)維修自動(dòng)停機(jī)
當(dāng)正常供電恢復(fù)，經(jīng)判斷正常后，控制切換開關(guān)，完成應(yīng)急電到正常電的自動(dòng)切換、然后控制機(jī)組降速到怠速、停機(jī)。
3、發(fā)電機(jī)維修自動(dòng)保護(hù)
機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，如果出現(xiàn)油壓過(guò)低（小于0.3MP）、冷卻水溫過(guò)高（大于95度）、電壓異常故障，則緊急停機(jī)，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，如果出現(xiàn)水溫高（大于90度）、油溫高等故障。則發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提醒維護(hù)人員進(jìn)行干預(yù)。
4、發(fā)電機(jī)維修三次啟動(dòng)功能
機(jī)組有三次啟動(dòng)功能，若第一次啟動(dòng)不成功，經(jīng)10秒延時(shí)后再次啟動(dòng)，若第二次啟動(dòng)不成功，則延時(shí)后進(jìn)行第三次啟動(dòng)。三次啟動(dòng)中只要有一次成功，就按預(yù)先設(shè)置的程序往下運(yùn)行；若連續(xù)三次啟動(dòng)均不成功，則視為啟動(dòng)失敗，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)（也可以同時(shí)控制另一臺(tái)機(jī)組起動(dòng)）。
5、自動(dòng)維持準(zhǔn)啟動(dòng)狀態(tài)
機(jī)組能自動(dòng)維持準(zhǔn)啟動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)，機(jī)組的自動(dòng)周期性預(yù)供油系統(tǒng)、油和水的自動(dòng)加溫系統(tǒng)、蓄電池的自動(dòng)充電裝置投入工作。
6、具備手動(dòng)、自動(dòng)兩種操作模式。
三、控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
我國(guó)建造的海上石油裝備，應(yīng)急電源多采用135系列的柴油機(jī)組，下面就以此為例用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)維修自啟動(dòng)的控制。
1、電路分析
控制面板上有“手動(dòng)/自動(dòng)”選擇旋鈕，“停機(jī)/怠速/額定轉(zhuǎn)速”選擇旋鈕、“啟動(dòng)”、“合閘”、“分閘”按鈕，電機(jī)A帶動(dòng)凸輪開關(guān)ZK轉(zhuǎn)動(dòng)有3個(gè)位置ABC，分別對(duì)應(yīng)停機(jī)/怠速/額定轉(zhuǎn)速3個(gè)位置，也就是油門的3個(gè)位置。速度繼電器、電壓檢測(cè)、水溫、油壓都是外部開關(guān)信號(hào)。
原始狀態(tài)：柴油機(jī)油門桿控制電機(jī)處于“停機(jī)”狀態(tài)，凸輪開關(guān)A閉合，B、C均斷開。
一次啟動(dòng)過(guò)程：正常電失電后，經(jīng)5秒確認(rèn)，油門控制器動(dòng)作，電機(jī)A正轉(zhuǎn)將油門拉到“低速”位置，同時(shí)凸輪開關(guān)ZK動(dòng)作使A斷開，B閉合，電機(jī)B啟動(dòng)4秒鐘，如柴油機(jī)發(fā)火運(yùn)行，在速度上升到600-700轉(zhuǎn)時(shí)傳感器動(dòng)作，電機(jī)A再次動(dòng)作將油門拉到“全速”這時(shí)凸輪B、A斷開，C、閉合，發(fā)電機(jī)開始發(fā)電，電壓正常后合上主開關(guān)KE向負(fù)載供電。
三次啟動(dòng)過(guò)程：若一次啟動(dòng)未成功，則速度繼電器仍處在原位，由PLC內(nèi)部的定時(shí)器來(lái)進(jìn)行控制進(jìn)行再次啟動(dòng)，以10秒作為一個(gè)周期，三次啟動(dòng)時(shí)間約30秒，32秒后輸出報(bào)警，
啟動(dòng)失敗及柴油機(jī)組停機(jī)：?jiǎn)?dòng)失敗后，系統(tǒng)進(jìn)程50秒后，控制電機(jī)A反轉(zhuǎn)，把油門拉回到“停機(jī)”位置，當(dāng)正常電恢復(fù)時(shí)電機(jī)A反轉(zhuǎn)，將油門拉回“停機(jī)”位置，柴油機(jī)缺油熄火。
2、根據(jù)所需的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)選擇PLC機(jī)型
根據(jù)自動(dòng)化機(jī)組的控制要求，所需PLC的輸入點(diǎn)數(shù)為14個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)為6個(gè)。系統(tǒng)的控制量基本上是開關(guān)量，只有電壓和轉(zhuǎn)速是模擬量，為了降低成本，可以通過(guò)檢測(cè)電路把模擬量轉(zhuǎn)換成開關(guān)量、如電壓監(jiān)測(cè)可以用電壓保護(hù)器代替。這樣可以選用不帶模擬量輸入的PLC。本系統(tǒng)選用西門子S7-200小型可編程序控制器，可靠性高，體積小，輸入點(diǎn)數(shù)為14個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)為10個(gè)。電源、輸入、輸出電壓均為24VDC。
3、發(fā)電機(jī)維修分配PLC輸入輸出
根據(jù)自動(dòng)化機(jī)組的控制要求和電氣原理圖，PLC輸入、輸出信號(hào)分配表見表1。
四、結(jié)論
采用PLC控制的自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組，硬件簡(jiǎn)單，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好，經(jīng)過(guò)在不同機(jī)組上使用，可靠性高，程序稍作修改，就可以滿足用戶不同的控制要求。
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