康明斯动力（深圳）有限公司

 

新闻主题	自动化发电机组控制系统的分类及功能

 

摘要：自动化柴油发电机组的控制系统主要有3种，它们分别是继电器控制系统、可编程序控制器（PLC）控制系统和专用控制器（或单片计算机、微机）控制系统。随着行业快速发展，自动化控制器已经集成了数字化，智能化和网络化等先进技术，如今大多数配备的控制器以微处理为核心，因其性能稳定，适用于发电机组自动控制及系统监控，实现自动开机和停机，自动切换，自动送电，数据监测，报警保护完全实现“无人值守”。

 

一、继电器接触控制

 

采用继电器控制系统的主要控制对象是自动化柴油发电机组中的柴油机、交流无刷发电机和控制屏等3部分组成。柴油机上设置有自动起动和自动停机等执行机构，还设置有油压水温和转速等监测保护装置，在控制屏内安装有自启动装置、切换控制装置。控制屏通过通讯电缆与发电机组连接。

图1为一台200GFZ自动化柴油发电机组的控制系统框图，主要由市电监测、油机电监测、自起动控制器、显示报警装置、市电切换电路及油机电切换电路等部分组成。市测、油机电监测、切换电路和自起动控制器均采用继电器逻辑控制。该发电机组的传感与控制与执行机构框图如图2所示。

该控制系统的主要功能有：自动起动、自动升速、自动供电、自动停机、油压过低水温过高报警、升速失败报警和二次起动失败报警等功能。在发出故障报警的同时自动柴油机的油门，实现自动停机。

1．自动起动和自动供电

当市电中断时，市电切换电路立即切断市电供电电路，同时，市电监测电路通过自起动控制器使起动电机D运转，从而起动柴油发电机组。起动成功后，润滑油油压上升，当油压升到规定值时，起动成功油压传感器IYYJ接通润滑油路电磁场阀EB的控制电路，该电磁阀把升速油缸的油路打开，柴油机的压力润滑油推动油缸活塞带动油门手柄向升速方向移动，在升速限位控制器GXK的作用下，柴油机工作在额定转速。此时，在自动电压调节器AVR的作用下，发电机输出额定电压。然后，柴油机电切换电路接通，柴油机发电机开始给负载供电。

2．市电恢复后自动停机

市电恢复后，在市电监测电路的作用下，首先切断柴油机供电电路，然后，市电切换电路投入工作，负载由市电供电。同时，自起动控制器使停机电磁铁NQ动作，控制柴油机的油门，柴油机先低速运行，然后自动停机。

3．故障停机与报警

在发电机组运行过程中，冷却水出水温度达到95℃±2℃时，温度控制器JW通过系统控制器发出声光报警信号并切断负载，同时，停机电磁铁NQ动作，柴油发电机组停止运转。

柴油发电机组运行过程中，当润滑油的油压低于规定值时，油压低报警传感器2YYJ的触点闭合，控制器通过显示报警装置发出声光报警信号，同时切断油机电切换电路，然后停机电磁铁NQ运行，柴油发电机组自动停机。当发电机组转速超出额定转速时，油机电监测电路中的高周率继电器动作，柴油发电机组自动停机。

自动化柴油发电机组采用继电器和接触器构成自动控制系统，所需元器件的数量很多控制线路复杂，工作可靠性较差，故障率较高。

 

图1 自动化柴油发电机组的控制系统框图

图2 发电机传感器与执行机构框图

 

 

二、可编程序控制器PLC控制系统

 

控制系统采用可编程序控制器（PLC，Programmable Controller）时，柴油发电机组的工作由软件控制，可大大简化控制电路，因此控制系统的可靠性很高。PLC是专为工业环境而设计的，采用可编程的存储器，用于存储用户的指令，通过数字或模拟的输入，输出，实现各类型机械或过程的控制。PLC及其外设的设计，能非常方便地集成到工业控制系统中，并很容易地达到人们期望的目的。比如康明斯生产的SIMATIC S5和S7系列就非常适合作为自动化发电机组的控制器。实践证明采用PLC控制柴油电站是成功的，实现备用发电机组的应急供电，保证供电的连续性、可靠性和稳定性，以及通过通信网络能够非常方便地把电站控制纳入到中央的管理系统中去，以达到统一高度的目的，使其优点更为突出。

证供电的连续性、可靠性和稳定性，以及通过通信网络能够非常方便地把电站控制纳入到中央的管理系统中去，以达到统一高度的目的，使其优点更为突出。

在采用PLC的自动化柴油发电机组中，柴油机的传感器和各种执行元件与继电器控制系统完全相同，所不同的只是由PLC完成继电器的逻辑控制功能。PLC控制的自动化发电机组逻辑框图如图3所示。

 

图3 自动化柴油发电机组控制逻辑框图

 

1．控制系统的组成

该控制系统的输入信号有蓄电池开始充电信号、蓄电池停止充电信号、市电故障（包括电压和频率超出规定范围）信号、发电机组起动成功信号、发电机组额定转速信号、发电机组超速信号、发电机组频率过低和过高信号、发电机组的欠压和过压信号、发电机组的过载信号、冷却水超温信号、润滑油压力低信号、发电机组短路信号、故障复位信号和发电机组停机信号等。

输出信号有蓄电池充电控制信号、充油泵控制信号、柴油机起动信号、发电机充磁信号、柴油机升降速信号、发电机主开关分合控制信号、市电主开关分合控制信号以及各种报警信号和显示信号。

