基于青智8961F2的計算機控制500kW柴油發電機組負載測試系統

常州劉國鈞高等職業技術學校 虞益龍 何乙琦

基于青智8961F2的計算機控制500kW柴油發電機組負載測試系統

常州劉國鈞高等職業技術學校 虞益龍 何乙琦

本文主要介紹基于青智8961F2的500 kW 柴油發電機組負載測試系統的結構,闡述了其軟件和硬件的組成與特點。負載測試系統是一項系統集成工程,它可將客戶的待測發電機組、負載測試設備、電氣傳動系統、數據采集系統等高效的連接在一起,通過智能、自動的軟件控制,實現多工位、多電壓等級發電機組的快速測試,極大節約了人力成本,提高了測試效率,減少維護升級的費用和難度。試驗表明,負載測試系統界面友好,性能穩定,有良好的實時性和測量精度,能很好地解決柴油發電機組的調試與試驗問題。

工控機;PLC 控制器 ;柴油發電機;測試系統;青智8961F2

0 引言

停電后的應急備用電源有諸多,一般使用的是發電機組,故而發電機組多數的時間都是處于待機狀態。所以一旦停電,或者市電發生了故障,備用的柴油發電機組就起到了至關重要作用,它在保證安全的同時保障用電,以此防止因停電而造成巨大的損失。然而,經常出現的情況是:只有當供電發生故障后才有可能發現柴油發電機組的性能出現了問題。因此為了避免事故的發生,建立完善的柴油發電機組檢測和維護規程,加強日常柴油發電機組的檢測和維護,定時規范的對柴油發電機組進行保養、檢測和維護就顯得尤為重要。為此,研制一種性能先進的500 kW 柴油發電機組負載測試系統就勢在必行。

1 測試系統結構

柴油發電機組測試系統由柴油發電機、負載測試控制柜、外設(打印機)等組成。其中,網絡負載、發電機組專用測試儀、控制面板、工控PC機以及西門子PLC控制器、交流接觸器和外設(打印機)構成了負載測試控制柜,如圖1所示。

圖1 柴油發電機組負載測試系統結構框圖

2 硬件

2.1 傳感器

傳感器采用青智儀表8961F2發電機專用測量儀,這種測量儀具有多種功能:測量發電機穩態三相電壓、電流、無功功率、有功功率、視在功率、功率因數、頻率、運行時間等基本功能,還具有諧波分析功能,能同時分析電壓、電流,2～50次諧波含量以及總諧波含量;電能累計功能;發電機整定測試、波動測試、瞬態測試(負載突加、負載突卸)功能,能自動測試負載突變時電壓最大、最小值,電流最大、最小值,頻率最大、最小值,以及恢復時間;并且具有強大的電壓波形記錄功能,再配有光電隔離RS485/RS232串口通訊功能,一臺計算機可以與32臺儀表同時通訊,串口功能強大,不僅可以測量所有穩態參數,還能測量突加、突卸、電壓、電流、頻率曲線,及電壓、電流諧波曲線及諧波含量。與上位計算機配合使用,一臺8961F2發電機專用測試儀基本上可以將發電機所有的電參數測量完成。

專用測試儀功能表如表1所示。

2.2 PLC控制器

系統選用了西門子S7-200PLC,這是一種具有通訊功能和較高生產能力的可編程控制器,該控制器特別緊湊,且具有較快的運行速度,硬件和軟件操作簡單,能夠為自動化設備提供有效和經濟的解決方案。S7-200PLC被廣泛應用于單機、網絡以及分布配置中更復雜的自動化任務,具有較高的應用價值。S7-200PLC可編程控制器由CPU、擴展單元、編程器、程序存儲卡、寫入器、文本顯示器構成。在S7-200PLC的文本顯示器上不僅可以用于顯示設備的運行信息,還能夠作為控制單元對某個量的數值進行修改,或直接設置輸入和輸出量。

表1 8961F2發電機專用測試儀功能表

它強大的性能能夠實現模塊化的最優化和開放式通訊,由于S7-200PLC結構緊湊小巧,因此能夠安裝應用于很多狹小的空間中。S7-200PLC功能強大,不僅具有可編程控制器的基本功能,還具有很多有應用價值的高級拓展功能。另外,S7-200PLC可編程控制器的程序和數據存儲器容量較大,這也為S7-200PLC較快的程序響應速度打下了基礎。S7-200PLC在數控車床中的應用,能夠極大的提升控制質量、效率和安全性。S7-200PLC最突出的特點就是具有即時響應性能,該可編程控制器集合了R-S485接口,并為系統總線使用,其極為快速和精確的操作順序和過程控制,更是提升了其應用價值。這種可編程控制器還能夠通過時間中斷完整控制對時間要求嚴格的流程,這一功能使其在某些領域的應用價值倍增。

