醫院應急發電機組控制系統的PLC改造

王燕妮，趙大奇，李傳偉

1.威海市立醫院，山東 威海 264200；

2.泰安市中心醫院，山東 泰安 271000；

3.威海職業學院，山東 威海 264210

醫院應急發電機組控制系統的PLC改造

王燕妮1，趙大奇2，李傳偉3

1.威海市立醫院，山東 威海 264200；

2.泰安市中心醫院，山東 泰安 271000；

3.威海職業學院，山東 威海 264210

本文闡述了采用PLC控制系統對醫院應急發電機組控制系統進行改造的過程，介紹了采用PCL控制的醫院應急發電機組控制系統的硬件及軟件設計過程，改造后的醫院應急發電機組控制系統的穩定性、靈敏性和可靠性都有了明顯提高。

應急發電機組；PLC控制系統；停機保護

0 前言

為了降低醫療風險，保證服務質量，醫院一般都備有應急發電機組。我院使用的應急發電機組原先采用繼電控制系統控制，綜合性能較低。為了提高系統的可靠性、靈敏性和穩定性，我院（威海市立醫院）決定采用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）替代原來的繼電器控制發電機組，報道如下。

1 應急發電機組控制系統

我院使用的自動化應急發電機組是20～2000 kW柴油發動機組，柴油機為135系列，原先采用繼電控制系統控制。主要用途是在電網失電時，控制柴油機自行啟動和運行，應急發電，向急診室、手術室等重要科室供電[1-3]。

應急發電機組控制系統工作過程：主電網停電，自動發電系統啟動5 s，停止5 s；再啟動5 s，停止5 s，連續循環啟動3次，其中只要1次啟動成功，系統就會滿速運轉；系統具有啟動失敗報警功能，如果3次啟動都不成功，系統則會進行聲光報警。

控制系統具有自我保護功能，當柴油機水溫、潤滑油溫和壓力超過設定值時，保護系統會發出報警直至柴油機自動停機。當主電網恢復供電時，系統將會自動停機并恢復到預啟動狀態，為下一次重新啟動做好準備。

但繼電控制系統的可靠性、靈敏性和穩定性不足，故我院采用PLC控制系統對自動化應急發電機組控制系統進行改造。

2 PLC控制系統的設計思路

應急發電機組采用蓄電池啟動，柴油機點火運行即升至額定轉速，帶動發電機進行發電。本著節儉原則，通過對原控制系統工作原理進行分析，找出系統原來的檢測元件、執行機構、信號指示裝置等留用，通過分析各元件之間的邏輯關系，利用PLC對原控制系統進行改造。選用價格便宜、性能穩定的西門子S7-200系列PLC，利用西門子Step7編程軟件編寫應急發電機組的自動啟動、停止、自動合閘與分閘、故障報警等程序。

3 PLC控制系統的硬件設計

PLC控制系統主要由3部分組成：① 輸入部分，主要包括傳感部件，即現場檢測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，即各種執行機構和指示信號[4-6]。

3.1 PLC的選用及I/O地址的分配

PLC具有很強的抗干擾能力，軟件程序容易修改，硬件線路連接簡單，工作環境要求不高，具有很高的定時精度，便于構成友好的人機界面。通過分析應急發電機組的控制要求，系統需要13個輸入點，主要是各種傳感器轉換開關量；10個輸出點，也主要是開關量。選用的是西門子S7-200系列PLC-CPU226，具體輸入輸出地址分配，見表1。

3.2 硬件電路設計

根據應急發電機組的控制要求及運行特點，基于S7-200系列PLC及其控制硬件構建的自動控制系統電路圖，見圖1。

圖1 應急發電機組PLC控制系統電路圖

C1為應急發電機組電壓檢測接觸器，發電機產生電壓，則C1有電，所對應的常開觸點閉合，輸入點I1.1獲得信號；C2為用于檢測主電網是否有電的線圈，主電網失電，則C2失電，所對應的常開觸點斷開，PLC輸入點I1.0為0，則KM1線圈得電，KM1常開觸點閉合，開始啟動應急發電機組；C3是應急發電機組啟動接觸器；P1是油壓力傳感器，若運轉中應急發電機滑油低壓，PLC輸入點I0.4為1，系統將執行安全保護程序，同時油壓失壓指示燈亮，發出報警信號；P2是水壓力傳感器，若運轉中應急發電機冷卻水低壓，KM8線圈得電，PLC輸入點I0.5為高電平1，系統將執行安全保護程序；T1是冷卻水溫度傳感器，若運轉中應急發電機冷卻水高溫，PLC輸入點I0.7為高電平1，系統將執行安全保護程序，同時Q1.0有輸出，水溫過高指示燈亮；T2是油溫度傳感器，若運轉中應急發電機滑油高溫，KM7線圈得電，PLC輸入點I0.6為高電平1，油溫過高指示燈亮，發出報警信號，系統將執行安全保護程序；KM1～KM8都是中間繼電器。

