基于自動化控制技術的電源車軟件設計

北京航天發射技術研究所 黃惠芬

基于自動化控制技術的電源車軟件設計

北京航天發射技術研究所 黃惠芬

為了提高裝備的現代化水平，提升產品的科技含量，某電源車采用自動化控制技術設計,提升了電源車自動化水平。

電源車；自動化控制

1.引言

某電源車包括發電機組，控制柜，配電柜和輸出配電盤等，采用雙機并聯或單機工作為其他設備提供合格的工頻電源。電源車一般都是手動操作，通過人工觀察儀表判斷發電機組及配套設備工作是否正常。為了提高裝備的自動化水平，某電源車采用自動化控制技術減輕操作手的工作強度和降低人工誤判率。

在自動控制領域，單片機、PLC承擔著重要角色，是實現控制功能的重要載體，單片機具有控制功能強大、體積小、生產成本低的優點，但開發試驗周期長，穩定性一般，當單片機系統發生故障時，軟硬件故障都較難查找，維護性較差。PLC具有故障率低，堅固耐用、在調試或查找故障時容易，可以通過狀態指示燈查找外圍電路的故障，編程簡單，開發周期短，通用性好，缺點是成本較高、體積相對較大[1]。基于該電源車的設計周期短，可靠性要求高的特點，決定采用PLC控制，實現電源車的全自動發電、供電及故障檢測。

2.軟件綜合概述

本軟件輸入/輸出有模擬量輸入信號、開關量輸入/輸出信號，軟件根據其輸入/輸出狀態實現過程控制和異常信號報警。

2.1 模擬量輸入信號

模擬量輸入信號主要是傳感器采集主回路的電壓、電流和頻率信號，PLC通過軟件分析比較，判斷發電機組工作是否正常，如果數值在設定的范圍內，說明工作正常；如果數值超標，則根據超標多少采取延時停機或立即停機。該電源車的模擬量輸入信號見表1。

表1 模擬量輸入信號

表1中模擬量輸入信號對應的16通道模擬量輸入模板的地址為PIW512～PIW522，PIW588～PIW602。模擬量輸入模板接收發電機組的電壓、電流和頻率傳感器輸出的4～20mA電流信號，經過A/D轉換，將信號變為PLC的CPU能直接處理的數字量信號[2]。

2.2 開關量輸入信號

開關量輸入信號見表2。

表2 開關量輸入信號

開關量輸入信號對應的32點數字量輸入模板地址為I0.0～I1.1。數字量輸入模板上I/O地址為1時，接受到輸入信號，其中手動/自動信號為1時，表示工作方式為手動方式。

2.3 開關量輸出信號

開關量輸出信號見表3。

表3 開關量輸出信號

開關量輸出信號對應的32點開關量輸出模板地址為Q0.0～Q3.4，開關量輸出模板驅動電源車的各種執行器件，如輸出繼電器、報警燈、蜂鳴器等。

2.4 軟件控制流程

電源車工作流程分為啟動機組、帶載、并聯、解列、故障檢測和停機幾個流程，這些流程既相互獨立又相互關聯。每個流程包含目的控制動作，如啟動機組。每個流程之間相互關聯,比如機組啟動成功后才能帶載。

圖1 電源車控制流程圖

2.5 軟件異常信號處理

軟件控制流程實時監測電源車的狀態信號，對于不同的危害情況分別給予警告提示、延時停機或立即停機處理。

在手動工作狀態下，為了確保任務的完成，當PLC監測到異常信號時，軟件只給出報警，由操作者根據任務的性質確定是否停機。

在自動工作狀態下，當PLC監測到機組輸出電壓過高或過低、負載過載及機組冷卻水溫過高時延時停機并聲光報警；當PLC監測到機組飛車或機油壓力低時則立即停機并聲光報警。

自動工作狀態的故障自動判讀減少了操作者的誤判率與工作強度，機組工作期間操作者不必總是盯著儀表進行數據分析。

表4 電源車控制硬件配置

3.電源車控制軟件設計

3.1 硬件組成

控制硬件選用西門子S7-400 PLC控制器，配置見表4。

3.2 軟件設計

控制軟件的開發平臺是西門子公司推出的STEP7 V5.5開發工具，具有硬件配置和參數設置、編程、測試和診斷等功能。能夠支持winxp SP2和SP3以及32位windows 7操作系統，以及支持win7 64位系統。電源車控制流程如圖1所示。

該軟件實現以下功能（以A機為例，B機組相同）：

a.機組獨立啟停：用電鎖開關啟動A機組，當轉速達到1500r/min時，延時5s，自動接通A機主回路接觸器，機組供電輸出；若按A機停機按鈕，斷開A機主回路接觸器，關閉A機供油油門，實現A機停機；

b.機組自動并聯：A機組正常帶載后，如負載超過80%機組額定值，將自動啟動B機組，雙機并聯工作。當雙機并聯負載低于20%機組滿載值，自動解裂B機組由A機單獨工作，B機空載運行1min后停機；

c.故障報警：當出現故障時，相應故障指示燈亮，蜂鳴器鳴叫5s。故障模式有：機組出現飛車時立即停機；機組工作時機油壓力低，立即停機；機組輸出電壓超過額定電壓10%，延時2s后停機；機組輸出電壓超過額定電壓5%，延時10s后停機；機組輸出電壓低于額定電壓10%，延時10s后停機；機組冷卻水溫過高延時30s停機。

機組并聯工作時，某機組有故障只停故障機，不影響其他機組的正常運行，如A機組有故障停A機，不影響B機組的正常工作，機組的并聯工作提高了電源車的可靠性。

4.軟件測試與驗證

某型號電源車交付用戶若干年來，各項功能、性能運行正常、可靠，軟件設計滿足用戶要求。

5.結論

該電源車采用PLC控制技術，提升自動化控制水平后，工作可靠，滿足使用要求，減輕了操作手的工作強度，避免了數據誤判，取得了較好的效果。

[1]靳新芳,王冬梅．MCU、PLC、PC、PAC 與現代工業控制的發展[J]．價值工程,2007(7)：105-108．

[2]趙莉華,黃念慈．PLC模擬量輸入模板使用體會[J]．機床器,1996(6)：34-35．

黃惠芬（1966—），女，工業電氣自動化專業，主要從事供配電產品和系統的研究工作。