◇蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王熙雛

華中師范大學(xué) 劉家晟

本文論述了一種空調(diào)測試臺電源控制系統(tǒng)的設(shè)計，通過分析系統(tǒng)的操作要求，對系統(tǒng)進行硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，采用PLC集中控制，實現(xiàn)電壓分檔可選、電壓可調(diào)，從而啟動及運行規(guī)定電壓及容量的壓縮機。通過實際應(yīng)用，設(shè)計的系統(tǒng)運行可靠，滿足客戶需求。

空調(diào)測試臺電源是為被測機組提供測試用電源，用于啟動及運行規(guī)定電壓及容量的壓縮機。本文根據(jù)某空調(diào)測試臺電源控制系統(tǒng)所要達到的操作要求進行分析，根據(jù)分析結(jié)果來進行硬件與軟件設(shè)計，從而使系統(tǒng)達到保護、緊急停止、聯(lián)鎖等功能，同時也實現(xiàn)了電壓分檔可選、電壓可調(diào)。

1 電源系統(tǒng)

1.1 電源系統(tǒng)主回路的技術(shù)參數(shù)及要求

電源系統(tǒng)主回路的技術(shù)參數(shù)及要求如表1所示。

表1 主回路的技術(shù)參數(shù)及要求

1.2 電源系統(tǒng)分析

電源系統(tǒng)主回路如圖1所示，以10-11KVA電壓系統(tǒng)控制為例，①操作“10kV-11kV 高壓柜1斷路器合閘”按鈕，該回路的電壓顯示表就會有顯示，同時顯示屏也有電壓顯示，顯示的電壓小于選擇的電壓，因為系統(tǒng)停止后調(diào)壓器會自動復(fù)位。②操作“調(diào)壓器升壓”，“調(diào)壓器降壓”按鈕，調(diào)節(jié)調(diào)壓器的輸出電壓，使系統(tǒng)電壓輸出達到被測試系統(tǒng)的電壓要求。③操作“高壓柜4斷路器合閘”，被測系統(tǒng)得電，同時確認電源系統(tǒng)正常。

圖1 電源系統(tǒng)主回路

所有電源系統(tǒng)斷電，每個相應(yīng)的電源系統(tǒng)都設(shè)置了“輸出停止”按鈕，操作停止按鈕該電壓系統(tǒng)回路中的斷路器逐個分斷，直至負荷柜II斷路器VD4分閘，所有斷路器分閘間隔時間三秒。系統(tǒng)在低壓柜1-I上和集中控制柜設(shè)置緊急按鈕，操作急停按鈕系統(tǒng)中所有斷路器同時分閘。

3-4160kV、6-6.6kV、380-600V電壓系統(tǒng)控制這里不再贅述。

1.3 操作系統(tǒng)

本操作系統(tǒng)具有就地獨立操作及遠程操作二種操作方法。二種操作系統(tǒng)通過互相聯(lián)鎖，使操作系統(tǒng)操作穩(wěn)定、可靠、靈活、簡便。一般情況下，采用遠程操作方式（在控制室集中控制柜上操作），一旦該操作方式出現(xiàn)故障則可采用就地獨立操作，這樣可不影響正常生產(chǎn)，以確保生產(chǎn)的正常性。

遠程操作方式是采用PLC集中控制，操作方式的特點是安全、靈活、方便。遠程操作方式如下所示。①用戶先根據(jù)本系統(tǒng)操作說明，在集中控制柜上選擇相應(yīng)的電壓，接著逐級點擊該電壓等級下的相應(yīng)按鈕吸合相應(yīng)的斷路器，在PLC控制下，已經(jīng)做好低壓、中壓、高壓開關(guān)柜的聯(lián)鎖，某一種電壓等級被選中后，其他電壓等級的開關(guān)柜被鎖定無法吸合，用戶如有誤操作的情況，系統(tǒng)也會自動拒絕。②在集中控制柜上通過電壓調(diào)節(jié)按鈕和數(shù)顯電壓表，升降微調(diào)電壓以達到所需的輸出電壓，當條件滿足時用戶可進行下一步操作輸出電壓到使用方啟動柜。③使用完畢以后，用戶可通過關(guān)閉斷路器而使用整個系統(tǒng)的供電全部切斷，即使再想使用這一等級的電壓也需再按操作步驟1、2重新送電。

就地操作方式是在遠程操作發(fā)生故障時采用的應(yīng)急方式，在開關(guān)柜本體進行操作，這個方式的特點是安全可靠。每個開關(guān)柜設(shè)有就地/遠程轉(zhuǎn)換按鈕，使就地操作和遠程操作不會沖突。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 集中控制柜

遠程操作方式是在集中控制柜上操作，現(xiàn)主要來分析集中控制柜。

如圖2所示，客戶220V的電壓通過斷路器1QF1，通過變壓器T1的變壓有220V轉(zhuǎn)換為110V電壓經(jīng)過斷路器1QF2后為濾波器，PLC，頻率表及電壓顯示表提供電源。110V電壓進過濾波器的濾波再經(jīng)過直流電源裝置為觸摸屏提供24V的直流電壓。