4 PLC控制系統的軟件設計

應急發電機組PLC控制系統的程序主要有啟動控制程序、安全保護控制程序和停機控制程序。

4.1 啟動控制程序

程序啟動控制有3種方式：手動、自動和模擬運行，任一方式都允許3次重復啟動。應急發電機組啟動控制流程圖，見圖2。

圖2 應急發電機組啟動控制流程圖

（1）自動模式啟動控制流程。當系統接收到主電網失電信號，即C2線圈失電時，就會發出啟動信號，I1.0為1，KM1線圈得電，KM1線圈觸點閉合，啟動應急發電機組并發出交流電。根據控制要求，在5 s內發電機輸出380 V交流電，啟動接觸器C3獲電，主開關合閘向應急電網供電；同時監控報警系統投入工作，即5 s內啟動不成功則停止啟動信號5 s，然后再次啟動。間隔時間為10 s（共允許重復3次），30 s內如果還啟動不成功則終止啟動，發出啟動失敗報警信號。

（2）手動模式啟動控制流程。操作者通過接通手動按鈕發出啟動信號，發電機成功發出380 V交流電后手動合閘供電，其他控制過程和自動模式相同。

表1 PLC輸入/輸出地址分配

（3）模擬運行方式啟動控制流程。與手動、自動基本相同，只是不合閘對外供電，應急發電機組運行2 min后自動停止。

4.2 安全保護控制程序

為了保證系統穩定安全運行，系統軟件設有安全保護程序，具體功能是采集相應監測傳感器送到輸入點的報警信號（油壓失壓、水壓低、油溫高、水溫高等），經過程序運行，發出報警信號并進行停機保護。對于不會立即出現危險的故障，發出聲光報警信號，用來提示操作人員；對于可能會出現危險的故障，除了發出聲光報警信號，還會立即自動啟動停機保護。故障排除之后，需要操作停車復位開關才能重新啟動系統運行[7-8]。應急發電機組安全保護控制程序圖，見圖3。

圖3 應急發電機組安全保護控制程序圖

4.3 停機控制程序

應急發電機組在啟動失敗、主電網恢復供電等6種情況下應及時停機。自動啟動指令發出，5 s后發電機仍未正常工作，此時應停機5 s，繼而進行下一次啟動；如果系統連續啟動3次，仍未啟動成功，應徹底停機。當電網恢復正常供電，系統應進行2 s延時，以確定供電狀態恢復是否正常，而后KM5線圈得電，進行分閘控制，發電機系統延時空載運行1 min后正常停機。其他情況如模擬運行試驗啟動成功后，發電機運行2 min后停機；當冷卻水溫過高、柴油機滑油低壓時，系統運行延時1 s后停機；手動操作停止開關能立即停機。應急發電機組停機控制程序圖，見圖4。

圖4 應急發電機組停機控制程序圖

5 結語

將應急發電機組的原繼電器控制系統改造為PLC控制系統，有效地提高了系統的靈敏性、可靠性、穩定性，同時實現了自動運行和手動控制運行的按需切換，系統運行情況良好，實現了設計目的。

[1] 高樹柏．船舶應急發電機自動控制系統的研究[D]．大連:大連海事大學,2012:11．

[2] 龔世雄．醫院的應急電源系統配置方案淺析[J]．山西建筑, 2009,(34):187-188．

[3] 王云華．船舶應急發電機基于PLC的自動控制系統的設計[J]．航海技術,2010,(2):63-65．

[4] 章麗芙．PLC自動控制綜合實驗系統設計[D]．南京:東南大學,2006．

[5] 刁乃新．淺談對PLC自動控制系統可靠性的認識[J]．科苑論談,2009,(24):13．

[6] 郭東旻．降膜蒸發器的節約式PLC自動控制系統設計[D]．大連:大連理工大學,2013．

[7] 譚慧明．PLC自動控制在醫院污水處理系統中的應用[J]．微計算機信息(測控自動化),2004,(8):17-18．

[8] 舒宇．基于PLC的花卉溫室自動控制系統研究[D]．昆明:云南大學,2013．

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