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引言

柴油發電機組在應急供電、遠離電力網的海島礦山供電中廣泛應用，對供電系統基本要求是提供穩頻穩壓的電源;柴油發電機組自動化控制特別是多機并列運行機組有其自身特點，因為柴油發電系統容量小，對機組調速器的調整改變的不僅是有功還可能影響系統頻率，對機組勵磁的調整改變的不僅是無功還可能影響系統電壓。在機組的自動化控制方面，已經有一些專用核心控制器在應用，如丹麥DEIF公司的GPC很早就我國在船舶電站中應用;國內也有公司開發出類似控制裝置，但主要還是以多個控制模塊組合控制為主，如并車模塊、負載分配模塊等; 本文探討一種采用PLC為核心控制器和其它電氣設計人員熟悉的元件組成的多臺柴油發電機組控制系統，可大大提高系統的可靠性和可維護性，且控制方式靈活。

一、典型應用系統方案

某典型應急供電系統含三臺發電機組，QF1～3為機組開關，QF4為機組總供電開關，QF5為市電開關，QF6為負載開關。PLC1～3為機組控制元件;ME1～3電力綜合儀表為機組電量監視元件，提供機組過電流、逆功率等保護功能;PLC4為公用控制元件，上位監控采用1臺觸摸屏即可。

公用PLC可完成QF4、QF5的位置監控、公用起動條件監視、起停順序管理、發出各機組起停命令信號、接受機組起動阻塞信號等，甚至還可以進行大負荷投入的閉鎖控制、公用蓄電池管理等。機組控制PLC主要執行機組起動控制、并列元件自動投退、功率分配、機組解列控制等主要控制工作。

對柴油發電機組起停控制、開關閉鎖等一些時序控制與邏輯控制，本文不多介紹，重點討論機組頻載控制;當然還應該提到另外兩個重要控制元件，電子調速器與并車模塊。并車模塊與其它發電廠所用的自動準同期裝置在原理、功能、接線方式上并**致，主要區別在于自動準同期裝置所加電壓信號來自電壓互感器，為交流100V;而柴油發電機組的并車模塊可以直接接入交流380V電壓信號。 電子調速器實際就是一個速度閉環控制模塊，單機運行中對**頻率穩定，在機組并列運行中，就應該用到droop功能，即下降曲線控制方式，另外為了減少因為下降曲線控制帶來的頻率降和實現功率分配，輔助控制電壓(AUX)的重要作用就體現出來了，本文所述PLC控制，就是將PLC產生的控制信號作用于輔助控制端而實現的。

二、機組并列運行的頻載控制方式和PLC控制探討

機組能夠穩定并列運行的一個基本要求是對轉速頻率控制、電壓無功控制采用有差調節， 其實這兩項控制的模式完全一致;為了實現有差調節，頻率閉環控制系統的反饋量疊加有功功率分量K· Pf，圖2就是一個頻率有差調節的框圖， k>0的情況下，控制結果為下降曲線，見圖3所示;顯而易見，曲線3的功率疊加系數大于曲線1的功率跌加系數，所以下垂更加明顯;如果k=0，則轉變為恒頻控制，適合單機運行;設將頻率返回量乘以系數二，則電機頻率(轉速)為設定值的一半，就可以實現機組怠速運行; 以上所述就是電子調速器的基本原理。如果要對電壓無功進行有差調節，只是將頻率改為電壓，將有功改為無功，由于柴電機組勵磁多采用相復勵不可控勵磁，可以通過多種均壓線方式進行無功分配，且電壓穩定，這里不做過多論述。

柴電機組并列運行的頻載控制方式主要有以下幾種：①全部采用下降曲線，②功率均分或按比例分配，③主調電機法，即設一臺調頻機組，其它機組采用固定功率控制。下面試探討論采用PLC的PID控制、高速計數、模擬量采集和模擬量輸出功能進行機組頻載控制的方法。PLC通過高速計數輸入口計算速度傳感器脈沖數以獲取機組轉速，被控機組功率和所有并列運行機組總功率通過安裝于本機的智能儀表和總電量監視儀表(如圖1中的ME4)變送輸出，當然也可以采用有功功率變送器。

