CN201409109Y - 柴油发电机组智能控制系统 - Google Patents

Abstract

一种柴油发电机组智能控制系统，包括柴油发电机组、供电电路、备用的市电动力电源和一控制柜。供电电路包括至少2组保安电源，动力电源包括至少2组备用电源，控制柜包括PLC可编程控制器和与其相连的信号检测单元、保安电源控制单元和柴油发电机组控制单元。柴油发电机组、供电电路控制开关的检测信号接至可编程控制器的输入端，可编程控制器输出端的控制信号接至柴油发电机组和供电电路的控制开关。本实用新型智能控制系统的优点在于：采用软、硬件相结合的方式，实现了对柴油发电机组和供电电路的智能控制，并给出工业人机界面和DCS接口输出信号，提高了柴油发电机组和供电电路的控制性能、工作效率和稳定性，保证了供电电网安全和稳定运行。

Description

柴油发电机组智能控制系统

技术领域

本实用新型涉及控制装置，特别涉及一种柴油发电机组智能控制系统。

背景技术

目前，国内大中型柴油发电机组的核心控制部件一般采用进口整机，其线路集成一体，适应性较差。当具体用户对柴油发电机组的控制要求不同，特别是对柴油发电机组的启动和并网，对供电电路的智能管理和控制智能性较高时，显示出很大的不足。鉴于本领域面临着对上述控制装置进行改造，适应电力系统信息化与自动化的发展趋势，以保证重要部门电网的安全和稳定运行，市场迫切需要既能夠满足各种用户对控制性能的不同要求，同时大幅度提高柴油发电机组工作效率和可靠性的柴油发电机组的控制系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服已知技术的上述缺陷，提供一种可提高柴油发电机组工作效率和可靠性、保证供电电网安全和稳定运行的柴油发电机组智能控制系统。

为达到上述目的，本实用新型提供的柴油发电机组智能控制系统，包括柴油发电机组及其供电电路和一控制柜，还包括市电动力电源，其中：

所述供电电路包括至少2组保安电源：保安电源A段和保安电源B段，

所述动力电源包括至少2组备用电源：市电电源I段和市电电源II段，

所述控制柜包括PLC可编程控制器和与其相连的：

信号检测单元，用于检测所述柴油发电机组的转速信号和电压信号、所述动力电源和供电电路的电压信号以及所述动力电源和供电电路的控制开关接点状态信号；

保安电源控制单元，用于所述供电电路与所述动力电源的紧急切换；

柴油发电机组控制单元，用于所述柴油发电机组的启动和并网；

所述柴油发电机组包括磁电传感器、电子燃油控制器和执行器，所述磁电传感器以及市电电源I段和市电电源II段的检测信号接至所述可编程控制器的输入端；所述信号检测单元设有若干信号继电器，所述电子燃油控制器和执行器、保安电源A段和保安电源B段的检测信号分别通过所述信号继电器接至所述可编程控制器的输入端；所述可编程控制器输出端的控制信号接至所述保安电源控制单元和柴油发电机组控制单元，所述保安电源控制单元和柴油发电机组控制单元分别设有若干控制继电器，所述保安电源控制单元输出端的控制信号通过所述控制继电器分别接至所述保安电源A段和保安电源B段以及市电电源I段和市电电源II段的控制开关，所述柴油发电机组控制单元输出端的控制信号通过所述控制继电器接至所述电子燃油控制器和执行器。

本实用新型提供的柴油发电机组智能控制系统，其中所述PLC可编程控制器采用西门子S7200系列可编程控制器，包括型号为CPU224的1#模块、型号为EM223的2#扩展模块和型号为EM235的3#扩展模块。

本实用新型提供的柴油发电机组智能控制系统，其中所述PLC可编程控制器设有DCS接口，并自所述DCS接口输出至少包括柴油机故障、PLC故障、PLC失电、保安电源段失电、保安电源段切换成功各信号。

本实用新型提供的柴油发电机组智能控制系统，其中所述控制柜设有DOP工业人机界面，所述DOP工业人机界面与所述PLC可编程控制器相连，所述DOP工业人机界面设有触摸屏。

本实用新型提供的柴油发电机组智能控制系统，其中所述控制柜设有手动操作单元，所述手动操作单元与所述PLC可编程控制器相连。

本实用新型柴油发电机组智能控制系统的优点在于：由于采用了PLC可编程逻辑控制器智能控制，由触摸屏操作，设置了手动、检修、自动三种工作方式，以软件、硬件相结合的方式，实现了对柴油发电机组和供电电路的智能控制，并给出工业人机界面和DCS接口输出信号，提高了柴油发电机组和供电电路的控制性能、工作效率和稳定性，保证了供电电网安全和稳定运行。

