基于青智8961F2的计算机控制500kW柴油发电机组负载测试系统

2016-12-26常州刘国钧高等职业技术学校虞益龙何乙琦

电子世界 2016年21期

常州刘国钧高等职业技术学校虞益龙何乙琦

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本文主要介绍基于青智8961F2的500 kW 柴油发电机组负载测试系统的结构,阐述了其软件和硬件的组成与特点。负载测试系统是一项系统集成工程,它可将客户的待测发电机组、负载测试设备、电气传动系统、数据采集系统等高效的连接在一起,通过智能、自动的软件控制,实现多工位、多电压等级发电机组的快速测试,极大节约了人力成本,提高了测试效率,减少维护升级的费用和难度。试验表明,负载测试系统界面友好,性能稳定,有良好的实时性和测量精度,能很好地解决柴油发电机组的调试与试验问题。

工控机;PLC 控制器 ;柴油发电机;测试系统;青智8961F2

0 引言

停电后的应急备用电源有诸多,一般使用的是发电机组,故而发电机组多数的时间都是处于待机状态。所以一旦停电,或者市电发生了故障,备用的柴油发电机组就起到了至关重要作用,它在保证安全的同时保障用电,以此防止因停电而造成巨大的损失。然而,经常出现的情况是:只有当供电发生故障后才有可能发现柴油发电机组的性能出现了问题。因此为了避免事故的发生,建立完善的柴油发电机组检测和维护规程,加强日常柴油发电机组的检测和维护,定时规范的对柴油发电机组进行保养、检测和维护就显得尤为重要。为此,研制一种性能先进的500 kW 柴油发电机组负载测试系统就势在必行。

1 测试系统结构

柴油发电机组测试系统由柴油发电机、负载测试控制柜、外设(打印机)等组成。其中,网络负载、发电机组专用测试仪、控制面板、工控PC机以及西门子PLC控制器、交流接触器和外设(打印机)构成了负载测试控制柜,如图1所示。

图1 柴油发电机组负载测试系统结构框图

2 硬件

2.1 传感器

传感器采用青智仪表8961F2发电机专用测量仪,这种测量仪具有多种功能:测量发电机稳态三相电压、电流、无功功率、有功功率、视在功率、功率因数、频率、运行时间等基本功能,还具有谐波分析功能,能同时分析电压、电流,2～50次谐波含量以及总谐波含量;电能累计功能;发电机整定测试、波动测试、瞬态测试(负载突加、负载突卸)功能,能自动测试负载突变时电压最大、最小值,电流最大、最小值,频率最大、最小值,以及恢复时间;并且具有强大的电压波形记录功能,再配有光电隔离RS485/RS232串口通讯功能,一台计算机可以与32台仪表同时通讯,串口功能强大,不仅可以测量所有稳态参数,还能测量突加、突卸、电压、电流、频率曲线,及电压、电流谐波曲线及谐波含量。与上位计算机配合使用,一台8961F2发电机专用测试仪基本上可以将发电机所有的电参数测量完成。

专用测试仪功能表如表1所示。

2.2 PLC控制器

系统选用了西门子S7-200PLC,这是一种具有通讯功能和较高生产能力的可编程控制器,该控制器特别紧凑,且具有较快的运行速度,硬件和软件操作简单,能够为自动化设备提供有效和经济的解决方案。S7-200PLC被广泛应用于单机、网络以及分布配置中更复杂的自动化任务,具有较高的应用价值。S7-200PLC可编程控制器由CPU、扩展单元、编程器、程序存储卡、写入器、文本显示器构成。在S7-200PLC的文本显示器上不仅可以用于显示设备的运行信息,还能够作为控制单元对某个量的数值进行修改,或直接设置输入和输出量。

表1 8961F2发电机专用测试仪功能表

它强大的性能能够实现模块化的最优化和开放式通讯,由于S7-200PLC结构紧凑小巧,因此能够安装应用于很多狭小的空间中。S7-200PLC功能强大,不仅具有可编程控制器的基本功能,还具有很多有应用价值的高级拓展功能。另外,S7-200PLC可编程控制器的程序和数据存储器容量较大,这也为S7-200PLC较快的程序响应速度打下了基础。S7-200PLC在数控车床中的应用,能够极大的提升控制质量、效率和安全性。S7-200PLC最突出的特点就是具有即时响应性能,该可编程控制器集合了R-S485接口,并为系统总线使用,其极为快速和精确的操作顺序和过程控制,更是提升了其应用价值。这种可编程控制器还能够通过时间中断完整控制对时间要求严格的流程,这一功能使其在某些领域的应用价值倍增。

3 软件

3.1 计算机编程

驱动程序软件采用组织对应与模块设计方法,主要提供菜单操作、数据接收、动态显示、通信处理、图表打印等函数。

数据接收函数 Os_receive()主要解决计算机接收来自各传感器的外部数据,其流程图如图2所示。

图2 测试程数据接收函数流程图

动态显示函数Os_display() 的主要功能是在显示屏上根据采样时间以曲线图形的方式显示各项测试参数,其流程图如图3 所示,测试程序用户软件界面如图4 所示,突加电压、电流、频率动态显示曲线图如图5所示。

图3 动态显示函数流程图

图4 测试程序用户软件界面

图5 突加电压、电流、频率动态显示曲线图

3.2 数据通信

在本系统中,将RS485总线作为工控机与外部传感器数据采集模块、信号放大处理模块信息互传的交流平台,工控机与PLC控制器、青智8961F2仪表、综合电量表ZW3433C之间通过RS232/RS485转换模块进行数据交流。

工控机对接收的数据按程序流程进行自动处理并发送控制信号,实现对柴油发电机组及附属系统的自动监控,在抗干扰方面采用数字式滤波、光电隔离等技术,同时选用抗干扰性能好的工控机,使系统具有更好的抗干扰性。

4 系统主要功能和技术指标

4.1 功能及特点

①优越的操控性。负载箱为手动/自动控制。操作者可以通过手动旋钮,调整负载投入容量,从而大大提高了工作效率。②灵活的扩展性。系统具有灵活的可扩展性,方便日后的台位、功率增加,保护现有投资;负载箱可并联使用,操作方便可靠。③高可靠的稳定性。电阻管是独自研发定型的温度系数低,低阻抗的电阻管。材料选用的是耐盐雾耐酸碱的合金钢管和不锈钢散热片材料,因而可以保证产品的质量和长期连续工作性能。④加卸载测试时精度±3%,精度高优于其它阻性负载。⑤负载的风机启动及安全保护功能。

4.2 保护控制功能

保护控制功能如下:①故障报警指示。②具有风量传感器,当测试时风量不足自动脱载保护。③风机故障报警,只有风机开启并且风量达到要求后才能进行加减载控制。④短路过电流保护。⑤负载箱内高温报警。

4.3 主要技术参数

主要技术参数如表2所示。