采用下降曲線控制時，可以設置xset = fN-ff(fN為系統額定頻率)，強制xf =0，PLC只是維持系統頻率穩定，功率分配由各調速器調差率決定。雖然沒有實現功率分配功能，但克服了單純采用電子調速器下降曲線控制帶來的頻率偏差。

各機組額定功率相同時，可以采用功率均分控制，以圖1所示系統為例，可將xset設置為(fN-ff )+Pz / 3，xf設置為Pf(Pf為被控機組的有功反饋，Pz為負載消耗功率)，若該機組輸出功率小于功率平均值，則該機組運行曲線上移，斜率不變，機組承擔更多有功;反之機組運行曲線下移，減少有功出力;各機組功率不斷調整，直到實現功率均分;當系統頻率發生變化時所有并列運行發電機組共同調整。各機組額定功率不等時，

機組額定功率相差懸殊時，可采用功率較大的機組作為主調機組，承擔系統主要功率，其電子調速器采用恒轉速控制，PLC實現頻率微調功能，設置方式與下降曲線控制一致;機組控制與下降曲線控制的主要區別是禁止了電子調速器的droop功能。功率很小的機組只作為功率補充之用，電子調速器必須設置droop功能，PLC采用功率閉環控制。這樣的系統中只能設置一臺主調電機，否則無法并機工作。

三、過渡過程的控制分析

現按照機組并列運行后采用功率均分方式運行分析機組過渡運行過程的控制策略。所有機組起動時，怠速時間內，PLC不參轉速與控制，只進行怠速時間計時，怠速時間結束后，采用轉速閉環控制，以方便接受自動準同期的增速、減速命令。如圖1所示，市電停電后，PLC4跳開斷路器QF5并禁止QF5合閘，向G1發起機命令，G1啟動建壓后檢測到QF1～QF3全部分位，則不檢同期合閘;機組單機運行時，電子調速器采用恒速控制;PLC4合上斷路器QF4、QF6，向負載供電。由于負載增加，QF4向2號機組控制器發起機命令，2號機組起動成功后，檢測到QF1合位，則接通模塊回路，進行準同步并網。并網成功后，1、2號機組控制器檢測到QF1、QF2合位，立即轉入功率均分運行模式，兩機組電子調速器投入droop功能(采用下降曲線控制)，機組1控制曲線下移，機組2控制曲線上移，機組1向機組2轉移負荷，較終達到平衡;同樣機組3并入后，機組1、機組2同時向機組3轉移負荷并較終達到平衡;不同之處在于2臺機組并機運行時，功率控制目標為Pz / 3，3臺機組并機運行時，功率控制目標為Pz / 3。當所需功率下降時，可以減少一臺機組運行，設1號機組接到解列命令，首先將其功率控制目標改為0，其控制曲線緩慢下降，機組逐漸甩負荷;由于另外兩臺機組的控制目標仍然為Pz / 3，可能會導致機組出力不足，但將頻率差引入控制目標，**了頻率穩定;在1號機組有功負載降至額定值20%以下后，可擇機斷開斷路器QF1，機組1解列后，按停機流程停止運行。繼續運行機組檢測到有兩臺斷路器處于合位，則將功率控制目標修改為Pz / 2。當然，如果將機組1開始解列操作的信息以開關量信號通知2號、3號機組控制器，則功率轉移的過程更平穩。

四、系統的可實現性和穩定性析

通過以析，為實現頻載控制，機組控制PLC應具備1路PID運算功能、1路高速計速功能，需2路模擬量(本機有功、總有功變送)輸入、1路電壓模擬量輸出，另外還需要為數不多的開關量。公用控制器以開關量為主，當然，如果機組數量增加，也就相應增加輸入輸出點數量。可見西門子S7-200這個層級的PLC就能勝任控制任務，即使增加AVR控制功能，也不在話下。

從系統的穩定性方面來說，PLC頻載控制指示對機組調速器控制的輔助控制，作為補充功能;PLC控制器以比例積分控制為主，系統的穩定性快速性得到**。由于電子調速器提供了轉速限制功能，智能電量儀表提供了電量保護功能，系統的安全性得到**。

