王燕妮，趙大奇，李傳偉

1.威海市立醫(yī)院，山東 威海 264200；

2.泰安市中心醫(yī)院，山東 泰安 271000；

3.威海職業(yè)學(xué)院，山東 威海 264210

醫(yī)院應(yīng)急發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的PLC改造

王燕妮1，趙大奇2，李傳偉3

1.威海市立醫(yī)院，山東 威海 264200；

2.泰安市中心醫(yī)院，山東 泰安 271000；

3.威海職業(yè)學(xué)院，山東 威海 264210

本文闡述了采用PLC控制系統(tǒng)對(duì)醫(yī)院應(yīng)急發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)進(jìn)行改造的過(guò)程，介紹了采用PCL控制的醫(yī)院應(yīng)急發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)過(guò)程，改造后的醫(yī)院應(yīng)急發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靈敏性和可靠性都有了明顯提高。

應(yīng)急發(fā)電機(jī)組；PLC控制系統(tǒng)；停機(jī)保護(hù)

0 前言

為了降低醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)，保證服務(wù)質(zhì)量，醫(yī)院一般都備有應(yīng)急發(fā)電機(jī)組。我院使用的應(yīng)急發(fā)電機(jī)組原先采用繼電控制系統(tǒng)控制，綜合性能較低。為了提高系統(tǒng)的可靠性、靈敏性和穩(wěn)定性，我院（威海市立醫(yī)院）決定采用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）替代原來(lái)的繼電器控制發(fā)電機(jī)組，報(bào)道如下。

1 應(yīng)急發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)

我院使用的自動(dòng)化應(yīng)急發(fā)電機(jī)組是20～2000 kW柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組，柴油機(jī)為135系列，原先采用繼電控制系統(tǒng)控制。主要用途是在電網(wǎng)失電時(shí)，控制柴油機(jī)自行啟動(dòng)和運(yùn)行，應(yīng)急發(fā)電，向急診室、手術(shù)室等重要科室供電[1-3]。

應(yīng)急發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)工作過(guò)程：主電網(wǎng)停電，自動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)啟動(dòng)5 s，停止5 s；再啟動(dòng)5 s，停止5 s，連續(xù)循環(huán)啟動(dòng)3次，其中只要1次啟動(dòng)成功，系統(tǒng)就會(huì)滿速運(yùn)轉(zhuǎn)；系統(tǒng)具有啟動(dòng)失敗報(bào)警功能，如果3次啟動(dòng)都不成功，系統(tǒng)則會(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警。

控制系統(tǒng)具有自我保護(hù)功能，當(dāng)柴油機(jī)水溫、潤(rùn)滑油溫和壓力超過(guò)設(shè)定值時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警直至柴油機(jī)自動(dòng)停機(jī)。當(dāng)主電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)停機(jī)并恢復(fù)到預(yù)啟動(dòng)狀態(tài)，為下一次重新啟動(dòng)做好準(zhǔn)備。

但繼電控制系統(tǒng)的可靠性、靈敏性和穩(wěn)定性不足，故我院采用PLC控制系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)化應(yīng)急發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

應(yīng)急發(fā)電機(jī)組采用蓄電池啟動(dòng)，柴油機(jī)點(diǎn)火運(yùn)行即升至額定轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。本著節(jié)儉原則，通過(guò)對(duì)原控制系統(tǒng)工作原理進(jìn)行分析，找出系統(tǒng)原來(lái)的檢測(cè)元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)指示裝置等留用，通過(guò)分析各元件之間的邏輯關(guān)系，利用PLC對(duì)原控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。選用價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定的西門子S7-200系列PLC，利用西門子Step7編程軟件編寫(xiě)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)啟動(dòng)、停止、自動(dòng)合閘與分閘、故障報(bào)警等程序。

3 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

PLC控制系統(tǒng)主要由3部分組成：① 輸入部分，主要包括傳感部件，即現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)部件和各種控制按鈕；② 控制主體部分，即功能部件PLC；③ 輸出部分，即各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)和指示信號(hào)[4-6]。