下面结合实施例详细描述本实用新型柴油发电机组智能控制系统的技术方案。

附图说明

图1为本实用新型柴油发电机组智能控制系统的方框图；

图2为本实用新型柴油发电机组智能控制系统中主回路的电路原理图；

图3为本实用新型柴油发电机组智能控制系统中1#模块的电路原理图；

图4为本实用新型柴油发电机组智能控制系统中2#扩展模块的电路原理图；

图5为本实用新型柴油发电机组智能控制系统中3#扩展模块的电路原理图。

具体实施方式

本实用新型提供的柴油发电机组智能控制系统，包括柴油发电机组1及其供电电路3、备用的市电动力电源4和一控制柜2。

在本实用新型柴油发电机组智能控制系统的实施例中，参照图2，供电电路3包括有2组保安电源：保安电源A段和保安电源B段，动力电源4包括至少2组备用电源：市电电源I段和市电电源II段。供电电路3和动力电源4共设有7个智能开关：ZKK、1ZKK、2ZKK、3ZKK、4ZKK、5ZKK、6ZKK。

参照图1，控制柜2包括PLC可编程控制器21和与其相连的信号检测单元22、保安电源控制单元23和柴油发电机组控制单元24。其中，信号检测单元22用于检测柴油发电机组1的转速信号和电压信号、动力电源4和供电电路3的电压信号以及动力电源4和供电电路3的控制开关接点状态信号。保安电源控制单元23用于供电电路3与动力电源4的紧急切换。柴油发电机组控制单元24用于柴油发电机组的启动和并网。

信号检测单元22、保安电源控制单元23和柴油发电机组控制单元24通过若干继电器实现上述控制。

柴油发电机组1包括磁电传感器、电子燃油控制器和执行器，磁电传感器以及市电电源I段和市电电源II段的检测信号接至可编程控制器21的输入端。信号检测单元22设有若干信号继电器5，电子燃油控制器和执行器、保安电源A段和保安电源B段的检测信号分别通过信号继电器5接至可编程控制器21的输入端。

可编程控制器21输出端的控制信号接至保安电源控制单元23和柴油发电机组控制单元24，保安电源控制单元23和柴油发电机组控制单元24分别设有若干控制继电器6，保安电源控制单元23输出端的控制信号通过控制继电器6分别接至保安电源A段和保安电源B段以及市电电源I段和市电电源II段的控制开关，柴油发电机组控制单元24输出端的控制信号通过控制继电器6接至所述电子燃油控制器和执行器。

在本实用新型柴油发电机组智能控制系统的实施例中，PLC可编程控制器21采用西门子S7200系列可编程控制器，包括型号为CPU224的1#模块、型号为EM223的2#扩展模块和型号为EM235的3#扩展模块。

其中，信号检测单元22检测各开关状态时，为可靠起见，同时检测其动合、动断两个接点，具体如下：

参照图3和图4，信号检测单元22分别通过信号继电器5(DI1-DI18)向1#模块和2#扩展模块的PLC可编程控制器21输入信号，分别是：

I0.0(柴油机出口开关ZKK合闸接点)；

I0.1(柴油机出口开关ZKK跳闸接点)；；

I0.2(柴油机供电PC A段1ZKK合闸接点)；

I0.3(柴油机供电PC A段1ZKK跳闸接点)；

I0.4(柴油机供电PC B段2ZKK合闸接点)；

I0.5(柴油机供电PC B段2ZKK跳闸接点)；

I0.6-I1.0(市电供电开关3KK合闸、跳闸、保护接点)；

I1.1-I1.3(市电供电开关4KK合闸、跳闸、保护接点)；

I1.4-I2.0(市电供电开关5KK合闸、跳闸、保护接点)；

I2.1-I2.3(市电供电开关6KK合闸、跳闸、保护接点)；

I2.4-I2.7、I3.0-I3.7为其他输入信号。

参照图3和图4，1#模块和2#扩展模块的PLC可编程控制器21分别通过信号继电器6(DO 1-DO 10)向保安电源控制单元23和柴油发电机组控制单元24输出控制信号，分别是：