五、結束語

PLC除具備邏輯運算功能外，還具有豐富的數值計算、模擬量處理、高速計速、數據通訊等功能;充分利用PLC的各項功能，并配以必要的變送器，可以實現柴油發電機組并列運行的各項自動控制功能，可以**系統運行的穩定性可靠性，由于所采用的元件為廣大電氣人員所熟悉，增強了系統的可維護性。

1 引言

 

隨著電機、家用電子、計算機、通信等技術日新月異的更新和發展，永磁材料需要量越來越大性能越來越高。目前，永磁材料大多采用釹鐵硼、鐵氧體、鋁鎳鈷、釤鈷等，并具有矯頑力大、性能穩定等特點，這些材料經充磁電源的高壓大電流向螺線管瞬間脈沖放電，使其磁化。生產中要求充磁電源、穩定、精度高，同時，在機測試充磁后永磁材料的磁通量。文中介紹了的充磁和測量為一體自動充磁機，使用plc實現系統控制，觸摸屏作為參數調整、工作顯示等。

電路是由可調直流高壓電源、放電開關電路、plc控制器、觸摸屏、磁通檢測和充磁頭等電路組成?？刂埔螅?/p>

 

① 調節可控硅控制角度來調節充磁電流；

②自動檢測充磁產品磁通強度；

③ 人機對話，即設定參數和顯示運行狀態；

④ plc現實系統的控制和運算；

⑤ 功率元件的過流和過壓保護；

⑥ 具有輸入短路保護，操作安全。

3.1 充磁電路

 

充磁電路有主電路和觸發電路。充磁機的電路圖如圖3所示。主電路主要由交流調壓升壓、整流儲能和放電等電路組成。通過調節雙向可控硅vt1和tv2的移相角（或導通角）來調節升壓變壓器t的輸入電壓，然后通過橋式整流電路得到脈動的直流電壓，將電能儲存在電容組cl中。當可控硅vt7導通，其瞬間向充磁頭產生強脈沖電流放電，對材料進行快速充磁。在雙向可控硅同步相控觸發電路中，模擬量模塊fx0n-3a的輸出端電壓vout控制導通角，以調節存能電容上端電壓

3.2 系統控制電路

系統控制電路，選三菱fx1n-24mr為系統主控器，模擬量fx0n-3a有二個輸入和一個輸出，其中輸入電流信號和磁通信號，輸出控制雙向可控硅的導通角。

3.3 控制程序設計

 

控制程序有手動與自動。手動控制程序用于電容切換和電容充電檢查、充磁檢查等調試和維護。

 

自動控制程序包含有順序控制程序，電容分級充電子程序，磁性檢測子程序，hmi接口程序，關門和充磁頭連接、過壓過流等。由于整個工作按流水動作，所以采用順序控制將這些工作的子程序串聯在一起，這樣對編寫程序較為簡便，并用stl指令易讀。

電容分級充電子程序就是考慮到電容在零狀態充電時可能有很大的沖擊電流，會損壞橋式整流電路和雙向可控桂。存儲電能電容分二級充電，開始接上限流電阻r1，過后用km2的觸點短接，進行全壓充電。

 

充磁后的工件被氣閥**到檢測磁通的線圈前，應先對圖1中積分電容短接放電（檢測清零），隨后磁性工件插入線圈中，就能檢查到產品的磁通量，從而鑒別本批產品性能要求，同時，可穩定雙向可控硅的導通角，以確保產品的質量。

 

觸摸屏選用三菱f940got，設定參數和顯示運行狀態。設定充磁較數、充磁電流，顯示磁通量和工作狀態等。hmi接口程序是實現觸摸屏與plc之間的組態。

 

4 結束語

 

充磁機存儲電容脈沖放電，較大瞬間放電電流可達到30ka以上，在10ms時間內產生較高強度的磁場，不會對電網造成沖擊影響。配合合適的充磁線圈，在瞬間產生30000oe（奧斯特）以上的磁場，針對釹鐵硼等高矯頑力磁體，充磁效果更好。充磁和磁通檢測為一體適合流水線作業，具有、可靠、抗干擾的特點，但是，減少電力電子器件在通斷時對周圍影響待于進一步研究。

