趙芳芳 孟亮虎 張培壟 魏玉文 孫勇 宣海寬 姚剛?cè)A 王強(qiáng)

摘要：PLC控制的起動(dòng)蓄電池自動(dòng)切換充電系統(tǒng)具備很多優(yōu)點(diǎn)，它主要通過硬件與軟件控制，大大提高了系統(tǒng)的可靠性及抗干擾能力，節(jié)約了成本，也體現(xiàn)了靈活應(yīng)用能力。本文主要探討了電池切換系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能，及其軟件、硬件的設(shè)計(jì)。

Abstract： The automatic switching charging system of starting battery controlled by PLC has many advantages. It greatly improves the reliability and anti-interference ability of the system， saves the cost and reflects the flexible application ability mainly through hardware and software control. This paper mainly discusses the functions that can be realized by the battery switching system， and the design of software and hardware.

關(guān)鍵詞：PLC;自動(dòng)切換;發(fā)動(dòng)機(jī)

Key words： PLC;automatic switching;engine

中圖分類號(hào)：U662.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）23-0231-02

0? 引言

近年來，蓄電池作為船舶上的一種應(yīng)急能源存儲(chǔ)設(shè)備，是船舶和人員安全的重要保證，船舶電網(wǎng)斷電時(shí)短時(shí)提供必要的應(yīng)急照明及向船舶各類自動(dòng)化裝置、報(bào)警裝置提供工作電源作其備用電源等，蓄電池使用和維護(hù)不當(dāng)都會(huì)造成不可言喻的損失，特別用于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)使用蓄電池，若是發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中蓄電池不能與充電發(fā)電機(jī)脫開，充電發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行，損壞調(diào)壓器，不能保證起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)成功;起動(dòng)蓄電池組，應(yīng)只能用于起動(dòng)，以及機(jī)器本身的監(jiān)控設(shè)備，并應(yīng)采取措施以保持其始終處于儲(chǔ)能狀態(tài)，在無充電設(shè)備的情況下，解決蓄電池充電問題也是迫在眉睫，因此實(shí)現(xiàn)起動(dòng)蓄電池自動(dòng)切換充電及安全控制是非常必要的。

1? 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

起動(dòng)蓄電池自動(dòng)切換充電系統(tǒng)主要由PLC采集模塊、電壓檢測(cè)模塊、繼電器、控制開關(guān)等組成。蓄電池電壓低信號(hào)采集通過電壓檢測(cè)模塊輸出電流信號(hào)進(jìn)入PLC采集模塊控制系統(tǒng)，并通過MODBUS RTU RS485通訊口驅(qū)動(dòng)PLC采集模塊的蜂鳴器報(bào)警，提醒設(shè)備維修人員蓄電池充電，在停機(jī)情況下由浮充電裝置給起動(dòng)蓄電池自動(dòng)充電，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行成功后，設(shè)計(jì)有運(yùn)行信號(hào)自動(dòng)切斷浮充電裝置給起動(dòng)蓄電池充電，改為發(fā)動(dòng)機(jī)自帶充電發(fā)電機(jī)給蓄電池充電，并設(shè)計(jì)有充電指示繼電器無源常開信號(hào)進(jìn)入PLC采集模塊，并通過MODBUS RTU RS485通訊輸出驅(qū)動(dòng)LED屏充電指示燈亮。