3.1 PLC的選用及I/O地址的分配

PLC具有很強(qiáng)的抗干擾能力，軟件程序容易修改，硬件線路連接簡(jiǎn)單，工作環(huán)境要求不高，具有很高的定時(shí)精度，便于構(gòu)成友好的人機(jī)界面。通過(guò)分析應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的控制要求，系統(tǒng)需要13個(gè)輸入點(diǎn)，主要是各種傳感器轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)量；10個(gè)輸出點(diǎn)，也主要是開(kāi)關(guān)量。選用的是西門子S7-200系列PLC-CPU226，具體輸入輸出地址分配，見(jiàn)表1。

3.2 硬件電路設(shè)計(jì)

根據(jù)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的控制要求及運(yùn)行特點(diǎn)，基于S7-200系列PLC及其控制硬件構(gòu)建的自動(dòng)控制系統(tǒng)電路圖，見(jiàn)圖1。

圖1 應(yīng)急發(fā)電機(jī)組PLC控制系統(tǒng)電路圖

C1為應(yīng)急發(fā)電機(jī)組電壓檢測(cè)接觸器，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電壓，則C1有電，所對(duì)應(yīng)的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，輸入點(diǎn)I1.1獲得信號(hào)；C2為用于檢測(cè)主電網(wǎng)是否有電的線圈，主電網(wǎng)失電，則C2失電，所對(duì)應(yīng)的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，PLC輸入點(diǎn)I1.0為0，則KM1線圈得電，KM1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，開(kāi)始啟動(dòng)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組；C3是應(yīng)急發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)接觸器；P1是油壓力傳感器，若運(yùn)轉(zhuǎn)中應(yīng)急發(fā)電機(jī)滑油低壓，PLC輸入點(diǎn)I0.4為1，系統(tǒng)將執(zhí)行安全保護(hù)程序，同時(shí)油壓失壓指示燈亮，發(fā)出報(bào)警信號(hào)；P2是水壓力傳感器，若運(yùn)轉(zhuǎn)中應(yīng)急發(fā)電機(jī)冷卻水低壓，KM8線圈得電，PLC輸入點(diǎn)I0.5為高電平1，系統(tǒng)將執(zhí)行安全保護(hù)程序；T1是冷卻水溫度傳感器，若運(yùn)轉(zhuǎn)中應(yīng)急發(fā)電機(jī)冷卻水高溫，PLC輸入點(diǎn)I0.7為高電平1，系統(tǒng)將執(zhí)行安全保護(hù)程序，同時(shí)Q1.0有輸出，水溫過(guò)高指示燈亮；T2是油溫度傳感器，若運(yùn)轉(zhuǎn)中應(yīng)急發(fā)電機(jī)滑油高溫，KM7線圈得電，PLC輸入點(diǎn)I0.6為高電平1，油溫過(guò)高指示燈亮，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，系統(tǒng)將執(zhí)行安全保護(hù)程序；KM1～KM8都是中間繼電器。

4 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

應(yīng)急發(fā)電機(jī)組PLC控制系統(tǒng)的程序主要有啟動(dòng)控制程序、安全保護(hù)控制程序和停機(jī)控制程序。

4.1 啟動(dòng)控制程序

程序啟動(dòng)控制有3種方式：手動(dòng)、自動(dòng)和模擬運(yùn)行，任一方式都允許3次重復(fù)啟動(dòng)。應(yīng)急發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)控制流程圖，見(jiàn)圖2。

圖2 應(yīng)急發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)控制流程圖

（1）自動(dòng)模式啟動(dòng)控制流程。當(dāng)系統(tǒng)接收到主電網(wǎng)失電信號(hào)，即C2線圈失電時(shí)，就會(huì)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，I1.0為1，KM1線圈得電，KM1線圈觸點(diǎn)閉合，啟動(dòng)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組并發(fā)出交流電。根據(jù)控制要求，在5 s內(nèi)發(fā)電機(jī)輸出380 V交流電，啟動(dòng)接觸器C3獲電，主開(kāi)關(guān)合閘向應(yīng)急電網(wǎng)供電；同時(shí)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)投入工作，即5 s內(nèi)啟動(dòng)不成功則停止啟動(dòng)信號(hào)5 s，然后再次啟動(dòng)。間隔時(shí)間為10 s（共允許重復(fù)3次），30 s內(nèi)如果還啟動(dòng)不成功則終止啟動(dòng)，發(fā)出啟動(dòng)失敗報(bào)警信號(hào)。