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在汽車的傳動系統中，若采用機械式手動變速器，一般都配有同步器，其主要功能是：使接合套與待接合齒圈兩者之間能迅速同步，阻止在同步之前齒輪進行嚙合，防止產生接合齒圈之間的沖擊，縮短換檔時間，迅速完成換檔操作，并延長齒輪壽命。

同步器的性能指標直接影響變速器的效能表現，從而影響車輛的操控性，所以要在安裝前對其技術性能和壽命進行一系列相關測試。

研究基于PLC的變速器同步器測試系統，可以對同步器換擋過程中的關鍵參數進行實時準確的測試記錄，通過對比分析處理，從而對被試同步器的性能與壽命作出客觀準確的評價。

因為PLC具有體積小、功能強、可靠性高等特點，所以采用PLC作為整個測試系統的控制核心，通過驅動電機模擬換擋過程，并且控制二個軸的轉速;同時配以計算機，設定測試條件，用以高速采集測試系統中多路傳感器信號，并對采集數據進行后期分析處理，并發出相應指令。

汽車同步器測試系統的主要部件有：結構臺體、變頻電機、伺服電機、慣性飛輪、被試同步器、換擋機械手、循環潤滑系統、機械手控制箱、控制柜、各種檢測傳感器、PLC、計算機等，測試臺的機械結構

注：1.交流伺服電機(0.85kW);2.減速機;3.離合器;4.交流變頻電機(3 kW);5.機械手液壓泵站;6.皮帶輪;7.位移傳感器;8.液壓缸;9.潤滑油噴油口;10.編碼器(低速);11.組合式慣性飛輪;12.離合器;13.轉速傳感器(高速);14.潤滑油回油口;15.兩分力傳感器;16.齒輪錐;17.同步器;18.撥叉;19.工作倉。

測試臺能對一定型號的同步器進行3類主要測試：連續測試、慣性測試和擠壓測試，連續測試與慣性測試測量同步器動摩擦系數和耐磨損性能，擠壓測試用于測量同步器的靜摩擦系數，測試是在室溫至120℃的潤滑油環境中進行的，通過對測試臺測量數據的分析與計算，觀測并記錄同步器的摩擦性能與耐磨損性能，從而對同步器的性能作出評價，

2 測試系統設計

整個測試系統的核心是測控部分，首先要求實時監控系統的運行狀況，以確保系統運行的;同時在測試過程中，要求實時采集位移、轉速、同步扭矩、軸向力、潤滑油油溫和流速等一系列信號數據，通過處理采集到的信號數據及由此繪出的特性曲線，分析評價被測變速器同步器的相關性能，

測控系統由PLC、計算機、各種傳感器、信號測試調理卡、驅動與控制電機等組成。測試系統由計算機和PIC共同控制，計算機作為上位機具有良好的人機交互功能，負責對整個測控系統進行監控，向PLC發送指令及數據，實現對現場設備的控制，并通過數據分析軟件對到的測試數據進行進一步的處理，從而測試同步器的性能指標。

因為PLC具有操作方便、可靠性高等優點，能很好地滿足測試系統控制的要求，所以采用PLC來采集現場信號和輸出控制信號;負責直接控制與監控現場設備，包括換擋機械手的運動控制、電機速度的調節、變速器油溫控制等;傳感器負責采集現場的信號，經信號測試調理卡轉換成模擬量傳送給PLC和計算機。

需要指出的是：當測試開始之前，必須對變速器各個擋位位置進行預先設定，將各個擋位對應的選擋位置傳感器和掛擋位置傳感器數據存儲于PLC的存儲區，同時將機械手的控制參數如各個擋位的掛擋力、掛擋速度、擋位位置補償存儲于PLC的存儲區，在測試過程中，通過對這些數據的快速查詢而準確快速的模擬換擋過程。

3 系統實現

測控系統采用計算機與PLC綜合控制。

作為上位機，計算機中的對應控制程序基于bbbbbbs2000/XP平臺系統進行開發，采用人性化用戶界面，能實現試驗臺的自動化控制和試驗數據的存儲及分析處理，其主要實現的功能有：

1)查閱、刪除、分析、打印歷史測試數據或曲線圖;

2)實時顯示測試中的設備狀態及可能出現的錯誤故障，按照出錯等級(警告、錯誤、嚴重錯誤、致命錯誤)自動做出應對;