Q0.0，Q0.1(柴油机出口开关ZKK合闸、跳闸控制)；

Q0.2，Q0.3(柴油机供电PC A段1ZKK合闸、跳闸控制)；

Q0.4，Q0.5(柴油机供电PC B段2ZKK合闸、跳闸控制)；

Q0.6，Q0.7(市电供电开关3KK合闸、跳闸控制)；

Q1.0，Q1.1(市电供电开关4KK合闸、跳闸控制)；

Q2.0，Q2.1(市电供电开关5KK合闸、跳闸控制)；

Q2.2，Q2.3(市电供电开关6KK合闸、跳闸控制)；

Q2.4-Q2.7为其他输入信号。

参照图5，信号检测单元22分别向3#扩展模块的PLC可编程控制器21输入信号，分别是：

A1+、A1-(柴油发电机电压检测4-20mA模拟量输入信号)；

A2+、A2-(柴油发电机转速检测4-20mA模拟量输入信号)；

A3+、A3-(市电I段电源电压检测4-20mA模拟量输入信号)；

A4+、A4-(市电II段电源电压检测4-20mA模拟量输入信号)；

参照图1，PLC可编程控制器21设有DCS接口25，DCS接口25至少输出包括系统总故障、柴油机故障、PLC故障、PLC失电、保安电源A段和保安电源B段失电、保安电源切换成功等信号的报警器和/或指示灯。参照图4，2#扩展模块的PLC可编程控制器21分别通过信号继电器6(DO 19-DO 24)输出系统的DCS接口信号，分别是：

Q3.0(系统总故障DO19)；

Q3.1(PLC故障DO20)；

Q3.2(PLC异常DO21)；

Q3.3(切换成功DO22)；

Q3.4(PLC失电DO23)；

Q3.5(市电失电DO24)。

参照图1，控制柜2还接有DOP工业人机界面20和手动操作单元26。

DOP工业人机界面也称作智慧型操作面板，取代了传统的操作面板，能够在触摸屏触摸设定各类参数，实现各式按扭开关功能，数字设定及显示各种信息，中文字幕，图形显示，操作方便简单。在本实用新型的实施例中，DOP工业人机界面20设有触摸屏。采用在线检测各系统的工作方式、工作及故障状态、市电供电线路电压检测，控制相关的开关按照预定的规则运行及停止。

在手动操作单元26中，参照图4，手动输入通过信号继电器5(DI 19-DI 20)向2#扩展模块的PLC可编程控制器21的I2.4-I2.7端输入信号。手动操作单元26具有传动试验功能(即手动启机功能)，设置试验工作方式的目的是在母线不失电的情况下，可使操作者进行柴油发电机的起动试验工作。在起动后并不操作母线开关1ZKK、2ZKK、3ZKK(4ZKK)、5ZKK(6ZKK)。

控制柜2通过DOP工业人机界面20具有3种工作方式设定；手动、检修和自动，可以根据用户需要任意选择设定，描述如下：

手动方式：触摸“手动启机”按扭，启动柴油机，PLC检测柴油机达到一定电压和频率后，PLC自动合上出口开关ZKK，但1ZKK、2ZKK、3ZKK(4ZKK)、5ZKK(6ZKK)开关不执行合闸指令，如需操作，须在低压回路手动合闸和跳闸。

检修方式：闭锁柴油机的启动。

自动方式：市电母线失电后，自动启动柴油机，柴油机达到一定电压和频率后，PLC自动合上出口开关ZKK。PLC判断保安电源A段母线电压，跳闸3ZKK(4ZKK)，闭锁备自投，合1ZKK，执行柴油机工作逻辑；PLC判断保安电源B段母线电压，跳闸5ZKK(6ZKK)，闭锁备自投，合2ZKK，执行柴油机工作逻辑。

由于可编程控制器21采用通用型的PLC，能适合自动化工程中的各种应用场合。它模块化设计，无排风扇结构，易于实现各种要求的配置。其软硬件设计先进，性能可靠丰富，使用高品质电子元件，硬件体积小，重量轻，易维护，采用组合模块式扩展的结构方式，适用性强。PLC中心控制系统接收系统的各种信息，控制系统正常进行，适应系统的复杂化，增强了系统的可靠性。

本实用新型柴油发电机组智能控制系统的DOP工业人机操作界面的主要菜单及功能如下：

1、主画面：它由10个画面切换按扭组成。触摸功能按扭“柴油机控制”、“主系统画面”、“实时报警”、“DI监测”、“趋势图”、“历史记录”、“参数设定”、“时钟校准”按扭，可进入具体“子画面”。10个画面切换按扭可以切换到相应的系统工艺流程画面。