3 軟件

3.1 計算機編程

驅動程序軟件采用組織對應與模塊設計方法,主要提供菜單操作、數據接收、動態顯示、通信處理、圖表打印等函數。

數據接收函數 Os_receive()主要解決計算機接收來自各傳感器的外部數據,其流程圖如圖2所示。

圖2 測試程數據接收函數流程圖

動態顯示函數Os_display() 的主要功能是在顯示屏上根據采樣時間以曲線圖形的方式顯示各項測試參數,其流程圖如圖3 所示,測試程序用戶軟件界面如圖4 所示,突加電壓、電流、頻率動態顯示曲線圖如圖5所示。

圖3 動態顯示函數流程圖

圖4 測試程序用戶軟件界面

圖5 突加電壓、電流、頻率動態顯示曲線圖

3.2 數據通信

在本系統中,將RS485總線作為工控機與外部傳感器數據采集模塊、信號放大處理模塊信息互傳的交流平臺,工控機與PLC控制器、青智8961F2儀表、綜合電量表ZW3433C之間通過RS232/RS485轉換模塊進行數據交流。

工控機對接收的數據按程序流程進行自動處理并發送控制信號,實現對柴油發電機組及附屬系統的自動監控,在抗干擾方面采用數字式濾波、光電隔離等技術,同時選用抗干擾性能好的工控機,使系統具有更好的抗干擾性。

4 系統主要功能和技術指標

4.1 功能及特點

①優越的操控性。負載箱為手動/自動控制。操作者可以通過手動旋鈕,調整負載投入容量,從而大大提高了工作效率。②靈活的擴展性。系統具有靈活的可擴展性,方便日后的臺位、功率增加,保護現有投資;負載箱可并聯使用,操作方便可靠。③高可靠的穩定性。電阻管是獨自研發定型的溫度系數低,低阻抗的電阻管。材料選用的是耐鹽霧耐酸堿的合金鋼管和不銹鋼散熱片材料,因而可以保證產品的質量和長期連續工作性能。④加卸載測試時精度±3%,精度高優于其它阻性負載。⑤負載的風機啟動及安全保護功能。

4.2 保護控制功能

保護控制功能如下:①故障報警指示。②具有風量傳感器,當測試時風量不足自動脫載保護。③風機故障報警,只有風機開啟并且風量達到要求后才能進行加減載控制。④短路過電流保護。⑤負載箱內高溫報警。

4.3 主要技術參數

主要技術參數如表2所示。

表2 主要技術參數

4.4 執行標準

①國標標準:ISO 8528-5:1993 《往復式內燃交流發電機第5 部分:發電機組》

②國家標準:GB/T 2820.6-1997 《往復式內燃交流發電機第6部分:試驗方法》

③國家標準:GB11022 高壓開關設備通用技術條件

④國家標準:GB7251.1-2005 低壓成套開關設備和控制部分

⑤國家標準:GB/T2681-1981 電工成套裝置中導線的顏色

⑥國家標準:GJB235A-97 軍用交流移動負載通用規范

⑦國家標準:GB5959.4-2008 電熱裝置的安全

5 結語

該負載測試系統目前已開發完成,它通過對柴油發電機組試驗過程的程序化控制,實現了柴油發電機組的啟動性能;高、低速運行性能;負載性能;穩態、瞬態性能等的有效檢測,在實際應用中取得了非常好的效果。

[1]鄔寬明。現場總線技術應用選編[M]。北京: 航空航天大學出版社,2003.

[2]GB/T 13032 - 2010,船用柴油發電機組通用技術條件[S]。

[3]GB/T 2820 - 2009,往復式內燃機驅動的交流發電機組[S]。

[4]劉小華。發電機組試驗臺的研制[J]。航天工藝,1999(6):28-31.

[5]肖峻,湯春球,莫易敏等。干阻試驗臺PWM控制系統的研究[J]。內燃機車,2002(11):13-15.

虞益龍,常州劉國鈞高等職業技術學校講師,研究方向:自動控制。

何乙琦,常州劉國鈞高等職業技術學校講師,研究方向:電子電工。