基于PLC的柴油发电机自动启停控制UPS应用

王志斌，舒德华

（中国地质工程集团有限公司，北京 100093）

0 引 言

随着现代社会科技的快速发展，电气自动化控制技术发挥着重要作用，PLC控制技术应用也越来越广泛，尤其是在露天矿山、生产及相关企业领域。对于一些无人值守需要供电的用电设备，柴油发电机用PLC控制有很多优点，它主要通过软件控制和硬件电路执行，显著提升系统的抗干扰能力和运行可靠性。由于其可编程程序功能简单易行，使得柴油发电机能够得到自动启、停的功能，让UPS真正地持续为用电设备进行长久供电。

1 自动启、停控制系统组成及原理

控制系统主要由带有ATS开关柴油发电机、PLC控制柜及UPS不间断电源等三部分组成。该控制系统原理为PLC控制器里的电压检测单元通过检测判断UPS里蓄电池电压的高低来自动启、停柴油发电机，为UPS不间断电源进行充电，使得用电设备持续供电。系统控制原理如图1所示。

图1 系统控制原理图

1.1 ATS柴油发电机

柴油发电机ATS是控制市电与发电机之间切换的装置（柜），就是正常时市电供电，市电中断后自动或者手动切换至柴油发电机供电。一般就是通过旋钮开关选择自动档、手动档或者远程控制机组通信的装置。所选用的柴油发电机面板如图2所示。

图2 ATS柴油发电机面板图

1.2 ATS柴油发电机操作程序

检查面板上点火钥匙在OFF位置，AC输出开关位置为ON，AC220 V插头连接无松动，ATS控制线插紧，使得PLC控制箱进入自动控制状态。

2 UPS系统组成

UPS（Uninterruptible Power Supply）就是指的不间断电源，是使蓄电池（一般以铅酸免维护电池为主）连接主机，通过主机逆变器等模块电路促使直流电变成市电的一种系统设备。UPS主要是把不间断的稳定电力提供给计算机网络系统，也可以提供给单台计算机抑或是其他电子电力设备，如电磁阀。如果市电处于正常输入的状态，UPS就在稳定市电电压后将其传输给负载，此时起到的作用是交流式电稳压器，同时可以为内部电池充电；如果市电因发生故障而停电或中断，UPS就利用逆变器切换转换的方法，将电池的直流电能转换成220 V交流电，并将其继续供应给负载，促使负载能保持正常工作状态，保证不损坏负载的软硬件。UPS设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护[1]。

UPS是储能装置的一种，主要元件是逆变器，属于稳压稳频输出的设备，用于保护电源。UPS的组成部分主要是整流器、逆变器、蓄电池以及静态开关等。

2.1 整流器

整流器就是整流装置，是把AC（交流）转变成DC（直流）的一种装置，功能主要有两个，一个是把AC（交流）转变成DC（直流），经过滤波后提供给逆变器或者负载；另一个是将充电电压提供给蓄电池。所以整流器同时又起着充电器的作用。

2.2 逆变器

逆变器是把DC（直流）转变成AC（交流）的一种装置，主要由逆变桥、滤波电路以及控制逻辑组成。

2.3 蓄电池

对于UPS，蓄电池是存储电能的一种装置，通常由多个电池通过串联形成，维持供电，放电时间的长短由电池容量的大小决定。蓄电池的功能主要是当市电处于正常状态时，蓄电池就把电能变成化学能，将其存储在内部；当市电发生故障时，蓄电池就把化学能变成电能，供负载抑或是逆变器使用。

2.4 静态开关

静态开关一般又被称作静止开关，属于无触点开关的一种，是由两个SCR（可控硅）反向并联组成的交流开关，通过逻辑控制器对其闭合与断开进行控制。静态开关主要有两种，即转换型、并机型。前者在两路电源供电系统中适用，从一路实现到另一路的自动切换，后者在并联逆变器和多台逆变器或者市电中适用。

不间断电源的优点主要是不间断的供电能力。当市电交流能够正常输入时，UPS就先将交流电整流为直流电，接着将直流电逆变为无杂质的稳定交流电，然后提供给后级负载；当市电交流无法正常输入时，如停电、欠压或者频率异常，UPS就会自动启用备用，关断整流电路，并把蓄电池中存储的直流电逆变成无杂质的稳定交流电，继续提供给后级负载。本文使用UPS主要参数如表1所示

表1 UPS主要参数表

3 PLC控制系统

3.1 PLC简介

PLC全称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），借助一类可编程存储器，将其作为内部存储程序，执行面向用户的逻辑运算、顺序控制、计数及算术操作、定时等指令，并且利用数字或者模拟式输入/输出，对各类生产过程或机械进行控制。

3.2 硬件系统组成及原理

3.2.1 硬件系统组成

硬件系统主要为PLC控制箱。该控制箱由PLC控制器、ATS模块单元、继电器、24 V电源模块及端子排等模块组成，控制箱连接柴油发电机和UPS两个单元，起到中间连接控制作用。本文所选用PLC控制器型号为PMC2000微型PLC控制器，如图3所示。

图3 PLC控制器

3.2.2 系统原理

PLC控制箱中PLC控制器里的检测单元通过检测UPS里蓄电池电压高低，通过比较蓄电池电压与启停设定值来执行柴油发电机的自启与自停功能，使得UPS持续处于正常运转状态。

PLC控制箱启动柴油发电机条件为：（1）蓄电池电压低于PLC程序最低设定值；（2）控制箱24 V开关电源电压低于21 V。

PLC控制箱停止柴油发电机条条件为：（1）蓄电池电压高于PLC程序最高设定值；（2）发电机连续运行PLC程序设定时长。

3.3 软件系统程序设计

PLC软件局部程序如图4所示[2]。

图4 PLC梯形图程序片段

4 系统调试

图5为PLC控制器程序模拟运行调试图。

5 结 论

采用PLC控制的柴油发电机自动启、停系统的特点如下，主要通过软件进行控制，从而省去了硬件开发工作；系统结构简单，可靠性优异；程序编制灵活，现场调整工作周期短；价格合适，操作简单，维护方便；运行方式覆盖全自动、半自动和手动操作，能满足偏远地区、无人看守区域的需要。同时，也体现出PLC控制技术的优势，使电控元器件之间的接线十分简洁，系统控制的可靠性和抗干扰能力得到提高，也使系统的“柔性”得到提高。

图5 PLC控制器运行调试图