PLC控制的直流發(fā)電機組自動監(jiān)控系統(tǒng)設計

摘要：根據廠礦企業(yè)的實際需要，本系統(tǒng)綜合運用西門子PLC S7-300，WinCC組態(tài)、工控機、全數字直流調速等裝置進行組合，對發(fā)電機組進行串并聯，實現發(fā)電機組的自動化運行，以達到提供工廠所需各種直流電源的目的。同時，系統(tǒng)能對供電過程進行實時監(jiān)控，減少系統(tǒng)的并聯環(huán)流量，提高發(fā)電機組工作的發(fā)電效率?，F場試驗結果表明，系統(tǒng)并聯環(huán)流明顯較少且能實現自動運行。
關鍵詞：全數字直流調速；直流發(fā)電機組；PLC S7-300；工控機；WinCC

0 引言
直流電機在現代工礦企業(yè)中有著廣泛的應用，并在不斷發(fā)展，與交流電機比較，直流電機具有良好的啟動性能和調速性能。隨著工業(yè)生產自動化程度的不斷提高，要求直流電機具有更高的動態(tài)特性，更大的過載能力，更寬的調速范圍，更低的轉動慣量，更高的可靠性，耐用性和主要經濟技術指標。而要使直流電機系統(tǒng)達到這些性能指標的必要條件是直流電機系統(tǒng)具有可靠，穩(wěn)定的直流電源。在工程設計中，往往需要在輸出功率一定的情況下得到大電流、小電壓或小電流、大電壓的穩(wěn)定直流電源。這就需要將2個或幾個大小相等的直流電源進行并聯或串聯，以得到所需要的直流電源。
本系統(tǒng)中，要求直流發(fā)電機組能提供不同的電壓和電流，這就要求對直流發(fā)電機組進行串、并聯，而并聯不可避免會出現環(huán)流，那么在系統(tǒng)中，消除環(huán)流是本系統(tǒng)的重要工作之一。PLC控制的直流發(fā)電機組自動監(jiān)控系統(tǒng)能達到發(fā)電機組在各種工作方式下的性能要求。系統(tǒng)可以根據實際的需要，自由選擇適當的工作方式，監(jiān)控系統(tǒng)的運行參數，減少環(huán)流，使它控制在可行的范圍內，以滿足系統(tǒng)的各項性能要求。

1 系統(tǒng)構成
1．1 系統(tǒng)框架
根據實際要求，系統(tǒng)采用圖1所示的系統(tǒng)架構圖進行設計。控制系統(tǒng)主要由工控機，PLC，全數字直流調速裝置(CUD1)，發(fā)電機組(同步機(G1，G2)，直流發(fā)電機(GA、GB))4部份組成。其中，GA-G1-GB為1#發(fā)電機組，GA-G2-GB為2#發(fā)電機組。工控機通過以太網監(jiān)控PLC的輸入／輸出數據，PLC控制直流調速裝置。直流調速裝置通過調節(jié)直流發(fā)電機的勵磁電流來控制直流發(fā)電機，以輸出所需要的電壓、電流，最后得到實際所需的直流電源。發(fā)電機的輸出數據(電樞電流、電樞電壓)反饋至PLC進行誤差分析，有效地實現了閉環(huán)控制。

1．2 直流發(fā)電機組并聯環(huán)流分析
兩臺參數一致的直流發(fā)電機并聯，當它們的輸出電壓相等時，并聯工作為最佳狀態(tài)，在這種情況下系統(tǒng)不會產生環(huán)流，并將穩(wěn)定運行。但實際系統(tǒng)中發(fā)電機由于制造工藝、材料等客觀原因，造成發(fā)電機參數存在差異，往往使得兩同軸發(fā)電機在相同勵磁電流下的靜態(tài)輸出電流并不相等，而是存在差異。圖2中將兩直流發(fā)電機等效為兩直流電源，其感應電動勢分別為E1，E2，其內阻分別為R1，R2，其并聯輸出電流為Io，并聯輸出電壓為Uo。這里設定E1大于E2形成環(huán)流Is，并對電路進行分析。單個發(fā)電機的輸出電流由負載分量和環(huán)流分量組成，將負載分量定義為Io。
對電路進行分析，可得以下關系：根據基爾霍夫電壓、電流定律，得：

式中：E為感應電動勢；Ce為電動勢常數；n為轉速；φ為磁通；Kf為比例常數；If為勵磁電流。