（2）手動(dòng)模式啟動(dòng)控制流程。操作者通過(guò)接通手動(dòng)按鈕發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，發(fā)電機(jī)成功發(fā)出380 V交流電后手動(dòng)合閘供電，其他控制過(guò)程和自動(dòng)模式相同。

表1 PLC輸入/輸出地址分配

（3）模擬運(yùn)行方式啟動(dòng)控制流程。與手動(dòng)、自動(dòng)基本相同，只是不合閘對(duì)外供電，應(yīng)急發(fā)電機(jī)組運(yùn)行2 min后自動(dòng)停止。

4.2 安全保護(hù)控制程序

為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行，系統(tǒng)軟件設(shè)有安全保護(hù)程序，具體功能是采集相應(yīng)監(jiān)測(cè)傳感器送到輸入點(diǎn)的報(bào)警信號(hào)（油壓失壓、水壓低、油溫高、水溫高等），經(jīng)過(guò)程序運(yùn)行，發(fā)出報(bào)警信號(hào)并進(jìn)行停機(jī)保護(hù)。對(duì)于不會(huì)立即出現(xiàn)危險(xiǎn)的故障，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，用來(lái)提示操作人員；對(duì)于可能會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)的故障，除了發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，還會(huì)立即自動(dòng)啟動(dòng)停機(jī)保護(hù)。故障排除之后，需要操作停車復(fù)位開(kāi)關(guān)才能重新啟動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行[7-8]。應(yīng)急發(fā)電機(jī)組安全保護(hù)控制程序圖，見(jiàn)圖3。

圖3 應(yīng)急發(fā)電機(jī)組安全保護(hù)控制程序圖

4.3 停機(jī)控制程序

應(yīng)急發(fā)電機(jī)組在啟動(dòng)失敗、主電網(wǎng)恢復(fù)供電等6種情況下應(yīng)及時(shí)停機(jī)。自動(dòng)啟動(dòng)指令發(fā)出，5 s后發(fā)電機(jī)仍未正常工作，此時(shí)應(yīng)停機(jī)5 s，繼而進(jìn)行下一次啟動(dòng)；如果系統(tǒng)連續(xù)啟動(dòng)3次，仍未啟動(dòng)成功，應(yīng)徹底停機(jī)。當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)正常供電，系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行2 s延時(shí)，以確定供電狀態(tài)恢復(fù)是否正常，而后KM5線圈得電，進(jìn)行分閘控制，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)延時(shí)空載運(yùn)行1 min后正常停機(jī)。其他情況如模擬運(yùn)行試驗(yàn)啟動(dòng)成功后，發(fā)電機(jī)運(yùn)行2 min后停機(jī)；當(dāng)冷卻水溫過(guò)高、柴油機(jī)滑油低壓時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行延時(shí)1 s后停機(jī)；手動(dòng)操作停止開(kāi)關(guān)能立即停機(jī)。應(yīng)急發(fā)電機(jī)組停機(jī)控制程序圖，見(jiàn)圖4。

圖4 應(yīng)急發(fā)電機(jī)組停機(jī)控制程序圖

5 結(jié)語(yǔ)

將應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的原繼電器控制系統(tǒng)改造為PLC控制系統(tǒng)，有效地提高了系統(tǒng)的靈敏性、可靠性、穩(wěn)定性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)控制運(yùn)行的按需切換，系統(tǒng)運(yùn)行情況良好，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目的。

[1] 高樹(shù)柏．船舶應(yīng)急發(fā)電機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究[D]．大連:大連海事大學(xué),2012:11．

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PLC Reconstruction of the Control System of Hospital Emergency Generating Set

WANG Yan-ni1, ZHAO Da-qi2, LI Chuan-wei3
1.Weihai Municipal Hospital, Weihai Shangdong 264200, China; 2.Taian Central Hospital, Taian Shangdong 271000, China; 3.Weihai Vocational College, Weihai Shangdong 264210, China

This paper described the reconstruction process of the control system of hospital emergency generating set by using programmable logic controller (PLC) control system, and introduced the hardware and software design processes of hospital emergency generating set controlled by PLC. The stability, sensitivity and reliability of the reconstructed hospital emergency generating set have been improved.

emergency generating set; PLC control system; shutdown protection

TM571.6+1

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.07.046

1674-1633(2014)07-0123-03

2014-03-18

作者郵箱：sdwhlcw69@163．com