王志斌，舒德華

（中國地質(zhì)工程集團(tuán)有限公司，北京 100093）

0 引 言

隨著現(xiàn)代社會(huì)科技的快速發(fā)展，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)發(fā)揮著重要作用，PLC控制技術(shù)應(yīng)用也越來越廣泛，尤其是在露天礦山、生產(chǎn)及相關(guān)企業(yè)領(lǐng)域。對(duì)于一些無人值守需要供電的用電設(shè)備，柴油發(fā)電機(jī)用PLC控制有很多優(yōu)點(diǎn)，它主要通過軟件控制和硬件電路執(zhí)行，顯著提升系統(tǒng)的抗干擾能力和運(yùn)行可靠性。由于其可編程程序功能簡(jiǎn)單易行，使得柴油發(fā)電機(jī)能夠得到自動(dòng)啟、停的功能，讓UPS真正地持續(xù)為用電設(shè)備進(jìn)行長(zhǎng)久供電。

1 自動(dòng)啟、?？刂葡到y(tǒng)組成及原理

控制系統(tǒng)主要由帶有ATS開關(guān)柴油發(fā)電機(jī)、PLC控制柜及UPS不間斷電源等三部分組成。該控制系統(tǒng)原理為PLC控制器里的電壓檢測(cè)單元通過檢測(cè)判斷UPS里蓄電池電壓的高低來自動(dòng)啟、停柴油發(fā)電機(jī)，為UPS不間斷電源進(jìn)行充電，使得用電設(shè)備持續(xù)供電。系統(tǒng)控制原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)控制原理圖

1.1 ATS柴油發(fā)電機(jī)

柴油發(fā)電機(jī)ATS是控制市電與發(fā)電機(jī)之間切換的裝置（柜），就是正常時(shí)市電供電，市電中斷后自動(dòng)或者手動(dòng)切換至柴油發(fā)電機(jī)供電。一般就是通過旋鈕開關(guān)選擇自動(dòng)檔、手動(dòng)檔或者遠(yuǎn)程控制機(jī)組通信的裝置。所選用的柴油發(fā)電機(jī)面板如圖2所示。

圖2 ATS柴油發(fā)電機(jī)面板圖

1.2 ATS柴油發(fā)電機(jī)操作程序

檢查面板上點(diǎn)火鑰匙在OFF位置，AC輸出開關(guān)位置為ON，AC220 V插頭連接無松動(dòng)，ATS控制線插緊，使得PLC控制箱進(jìn)入自動(dòng)控制狀態(tài)。

2 UPS系統(tǒng)組成

UPS（Uninterruptible Power Supply）就是指的不間斷電源，是使蓄電池（一般以鉛酸免維護(hù)電池為主）連接主機(jī)，通過主機(jī)逆變器等模塊電路促使直流電變成市電的一種系統(tǒng)設(shè)備。UPS主要是把不間斷的穩(wěn)定電力提供給計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，也可以提供給單臺(tái)計(jì)算機(jī)抑或是其他電子電力設(shè)備，如電磁閥。如果市電處于正常輸入的狀態(tài)，UPS就在穩(wěn)定市電電壓后將其傳輸給負(fù)載，此時(shí)起到的作用是交流式電穩(wěn)壓器，同時(shí)可以為內(nèi)部電池充電；如果市電因發(fā)生故障而停電或中斷，UPS就利用逆變器切換轉(zhuǎn)換的方法，將電池的直流電能轉(zhuǎn)換成220 V交流電，并將其繼續(xù)供應(yīng)給負(fù)載，促使負(fù)載能保持正常工作狀態(tài)，保證不損壞負(fù)載的軟硬件。UPS設(shè)備通常對(duì)電壓過高或電壓過低都能提供保護(hù)[1]。

UPS是儲(chǔ)能裝置的一種，主要元件是逆變器，屬于穩(wěn)壓穩(wěn)頻輸出的設(shè)備，用于保護(hù)電源。UPS的組成部分主要是整流器、逆變器、蓄電池以及靜態(tài)開關(guān)等。

2.1 整流器

整流器就是整流裝置，是把AC（交流）轉(zhuǎn)變成DC（直流）的一種裝置，功能主要有兩個(gè)，一個(gè)是把AC（交流）轉(zhuǎn)變成DC（直流），經(jīng)過濾波后提供給逆變器或者負(fù)載；另一個(gè)是將充電電壓提供給蓄電池。所以整流器同時(shí)又起著充電器的作用。

