PLC控制的直流發電機組自動監控系統設計

摘要：根據廠礦企業的實際需要，本系統綜合運用西門子PLC S7-300，WinCC組態、工控機、全數字直流調速等裝置進行組合，對發電機組進行串并聯，實現發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，系統能對供電過程進行實時監控，減少系統的并聯環流量，提高發電機組工作的發電效率。現場試驗結果表明，系統并聯環流明顯較少且能實現自動運行。
關鍵詞：全數字直流調速；直流發電機組；PLC S7-300；工控機；WinCC

0 引言
直流電機在現代工礦企業中有著廣泛的應用，并在不斷發展，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達到這些性能指標的必要條件是直流電機系統具有可靠，穩定的直流電源。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。
本系統中，要求直流發電機組能提供不同的電壓和電流，這就要求對直流發電機組進行串、并聯，而并聯不可避免會出現環流，那么在系統中，消除環流是本系統的重要工作之一。PLC控制的直流發電機組自動監控系統能達到發電機組在各種工作方式下的性能要求。系統可以根據實際的需要，自由選擇適當的工作方式，監控系統的運行參數，減少環流，使它控制在可行的范圍內，以滿足系統的各項性能要求。

1 系統構成
1．1 系統框架
根據實際要求，系統采用圖1所示的系統架構圖進行設計。控制系統主要由工控機，PLC，全數字直流調速裝置(CUD1)，發電機組(同步機(G1，G2)，直流發電機(GA、GB))4部份組成。其中，GA-G1-GB為1#發電機組，GA-G2-GB為2#發電機組。工控機通過以太網監控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直流發電機的勵磁電流來控制直流發電機，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，有效地實現了閉環控制。

1．2 直流發電機組并聯環流分析
兩臺參數一致的直流發電機并聯，當它們的輸出電壓相等時，并聯工作為最佳狀態，在這種情況下系統不會產生環流，并將穩定運行。但實際系統中發電機由于制造工藝、材料等客觀原因，造成發電機參數存在差異，往往使得兩同軸發電機在相同勵磁電流下的靜態輸出電流并不相等，而是存在差異。圖2中將兩直流發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形成環流Is，并對電路進行分析。單個發電機的輸出電流由負載分量和環流分量組成，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。