2、子画面：包括以下画面。

柴油机控制：用于柴油机的控制操作；

主系统画面：用于动力回路监测；

实时报警：用于各故障状态的实时监测；

DI监测：用于重要开关输入信号实时监测；

趋势图：用于柴油机的出口电压、频率的模拟量实时监测；

历史记录：用于各报警和重要操作的历史记录；

参数设定：用于柴油机工作的重要参数设定；

时钟校准：用于设定人机的时间和日期；

关闭背灯：用于关闭人机背灯，进入节能低功耗状态；

退出：退出主画面。

对各子画面的操作分述如下。

柴油机控制：柴油机工作方式选择，触摸“选择开关”，可选择柴油机工作方式：手动、检修和自动。可触摸“手动启机/停机”按扭，触摸2秒以上，执行“手动启机/停机”程序。

柴油机“手动”方式：触摸“手动启机”按扭，启动柴油机，柴油机达到一定电压和频率后，PLC自动合上出口开关ZKK，但1ZKK、2ZKK、3ZKK(4ZKK)、5ZKK(6ZKK)开关，须由ECS手动合闸和跳闸。

柴油机“检修”方式：闭锁柴油机的启动。

柴油机“自动”方式：母线失电后，自动启动柴油机，柴油机达到一定电压和频率后，PLC自动合上出口开关ZKK。PLC判断保安电源A段母线电压，跳闸3ZKK(4ZKK)，闭锁备自投，合1ZKK，执行柴油机工作逻辑；PLC判断保安电源B段母线电压，跳闸5ZKK(6ZKK)，闭锁备自投，合2ZKK，执行柴油机工作逻辑。

柴油机停机为“手动”方式停机。由ECS停机信号或触摸“手动停机”按扭，停柴油机。停机逻辑有2种。

逻辑1：柴油机在“手动”或“检修”方式下，由ECS停机信号或在“手动停机”画面，触摸“手动停机”按扭，断开1ZKK、2ZKK、ZKK，停柴油机。

逻辑2：柴油机在“自动”方式下，由ECS停机信号或触摸“手动停机”按扭，断开1ZKK、2ZKK。PLC自动合锅炉PCA段母线开关3ZKK(4ZKK)，如果锅炉PCA段得电，执行停柴油机逻辑；如果锅炉PCA段不得电，跳闸3ZKK(4ZKK)，闭锁备自投，合1ZKK，执行柴油机工作逻辑。PLC自动合锅炉PCB段母线开关5ZKK(6ZKK)，如果锅炉PC B段得电，执行停柴油机逻辑；如果锅炉PC B段不得电，跳闸5ZKK(6ZKK)，闭锁备自投，合2ZKK，执行柴油机工作逻辑。

主系统画面：对系统柴油机工作状况(出口电压V、出口频率HZ)、母线供电动力回路开关ZKK、1ZKK、2ZKK、3ZKK(4ZKK)、5ZKK(6ZKK)动合、动断状态实时监测。

开关断开时，呈绿色断开态；开关闭合时，呈红色闭合态。

实时报警：系统对“3ZKK保护动作”、“4ZKK保护动作”、“5ZKK保护动作”“6ZKK保护动作”、“保安A段失电”、“保安B段失电”、“PLC故障”、“PLC异常”等信号实时监测。

无信号报警发生时，标识牌呈“灰色”；有报警发生时，标识牌呈“红色”。

DI监测：实时检测开关ZKK、1ZKK、2ZKK、3ZKK、4ZKK、5ZKK、6ZKK的动合、动断和保护动作状态；系统实时检测重要的输入信号：手动启机、手动停机、保安A母线失压、保安A母线失压、保安B母线有压、保安B母线有压。

无信号输入时，标识牌呈“绿色”；有信号输入时，标识牌呈“红色”。

趋势图：对柴油机出口电压(V)、出口频率(HZ)数据采集和记录，按“上升”和“下降”键，可查阅趋势曲线。

历史记录：系统能够记录实时报警窗口中的各类报警，如“3ZKK保护动作”、“4ZKK保护动作”、“5ZKK保护动作”“6ZKK保护动作”、“保安A段失电”、“保安B段失电”、“PLC故障”、“PLC异常”等。能够记录发生报警的日期和时间，如：年、月、日、时、分，此外，还记录ZKK、1ZKK、2ZKK、3ZKK(4ZKK)、5ZKK(6ZKK)的动合、动断等重要操作。

参数设定：触摸“输入密码”按扭，在“密码键盘”中，输入密码“12345678”，再按“确定”按扭，可设定柴油机出口开关(ZKK)的合闸电压：设定范围330-380V；设定柴油机出口开关(ZKK)的合闸频率：设定范围45-50HZ。