2.2 逆變器

逆變器是把DC（直流）轉(zhuǎn)變成AC（交流）的一種裝置，主要由逆變橋、濾波電路以及控制邏輯組成。

2.3 蓄電池

對(duì)于UPS，蓄電池是存儲(chǔ)電能的一種裝置，通常由多個(gè)電池通過串聯(lián)形成，維持供電，放電時(shí)間的長(zhǎng)短由電池容量的大小決定。蓄電池的功能主要是當(dāng)市電處于正常狀態(tài)時(shí)，蓄電池就把電能變成化學(xué)能，將其存儲(chǔ)在內(nèi)部；當(dāng)市電發(fā)生故障時(shí)，蓄電池就把化學(xué)能變成電能，供負(fù)載抑或是逆變器使用。

2.4 靜態(tài)開關(guān)

靜態(tài)開關(guān)一般又被稱作靜止開關(guān)，屬于無觸點(diǎn)開關(guān)的一種，是由兩個(gè)SCR（可控硅）反向并聯(lián)組成的交流開關(guān)，通過邏輯控制器對(duì)其閉合與斷開進(jìn)行控制。靜態(tài)開關(guān)主要有兩種，即轉(zhuǎn)換型、并機(jī)型。前者在兩路電源供電系統(tǒng)中適用，從一路實(shí)現(xiàn)到另一路的自動(dòng)切換，后者在并聯(lián)逆變器和多臺(tái)逆變器或者市電中適用。

不間斷電源的優(yōu)點(diǎn)主要是不間斷的供電能力。當(dāng)市電交流能夠正常輸入時(shí)，UPS就先將交流電整流為直流電，接著將直流電逆變?yōu)闊o雜質(zhì)的穩(wěn)定交流電，然后提供給后級(jí)負(fù)載；當(dāng)市電交流無法正常輸入時(shí)，如停電、欠壓或者頻率異常，UPS就會(huì)自動(dòng)啟用備用，關(guān)斷整流電路，并把蓄電池中存儲(chǔ)的直流電逆變成無雜質(zhì)的穩(wěn)定交流電，繼續(xù)提供給后級(jí)負(fù)載。本文使用UPS主要參數(shù)如表1所示

表1 UPS主要參數(shù)表

3 PLC控制系統(tǒng)

3.1 PLC簡(jiǎn)介

PLC全稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），借助一類可編程存儲(chǔ)器，將其作為內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行面向用戶的邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)及算術(shù)操作、定時(shí)等指令，并且利用數(shù)字或者模擬式輸入/輸出，對(duì)各類生產(chǎn)過程或機(jī)械進(jìn)行控制。

3.2 硬件系統(tǒng)組成及原理

3.2.1 硬件系統(tǒng)組成

硬件系統(tǒng)主要為PLC控制箱。該控制箱由PLC控制器、ATS模塊單元、繼電器、24 V電源模塊及端子排等模塊組成，控制箱連接柴油發(fā)電機(jī)和UPS兩個(gè)單元，起到中間連接控制作用。本文所選用PLC控制器型號(hào)為PMC2000微型PLC控制器，如圖3所示。

圖3 PLC控制器

3.2.2 系統(tǒng)原理

PLC控制箱中PLC控制器里的檢測(cè)單元通過檢測(cè)UPS里蓄電池電壓高低，通過比較蓄電池電壓與啟停設(shè)定值來執(zhí)行柴油發(fā)電機(jī)的自啟與自停功能，使得UPS持續(xù)處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

PLC控制箱啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)條件為：（1）蓄電池電壓低于PLC程序最低設(shè)定值；（2）控制箱24 V開關(guān)電源電壓低于21 V。

PLC控制箱停止柴油發(fā)電機(jī)條條件為：（1）蓄電池電壓高于PLC程序最高設(shè)定值；（2）發(fā)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行PLC程序設(shè)定時(shí)長(zhǎng)。

3.3 軟件系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

PLC軟件局部程序如圖4所示[2]。

圖4 PLC梯形圖程序片段

4 系統(tǒng)調(diào)試

圖5為PLC控制器程序模擬運(yùn)行調(diào)試圖。

5 結(jié) 論

采用PLC控制的柴油發(fā)電機(jī)自動(dòng)啟、停系統(tǒng)的特點(diǎn)如下，主要通過軟件進(jìn)行控制，從而省去了硬件開發(fā)工作；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性優(yōu)異；程序編制靈活，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整工作周期短；價(jià)格合適，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便；運(yùn)行方式覆蓋全自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)操作，能滿足偏遠(yuǎn)地區(qū)、無人看守區(qū)域的需要。同時(shí)，也體現(xiàn)出PLC控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使電控元器件之間的接線十分簡(jiǎn)潔，系統(tǒng)控制的可靠性和抗干擾能力得到提高，也使系統(tǒng)的“柔性”得到提高。

圖5 PLC控制器運(yùn)行調(diào)試圖