2? 系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)硬件主要包括起動(dòng)蓄電池硬件檢測(cè)系統(tǒng)和蓄電池硬件切換系統(tǒng)。起動(dòng)蓄電池硬件檢測(cè)系統(tǒng)主要是指遠(yuǎn)程監(jiān)控蓄電池電壓情況的電壓檢測(cè)模塊及PLC采集模塊，電壓檢測(cè)模塊檢測(cè)起動(dòng)蓄電池兩端的電壓，當(dāng)起動(dòng)蓄電池電壓低于DC23.2V時(shí)，采集電壓信號(hào)進(jìn)入PLC采集模塊驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警同時(shí)LED屏發(fā)起閃光提醒。蓄電池硬件切換系統(tǒng)主要由繼電器、接觸器等串聯(lián)或并聯(lián)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)控制。起動(dòng)蓄電池電壓報(bào)警系統(tǒng)及起動(dòng)蓄電池切換系統(tǒng)硬件主要由電壓檢測(cè)模塊、PLC采集模塊、轉(zhuǎn)速模塊等，自動(dòng)切換充電系統(tǒng)及蓄電池電壓檢測(cè)控制系統(tǒng)如圖1所示。

2.1 電壓檢測(cè)模塊UBK? 電壓檢測(cè)模塊UBK檢測(cè)是將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)的變送模塊，其用于檢測(cè)直流供電蓄電池兩端電壓值正常與否，該電壓檢測(cè)模塊UBK可以預(yù)設(shè)基準(zhǔn)電壓，當(dāng)供電電壓低于設(shè)定值后，向外輸出蓄電池電壓低報(bào)警信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電壓檢測(cè)模塊UBK的常開觸點(diǎn)閉合，蓄電池電壓低報(bào)警信號(hào)至PLC采集模塊，并驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警及LED屏指示等點(diǎn)亮。

2.2 PLC采集模塊? PLC采集模塊是控制系統(tǒng)的硬件核心，可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)，又可以根據(jù)有關(guān)需求進(jìn)行相應(yīng)的程序編輯，還可以將輸入程序模塊以及輸出程序模塊等通過接口建立相應(yīng)的鏈接關(guān)系，從而達(dá)到對(duì)電氣元器件的有效控制，PLC采集模塊實(shí)現(xiàn)蓄電池與其他元器件數(shù)據(jù)交互的橋梁，首先通過采集轉(zhuǎn)速模塊DJ的電流MA信號(hào)進(jìn)行內(nèi)部運(yùn)算處理，輸出限定值用于控制運(yùn)行信號(hào)繼電器KA1及PLC采集模塊動(dòng)作，另PLC采集模塊接收處理起動(dòng)接觸器KM、電壓檢測(cè)模塊UBK及充電指示繼電器KA2傳遞的開關(guān)量信號(hào)，進(jìn)行硬件控制。通過PLC采集模塊的應(yīng)用節(jié)省了大批量的元器件的使用，內(nèi)部控制指令可以根據(jù)需求自由配置，具備應(yīng)用靈活性。

2.3 轉(zhuǎn)速處理模塊DJ? 轉(zhuǎn)速處理模塊DJ是用于采集發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的模塊，轉(zhuǎn)速處理模塊采集的電流MA信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算處理進(jìn)入PLC采集模塊，最終結(jié)果是驅(qū)動(dòng)運(yùn)行成功繼電器KA1動(dòng)作，最終實(shí)現(xiàn)切換蓄電池充電設(shè)備。

2.4 LED屏? LED屏具有顯示功能，此屏可以自由設(shè)置顯示項(xiàng)目，主要用于接收PLC采集模塊通過MODBUS RTU RS485發(fā)送相應(yīng)的控制碼進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并通過LED屏顯示，以便實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)值的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3? 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)主要分為起動(dòng)蓄電池檢測(cè)系統(tǒng)和蓄電池切換系統(tǒng)。具體實(shí)施如下描述。

起動(dòng)蓄電池檢測(cè)系統(tǒng)，主要是通過電壓檢測(cè)模塊UBK檢測(cè)蓄電池兩端的電壓來實(shí)現(xiàn)，電壓檢測(cè)模塊UBK采集到蓄電池電壓低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為4-20MA信號(hào)，并通過自帶常開觸點(diǎn)信號(hào)進(jìn)入PLC采集模塊，當(dāng)蓄電池電壓低時(shí)，電壓檢測(cè)模塊觸點(diǎn)閉合，PLC采集模塊采集到的蓄電池電壓低信號(hào)通過MODBUS RTU RS48內(nèi)部通訊至LED屏顯示，并驅(qū)動(dòng)蜂鳴器HA報(bào)警。

