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案例頻道1． 前言
在船舶自動(dòng)化電站中，為了保證電網(wǎng)供電的連續(xù)性與可靠性，發(fā)電機(jī)組具有自動(dòng)起動(dòng)并投入電網(wǎng)的功能。在機(jī)組起動(dòng)過(guò)程中，控制系統(tǒng)要判斷機(jī)組是否已經(jīng)起動(dòng)成功，船舶電站發(fā)電機(jī)組的原動(dòng)機(jī)一般為柴油機(jī)，其起動(dòng)成功與否的判別是檢測(cè)機(jī)組轉(zhuǎn)速是否超過(guò)了設(shè)定的點(diǎn)火轉(zhuǎn)速，若機(jī)組轉(zhuǎn)速超過(guò)了設(shè)定的點(diǎn)火轉(zhuǎn)速則判定起動(dòng)成功，否則就是不成功。
在船舶電站控制系統(tǒng)中，對(duì)于點(diǎn)火轉(zhuǎn)速的檢測(cè)，為方便起見，大多用開關(guān)量來(lái)表示，即轉(zhuǎn)速大于點(diǎn)火轉(zhuǎn)速時(shí)為“1”信號(hào)，否則為“0”信號(hào)。
為了取得轉(zhuǎn)速信號(hào)，通常的方法是在機(jī)組上安裝測(cè)速發(fā)電機(jī)或光電、磁電發(fā)訊裝置，上述裝置檢測(cè)到的信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換電路輸出與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速成比例的直流電壓信號(hào)，再加到電壓比較電路來(lái)得到點(diǎn)火轉(zhuǎn)速的開關(guān)量信號(hào)。
不論采用測(cè)速發(fā)電機(jī)或其它測(cè)速裝置都需要在柴油發(fā)電機(jī)組主軸上安裝附加設(shè)備，這對(duì)于新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品可以通盤考慮，但對(duì)于通用性的定型柴油機(jī)改裝比較困難，并增加了系統(tǒng)成本，而且需要增加與控制設(shè)備相配套的接口電路，這給電路的設(shè)計(jì)帶來(lái)麻煩。另外，過(guò)多的附加裝置及硬件電路也降低了系統(tǒng)的可靠性。為了解決上述問(wèn)題，本文介紹了一種用于可編程序控制器控制的自動(dòng)化電站測(cè)取機(jī)組點(diǎn)火轉(zhuǎn)速的方法，即通過(guò)PLC軟件編程來(lái)測(cè)取機(jī)組的點(diǎn)火轉(zhuǎn)速。
2． 測(cè)速原理
發(fā)電機(jī)電壓頻率與原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速間有下述關(guān)系：
發(fā)電機(jī)電壓頻率與原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速間有下述關(guān)系：
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f ＝ｎP/60， 則 n=60f/P
式中 P ：發(fā)電機(jī)電樞繞組極對(duì)數(shù)
n ：原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）
因此柴油發(fā)電機(jī)組起動(dòng)與運(yùn)行時(shí)可通過(guò)測(cè)量發(fā)電機(jī)剩磁電壓及建壓后電源電壓的頻率來(lái)得到柴油機(jī)組的轉(zhuǎn)速。
3. 軟件測(cè)速的信號(hào)采集 |
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本文中點(diǎn)火轉(zhuǎn)速檢測(cè)的方法是通過(guò)軟件編程測(cè)量發(fā)電機(jī)剩磁電壓的周期來(lái)實(shí)現(xiàn)的。采用軟件測(cè)速，不需要在發(fā)電機(jī)組上安裝轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置，其信號(hào)采集的硬件電路也比較簡(jiǎn)單。軟件測(cè)速信號(hào)采集的硬件電路如圖1所示。電壓互感器檢測(cè)的發(fā)電機(jī)交變的剩磁電壓信號(hào)送到圖中A、B兩端，在信號(hào)處理板上通過(guò)過(guò)零比較器整形成同頻率的矩形波脈沖信號(hào)，此脈沖信號(hào)連接到PLC的開關(guān)量輸入接口，作為測(cè)速脈沖。 |
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4. 軟件測(cè)速的實(shí)現(xiàn)
可編程序控制器是按掃描方式工作的，實(shí)驗(yàn)證明，PLC在穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中，其掃描周期基本保持不變，因此可以用機(jī)組起動(dòng)程序執(zhí)行期間的PLC掃描周期作為測(cè)量剩磁電壓周期的計(jì)時(shí)單位，即通過(guò)測(cè)量發(fā)電機(jī)剩磁電壓一個(gè)周期所經(jīng)過(guò)的PLC掃描周期數(shù)來(lái)測(cè)得機(jī)組的轉(zhuǎn)速，以取得點(diǎn)火轉(zhuǎn)速信號(hào)。軟件測(cè)速的流程如圖2所示。