时钟校准：设定人机的时间和日期。

综上所述，本实用新型柴油发电机组智能控制系统的主要功能和特点如下：

(1)由触摸式人机界面操作，通过PLC可编程逻辑控制器控制。系统设置了三种工作方式：手动、检修、自动。

(2)在自动工作方式时，设备处于待命状态，只要系统得到保安电源A段母线工作电源进线开关跳信号及保安电源A段母线失电延时确认信号，或保安电源B段母线工作电源进线开关跳信号及B段母线失电延时确认信号，设备将按机内预定程序完成柴油发电机起动、出口开关合闸、相应出线开关合闸、故障检测等全部工作。

(3)系统起动成功后，各开关将模拟显示系统中相应开关的开闭状态。轻触其它操作画面选择按钮，可选择其它画面。

(4)若系统出现故障，‘实时报警’画面分别显示开关动作保护、母线失电等信息，确认无故障后，按报警复位。

(5)检测到外部或内部故障或异常情况后，立即自行闭锁，必须待故障或异常情况排除、方能恢复正常操作。

(6)系统具有开关抖动的检测功能，并根据不同的情况采取去耦合或其它处理措施。

(7)系统具有传动试验功能(即手动启机功能)，设置试验工作方式的目的是在母线不失电的情况下，可使操作者进行柴油发电机的起动试验工作。而且，起动后不操作母线开关1ZKK、2ZKK、3ZKK(4ZKK)、5ZKK(6ZKK)。

(8)查阅“历史记录”画面，由左至右分别显示故障编号、月日年、时分、故障名，可连续记录系统报警、重要开关动作、母线失电等数据。用上升、下降箭头按钮可翻阅前后记录。

(9)参数的设定、修改和功能开关的切换由密码锁管理，只有输入正确的密码才能进行参数设定或变更修改。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计方案前提下，本领域中普通工程技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (5)

1、一种柴油发电机组智能控制系统，包括柴油发电机组(1)及其供电电路(3)和一控制柜(2)，其特征在于：还包括市电动力电源(4)，其中：

所述供电电路(3)包括至少2组保安电源：保安电源A段和保安电源B段，

所述动力电源(4)包括至少2组备用电源：市电电源I段和市电电源II段，

所述控制柜(2)包括PLC可编程控制器(21)和与其相连的：

信号检测单元(22)，用于检测所述柴油发电机组(1)的转速信号和电压信号、所述动力电源(4)和供电电路(3)的电压信号以及所述动力电源(4)和供电电路(3)的控制开关接点状态信号；

保安电源控制单元(23)，用于所述供电电路(3)与所述动力电源(4)的紧急切换；

柴油发电机组控制单元(24)，用于所述柴油发电机组(1)的启动和并网；

所述柴油发电机组(1)包括磁电传感器、电子燃油控制器和执行器，所述磁电传感器以及市电电源I段和市电电源II段的检测信号接至所述可编程控制器(21)的输入端；所述信号检测单元(22)设有若干信号继电器(5)，所述电子燃油控制器和执行器、保安电源A段和保安电源B段的检测信号分别通过所述信号继电器(5)接至所述可编程控制器(21)的输入端；所述可编程控制器(21)输出端的控制信号接至所述保安电源控制单元(23)和柴油发电机组控制单元(24)，所述保安电源控制单元(23)和柴油发电机组控制单元(24)分别设有若干控制继电器(6)，所述保安电源控制单元(23)输出端的控制信号通过所述控制继电器(6)分别接至所述保安电源A段和保安电源B段以及市电电源I段和市电电源II段的控制开关，所述柴油发电机组控制单元(24)输出端的控制信号通过所述控制继电器(6)接至所述电子燃油控制器和执行器。

2.根据权利要求1所述的柴油发电机组智能控制系统，其特征在于：其中所述PLC可编程控制器(21)采用西门子S7 200系列可编程控制器，包括型号为CPU224的1#模块、型号为EM223的2#扩展模块和型号为EM235的3#扩展模块。

3.根据权利要求1或2所述的柴油发电机组智能控制系统，其特征在于：其中所述PLC可编程控制器(21)设有DCS接口(25)，并自所述DCS接口(25)输出至少包括柴油机故障、PLC故障、PLC失电、保安电源段失电、保安电源段切换成功各信号。

4.根据权利要求3所述的柴油发电机组智能控制系统，其特征在于：其中所述控制柜(2)设有DOP工业人机界面(20)，所述DOP工业人机界面(20)与所述PLC可编程控制器(21)相连，所述DOP工业人机界面(20)设有触摸屏。

5.根据权利要求4所述的柴油发电机组智能控制系统，其特征在于：其中所述控制柜(2)设有手动操作单元(26)，所述手动操作单元(26)与所述PLC可编程控制器(21)相连。

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