3)可以預先設定試驗程序，包括軸向力、加載時間、卸載時間、轉速差、潤滑油溫度等參數，并能對同步器參數和試驗工況進行編輯、保存、下載、打印;

4)連續自動記錄測試過程中的相關等數據，實時圖形顯示所有的測量和計算數據，并生成相應變化曲線分析圖;

作為下位機，PLC負責對現場設備進行控制與監控，PLC中的控制程序采用德國倍福公司的TwinCAT PLC編程軟件編寫，

PLC中的控制程序實現的功能主要有：

1)采集數據 因為測試環境中通常存在強烈的電磁干擾，如不采取相應的抗干擾措施，其會以傳導和輻射的形式進入測控系統，嚴重影響測試結果，所以要從硬件和軟件上加以相應處理，硬件上要采取相應的電磁屏蔽，在測試信號調制卡設置多重濾波電路，利用PLC的I/O模塊帶有電氣隔離功能進行光電隔離;軟件上采用相應算法進行濾波處理，進一步減低干擾影響。

2)安全保護 當不當操作或測試同步器零件總成發生過早損害或其他故障(電機過載、**速、**溫等)時，使試驗臺能夠快速自動停止，對變頻器具有過流、過載、過壓、欠壓、過熱、短路和冷卻風扇異常保護，對電動機具有過載和**速保護，對系統具有**速、**扭和**溫保護，所有報警信號通過主控制計算機顯示故障原因或故障代碼;緊急停車是必須的硬件功能，可以手動執行或系統自動執行;緊急停車時加載機構處于中間位，電機通過制動單元緊急停車、機械手摘到空擋，報警器發出報警。

3)控制換擋 PLC根據計算機發送的控制命令，提取其存儲區內相應的數據，執行相應換擋動作;同時計算機通過讀取相應傳感器信號監視換擋動作完成情況，若選擋未能到位或換擋**時，會即刻強制空擋，起到安全保險作用;當選擋及時準確到位時，則發出下一步指令。

4 結論

同步器測試系統是包含信號采集處理、電子電路、機械結構等學科于一體的自動控制機電一體化設備，能夠完成典型的長時間、高重復性測試項目，運行穩定可靠，對于提高同步器測試自動化水平具有重要的實用價值。

可編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為工業控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic CONtroller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現邏輯控制。隨著技術的發展，這種裝置的功能已經大大**過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。

一、PLC的主要特點

1、高可靠性

2、豐富的I/O接口模塊

3、采用模塊化結構

4、編程簡單易學

5、安裝簡單，維修方便

二、PLC的功能

1、邏輯控制

2、定時控制

3、計數控制

4、步進(順序)控制

5、PID控制

6、數據控制：PLC具有數據處理能力。

7、通信和聯網

8、其它：PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT模塊。

PLD是可編程邏輯器件(Programable Logic Device)的簡稱，FPGA是現場可編程門陣列(Field Programable Gate Array)的簡稱，兩者的功能基本相同，只是實現原理略有不同，所以我們有時可以忽略這兩者的區別，統稱為可編程邏輯器件或PLD/FPGA。

PLD是電子設計領域中較具活力和發展前途的一項技術，它的影響絲毫不亞于70年代單片機的發明和使用。PLD能做什么呢?可以毫不夸張的講，PLD能完成任何數字器件的功能，上**性能CPU下至簡單的74電路，都可以用PLD來實現。PLD如同一張白紙或是一堆積木，工程師可以通過傳統的原理圖輸入法，或是硬件描述語言自由的設計一個數字系統。通過軟件，我們可以事先驗證設計的正確性。在PCB完成以后，還可以利用PLD的在線修改能力，隨時修改設計而不必改動硬件電路。使用PLD來開發數字電路，可以大大縮短設計時間，減少PCB面積，提高系統的可靠性。典型的PLD由一個“與”門和一個“或”門陣列組成，而任意一個組合邏輯都可以用“與一或”表達式來描述，所以，PLD能以乘積和的形式完成大量的組合邏輯功能.這一階段的產品主要有PAL(可編程陣列邏輯)和GAL(通用陣列邏輯)。

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