蓄電池切換系統(tǒng)，主要是通過運(yùn)行信號(hào)來切換，由繼電器KA1常閉觸點(diǎn)控制通斷，具體操作如下描述。線路設(shè)計(jì)起動(dòng)按鈕SB1和運(yùn)行成功繼電器KA1的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)后與起動(dòng)接觸器KM的線圈串聯(lián);當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)狀態(tài)下，操作起動(dòng)按鈕SB1，起動(dòng)接觸器KM的線圈得電，接觸器KM的常開觸點(diǎn)閉合，起動(dòng)信號(hào)進(jìn)入PLC，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出起動(dòng)指令，14秒內(nèi)起動(dòng)成功，若是一次不成功，則發(fā)起第二次，不成功，則發(fā)起第三次，三次都不成功，則輸出三次起動(dòng)失敗報(bào)警并驅(qū)動(dòng)蜂鳴器HA得電報(bào)警。轉(zhuǎn)速模塊將采集到的4-20MA轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入到PLC采集模塊，PLC控制模塊處理轉(zhuǎn)速模塊DJ采集的數(shù)據(jù)，并與PLC預(yù)設(shè)的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)定閾值進(jìn)行比較;若發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速小于等于預(yù)設(shè)閥值，則發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功，運(yùn)行成功繼電器KA1線圈得電，繼電器KA1常開觸點(diǎn)閉合，充電發(fā)電機(jī)得電，運(yùn)行成功后由充電發(fā)電機(jī)給蓄電池充電，充電指示充電器KA2得電，充電指示繼電器KA2觸點(diǎn)閉合，通過PLC采集模塊信號(hào)處理，通過MODBUS RTU RS485通訊驅(qū)動(dòng)LED屏點(diǎn)亮充電指示燈;運(yùn)行成功后繼電器KA1常開觸點(diǎn)斷開自動(dòng)切斷浮充電裝置給蓄電池充電;繼電器KA1常閉觸點(diǎn)斷開，起動(dòng)接觸器KM線圈失電，起動(dòng)接觸器KM常開觸點(diǎn)斷開，起動(dòng)電機(jī)斷電，發(fā)動(dòng)機(jī)三次起動(dòng)邏輯圖見圖2描述。

4? 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

此控制邏輯在煙臺(tái)陽光、南通海洋等用戶得到應(yīng)用，得到了一致認(rèn)可，并且在各類船舶大型功率發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用良好，此邏輯控制不僅可以靈活應(yīng)用于負(fù)荷特性發(fā)動(dòng)機(jī)，也可以應(yīng)用于推進(jìn)特性發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是結(jié)合PLC采集模塊的應(yīng)用，隨著PLC采集模塊不斷成熟，該技術(shù)在船舶發(fā)動(dòng)機(jī)電氣控制裝置中的應(yīng)用領(lǐng)域得以發(fā)展，并且保障了其可靠性與穩(wěn)定性，起動(dòng)蓄電池充電自動(dòng)切換系統(tǒng)的應(yīng)用，具備性能穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便、高可靠性，完全滿足船舶發(fā)動(dòng)機(jī)可靠成功起動(dòng)的要求。

5? 結(jié)論

起動(dòng)蓄電池充電自動(dòng)切換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了船舶PLC控制自動(dòng)化，硬件簡(jiǎn)單，模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好，可靠性高，并且采用LED屏為可編輯控制屏并且可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)項(xiàng)目監(jiān)控，程序稍作修改就可以滿足用戶不同的控制要求，保證控制系統(tǒng)用電可靠性和穩(wěn)定性，有效保護(hù)蓄電池壽命及用電的安全性，并節(jié)約了成本，經(jīng)實(shí)踐使用客戶反應(yīng)較好。

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