流程圖中UF為測(cè)速脈沖，C0、C1為測(cè)速用的計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)脈沖每2個(gè)PLC掃描周期產(chǎn)生一次上升沿，即測(cè)速脈沖為高電平時(shí)，每2個(gè)PLC掃描周期C0加1計(jì)數(shù)，在測(cè)速脈沖為低電平時(shí)，每2個(gè)PLC掃描周期C1加1計(jì)數(shù)。顯然，機(jī)組轉(zhuǎn)速越高，在每個(gè)測(cè)速脈沖周期，計(jì)數(shù)器所能加到的最大值越小，當(dāng)小到一定數(shù)值A(chǔ)時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到點(diǎn)火轉(zhuǎn)速，即機(jī)組起動(dòng)成功。 5. 軟件測(cè)速程序?qū)嵗?/DIV>
下面是上述軟件測(cè)速方法在西門子S7-300PLC中用指令語(yǔ)句編程的實(shí)例。
A "測(cè)速"
FP M 0.2
= M 0.3
A M 0.3
JCN m001
L MB 1
INC 1
T MB 1
m001: A M 1.1
FN M 0.4
= M 0.5
A M 1.1
FP M 8.4
= M 8.5
AN M 0.6
= M 0.6
A M 8.5
L C#0
S C 0 A M 1.1
A M 0.6
CU C 0
L C 0
L DB1.DBW 4
<=I
AN M 1.1
= M 8.6
A M 0.5
L C#0
S C 1
A M 0.6
AN M 1.1
CU C 1
L C 1
L DB1.DBW 4
<=I
A M 1.1
= M 8.7
O M 8.6
O M 8.7
= M 2.0
BE
在程序中，"測(cè)速"為符號(hào)地址，是來(lái)自信號(hào)處理板的發(fā)電機(jī)剩磁電壓脈沖信號(hào)，連接于PLC的開關(guān)量輸入接口；存儲(chǔ)位M2.0為點(diǎn)火轉(zhuǎn)速標(biāo)志位，若機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到點(diǎn)火轉(zhuǎn)速，M2.0為“1”，否則M2.0為“0”。為了提高測(cè)量的精度，在程序設(shè)計(jì)中，對(duì)來(lái)自信號(hào)處理板的發(fā)電機(jī)剩磁電壓脈沖信號(hào)進(jìn)行了分頻處理，以M1.1位作為測(cè)速脈沖，其狀態(tài)的變化頻率為發(fā)電機(jī)剩磁電壓頻率的1/4。存儲(chǔ)位M0.6為計(jì)數(shù)脈沖，其狀態(tài)每一個(gè)PLC掃描周期翻轉(zhuǎn)一次，則每2個(gè)PLC掃描周期產(chǎn)生一次計(jì)數(shù)脈沖。機(jī)組點(diǎn)火轉(zhuǎn)速的比較限值存儲(chǔ)在共享數(shù)據(jù)塊DB1中，存儲(chǔ)地址為DBW4，此數(shù)值要根據(jù)不同的原動(dòng)機(jī)類型和所測(cè)得的PLC平均掃描周期適當(dāng)設(shè)定。若在測(cè)速程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)發(fā)電機(jī)剩磁電壓脈沖進(jìn)行四分頻，則確定點(diǎn)火轉(zhuǎn)速比較限制A的計(jì)算方法為：
式中 P ：發(fā)電機(jī)電樞繞組極對(duì)數(shù) nf ：設(shè)定的原動(dòng)機(jī)點(diǎn)火轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）
Tj ：計(jì)數(shù)脈沖周期（ms），為2個(gè)PLC的平均掃描周期
根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，對(duì)上述程序進(jìn)行適當(dāng)修改，也可同時(shí)獲得發(fā)電機(jī)組停機(jī)轉(zhuǎn)速和超速信號(hào)。
6. PLC掃描周期的測(cè)取
上述點(diǎn)火轉(zhuǎn)速的檢測(cè)方法是以PLC平均掃描周期作為計(jì)時(shí)單位，要根據(jù)PLC平均掃描周期來(lái)確定比較限值A(chǔ)。PLC平均掃描周期可在運(yùn)行測(cè)試中測(cè)取，如在西門子S7-300PLC中，在“ONLINE”狀態(tài)打開SIMATIC管理器窗口，點(diǎn)擊PLC>Module Information>Scan Cycle Time，即可顯示PLC掃描周期設(shè)置及實(shí)際掃描周期信息如圖3所示。 |
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7.結(jié)論
采用軟件測(cè)速，不需要附加測(cè)速裝置，系統(tǒng)改裝方便且成本低，硬件電路簡(jiǎn)單，可靠性高。此測(cè)速方法已在我院電站實(shí)訓(xùn)室自動(dòng)化電站中得到應(yīng)用，經(jīng)試用證明，此測(cè)速方法簡(jiǎn)單有效且運(yùn)行可靠。
參考文獻(xiàn)
［1］ 姜錦范，《船舶電站及自動(dòng)化》，大連海事大學(xué)出版社，2004年12月
［2］ SIEMENS《Statement List (STL) for S7-300 and S7-400 Programming Reference Manual》2002.12
［3］ SIEMENS , 《SIMATIC Programming with STEP 7 V5.2 Manual》2002.12 |
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北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)