PLC控制的直流发电机组自动监控系统设计

摘要：根据厂矿企业的实际需要，本系统综合运用西门子PLC S7-300，WinCC组态、工控机、全数字直流调速等装置进行组合，对发电机组进行串并联，实现发电机组的自动化运行，以达到提供工厂所需各种直流电源的目的。同时，系统能对供电过程进行实时监控，减少系统的并联环流量，提高发电机组工作的发电效率。现场试验结果表明，系统并联环流明显较少且能实现自动运行。
关键词：全数字直流调速；直流发电机组；PLC S7-300；工控机；WinCC

0 引言
直流电机在现代工矿企业中有着广泛的应用，并在不断发展，与交流电机比较，直流电机具有良好的启动性能和调速性能。随着工业生产自动化程度的不断提高，要求直流电机具有更高的动态特性，更大的过载能力，更宽的调速范围，更低的转动惯量，更高的可靠性，耐用性和主要经济技术指标。而要使直流电机系统达到这些性能指标的必要条件是直流电机系统具有可靠，稳定的直流电源。在工程设计中，往往需要在输出功率一定的情况下得到大电流、小电压或小电流、大电压的稳定直流电源。这就需要将2个或几个大小相等的直流电源进行并联或串联，以得到所需要的直流电源。
本系统中，要求直流发电机组能提供不同的电压和电流，这就要求对直流发电机组进行串、并联，而并联不可避免会出现环流，那么在系统中，消除环流是本系统的重要工作之一。PLC控制的直流发电机组自动监控系统能达到发电机组在各种工作方式下的性能要求。系统可以根据实际的需要，自由选择适当的工作方式，监控系统的运行参数，减少环流，使它控制在可行的范围内，以满足系统的各项性能要求。

1 系统构成
1．1 系统框架
根据实际要求，系统采用图1所示的系统架构图进行设计。控制系统主要由工控机，PLC，全数字直流调速装置(CUD1)，发电机组(同步机(G1，G2)，直流发电机(GA、GB))4部份组成。其中，GA-G1-GB为1#发电机组，GA-G2-GB为2#发电机组。工控机通过以太网监控PLC的输入／输出数据，PLC控制直流调速装置。直流调速装置通过调节直流发电机的励磁电流来控制直流发电机，以输出所需要的电压、电流，最后得到实际所需的直流电源。发电机的输出数据(电枢电流、电枢电压)反馈至PLC进行误差分析，有效地实现了闭环控制。

1．2 直流发电机组并联环流分析
两台参数一致的直流发电机并联，当它们的输出电压相等时，并联工作为最佳状态，在这种情况下系统不会产生环流，并将稳定运行。但实际系统中发电机由于制造工艺、材料等客观原因，造成发电机参数存在差异，往往使得两同轴发电机在相同励磁电流下的静态输出电流并不相等，而是存在差异。图2中将两直流发电机等效为两直流电源，其感应电动势分别为E1，E2，其内阻分别为R1，R2，其并联输出电流为Io，并联输出电压为Uo。这里设定E1大于E2形成环流Is，并对电路进行分析。单个发电机的输出电流由负载分量和环流分量组成，将负载分量定义为Io。
对电路进行分析，可得以下关系：根据基尔霍夫电压、电流定律，得：

式中：E为感应电动势；Ce为电动势常数；n为转速；φ为磁通；Kf为比例常数；If为励磁电流。