圖2 集中控制柜主回路

高壓負荷柜配備電壓互感器把380V的電壓轉(zhuǎn)換為100V的電壓信號，進線頻率表采集0～100V電壓信號，在表盤上顯示出進線端的頻率。在高壓負荷柜加3個電壓表（量程12000V），AB、BC、CA相間，加一個4-20mA變送器，電壓顯示表即可顯示出進線電壓，同時把此時電壓信號轉(zhuǎn)換成PLC的模擬信號輸入到PLC的輸入模塊。

當不同的等級的電壓輸出時，電壓顯示表此時都會顯示，同時PLC接收輸入的模擬量時，PLC經(jīng)過處理，與其相連的觸摸屏?xí)鄳?yīng)的顯示出此時的電壓等級。

2.2 PLC模塊

本測試臺的控制部分主要通過PLC來實現(xiàn)，PLC共包括CPU216（I0.0-I2.7 Q0.0-Q1.7），EM221 CN（I3.0-14.7），EM221 CN（15.0-I6.7）EM221 CN（18.0-I8.7）3個數(shù)字量輸入模塊，EM223 CN（I7.0-I7.7/Q2.0-Q2.7）一個數(shù)字量輸入、輸出混合模塊，EM221 CN（Q3.0-Q3.7）一個數(shù)字量輸出模塊，EM231 CN（AI0-AI3）EM231 CN（AI4-AI7）2個模擬量輸入模塊，如圖3所示。

圖3 PLC模塊

CPU216輸入信號為按鈕SB1-SB24的開關(guān)信號，EM221-2（I5.0-I6.7）16點數(shù)字輸入及EM223、221-3，主要是高壓柜7，低壓柜斷路器1、2，負荷柜1，低壓柜2分閘，合閘位置信號，油浸調(diào)壓器升壓及降壓，干變1、2高溫報警跳閘，低壓柜1-1故障跳閘報警，低壓柜1-1故障跳閘報警。

M231-1、EM231-2模擬量輸入，是來自各個控制柜進線電壓及進線電流，通過顯示儀表采集的4-20mA的輸入信號。

EM222 8點數(shù)字量輸出，主要是負荷柜1的分閘動作的繼電器線圈的輸出。

3 PLC程序設(shè)計

遠程操作都是通過PLC集中控制來實現(xiàn)的，根據(jù)系統(tǒng)控制要求以及PLC控制電路設(shè)置來設(shè)計控制程序?，F(xiàn)就保護控制、聯(lián)鎖控制、模擬量轉(zhuǎn)換這幾段程序來進行分析。

3.1 保護控制

線路上的斷路器應(yīng)具有以下保護功能：短路保護、過載保護、缺相保護。另外集中控制臺有緊急停止按鈕，在緊急情況下按下緊急停止按鈕，整套系統(tǒng)主回路立即斷開，以保護在緊急狀況下人身和設(shè)備的安全，其PLC程序如圖4所示。

圖4 緊急停止程序段

3.2 聯(lián)鎖控制

當某一等級電壓輸出時，其余電壓等級一律鎖定，不能操作，以保證輸出電壓等級的正確性和唯一性；每臺高壓開關(guān)柜，當箱柜體門打開時，該柜應(yīng)立即斷電；每種操作方式之間相互聯(lián)鎖，使各種操作系統(tǒng)在使用中互不干擾。其PLC程序如圖5所示。

圖5 聯(lián)鎖控制程序段

3.3 模擬量轉(zhuǎn)換

PLC接受模擬量后，經(jīng)過處理，實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，觸摸屏上會顯示電壓值，以高壓柜5進線電壓為例進行分析，其程序如圖6所示。

圖6 模擬量處理程序段

在西門子中，整型數(shù)據(jù)不能直接被轉(zhuǎn)換成浮點數(shù)，因此必須經(jīng)過以下步驟轉(zhuǎn)換。首先高壓柜5進線電壓數(shù)據(jù)以DINT數(shù)據(jù)類型被存放入到VD8中，然后為了提升計算精度，使用DI_R將VD8中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成浮點數(shù)，相對于0～20mA的信號，西門子S7-200的采集數(shù)據(jù)是0～32000，即每mA對應(yīng)的數(shù)據(jù)為1600，因此相對于本系統(tǒng)采集的信號4～20mA，西門子S7-200的采集數(shù)據(jù)就是6400～32000。因此，4～20mA對應(yīng)的輸入范圍為32000-6400=25600，所以輸入值需要除以（DIV_R）25600才能得到其占用整個范圍的百分比，西門子200是通過坐標移動來進行4～20mA的信號采集，西門子200本來所對應(yīng)的采集信號為0～20mA，那么4mA所占據(jù)的范圍為4/16=0.25，也就是4～20mA所占據(jù)的量程范圍為0.25～1，因此要將輸入值-0.25來完成坐標的移動。VD20-0.25后再乘以（MUL_R）10000，就得到了0-10000之間的電壓值。

由此可見，PLC程序通過線性變換將輸入的模擬量信號對應(yīng)的6400-32000之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成0-10000之間的電壓數(shù)據(jù)輸出，觸摸屏就會顯示相對應(yīng)的電壓。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)具備保護、聯(lián)鎖、報警、顯示功能，通過集中控制柜中的設(shè)置和觸摸屏的使用為整個系統(tǒng)的各個控制柜提供相應(yīng)的高、中、低電源。實際應(yīng)用表明，系統(tǒng)運行可靠、操作穩(wěn)定，符合客戶要求，具有可行性。