由于可编程控制器PLC输出触点的容量较小，通常只能驱动2A以下的负载。大容量负载必须通过固体继电器控制，为了防止各输出端相互干扰，在PLC机和固体继电器之问通常还应加入阻断二极管，重要控制部分还采用了外部互锁结构。

 

图4 发电机控制器输入和输出接口示意图

 

2．可编程控制器的软件

自动化柴油发电机组程序控制流程如图5所示。PLC采用以标准布尔表达式（AND、OR、ONT）为基础的简便梯形图语言。当程序未固化时，用户可根据自己的要求修改，以满足特殊要求。

 

图5 自动化柴油发电机组程序控制流程

 

 

三、专用控制器或自动控制屏

 

1．自动化柴油发电机组的专用控制器主要功能

（1）柴油机的自动控制：

① 启动系统：

柴油机的启动一般为电启动方式（采用蓄电池），启动系统包括：蓄电池、启动接触器启动电动机、启动按钮及相关控制线路。启动过程：按启动按钮SB1，启动接触器K5吸合，启动电动机与柴油机飞轮齿合时，启动电动机旋转并带动柴油机旋转。当柴油机启动成功后，立即释放起动按钮SB1，启动电动机退出。如图6所示。

② 充电系统：

当柴油机在运行时，通过柴油机自带的充电发电机对蓄电池充电，充电系统一般包括充电发电机、励磁调节器、充电电流表及相关控制线路。

③ 仪表系统：

仪表配置据柴油机机型不同有所不同，但一般设有转速表、油压表、油温表、水温表和充电电流表等仪表。

 

图中G为充电机，A4充电机励磁调节器，WT为水温表，OP为油压表 图6 柴油发电机组启动控制电路

 

 

④ 自动加热装置：

在自动化发电机组的柴油机上一般加装冷却水自动加热装置，使在发电机组备机态时，使要油机处于热机状态，以便发电机组在市电失电时，15s内起动发电机组并带负载工作。如图7所示，当水温低于30℃时，温控器触点接通，KM1吸合，加热器EH工作。当水温上升至50℃时，温控器触点断开，KM1释放，加热器EH不工作。

 

图7 柴油发电机组自动加热装置

 

⑤ 保护装置：

柴油机一般有如下几种保护装置：检测滑油压力低传感器、检测冷却水温高传感器及用于超速保护的转速检测装置。

⑥ 柴油机转速的自动调节：

柴油机转速一般通过调速器自动调节，调速器一般分电子式、机械式和液压式3种。调速器由转速检测、控制及执行器三部分组成，调速系统是一个闭环系统，当柴油机转速因负载的增加而下降时，调速器通过执行器加大油门，使转速回升，反之当柴油机转速因负载的减小而升高时，执行器减小油门，使转速下调，保证柴油机在额定转速下运行。

（2）发电机的自动控制

① 电压的自动调节

发电机电压的自动调节是通过自动电压调节器（AVR）来实现的，当电机输出端电压高时，通过AVR减小发电机的励磁电流，使电压下降；反之，当输出电压降低时，通过AVR增加发电机的励磁电流，使电压回升，保证电压稳定性。

② 空载电压的调节

当电机空载时，通过AVR调节相关电位器，可使输出电压在一定范围内调整，一般为额定电压的95％～105％。

③ 发电机的保护

a.加装电流互感器及电流继电器来实现，分过载短延时和过载长延时二种。

b.短路保护：通过主开关的电磁脱扣特性来实现，当负载端短路时，主开关自动跳闸。

c.定子高温保护：通过加装定子温度传感器。当定子温度超过设定值时，发出报警并保护。

d.防潮加热：通过加装防潮加热器来实现，当发电机组在备机状态时，加热器工作，以防因环境潮湿引起电机绝缘降低。

（3）自动化柴油发电机组的运行控制

① 单发电机组运行控制

当发电机组处于自动应急状态时，市电失电，发电机组自动起动，当发电机组运行正常后（电压和频率达额定值），通过切换开关由市电侧转至发电机侧，发电机对负载供电，系统具有自动控制屏的有关控制功能。

② 多发电机组的运行控制

除了具有单发电机组运行功能外，应具有下列控制功能：

a.发电机组自动起动失败时，程序起动系统自动地将起动指令转移给下一台发电机组：

b.按自动控制指令或遥控指令完成两台同型号规格发电机组的自动并联与解列；通常当输出功率持续达到运行发电机组的额定功率时，自动控制系统向第2台发电机组发出起动指令，并使其自动投入并联运行；当输出功率持续减小到两台并联运行发电机组总额定功率的40％时，自动控制系统使并联运行发电机组中的一台发电机组发出解列和停机指令。

c.发电机组并联运行时，自动分配输出的有用功率和无用功率。

d.按自动控制指令或遥控指令完成对备用发电机组（第三台发电机组）的控制：当并联运行发电机组中的一台发生故障时，应先起动备用发电机组并使其自动投入并联运行后，故障发电机组再解列。

当并联运行发电机组中的一台发生二级故障时，故障发电机组应自动停机，并自动切断一部分负载（通常是次要负载），使运行发电机组不出现过载，同时起动备用发电机组并使其自动投入并联运行，恢复正常供电。

注：一级故障是指发电机组发生故障后允许运行一段时间（备用发电机组投入运行所需的时间）的故障，二级故障是指发电机组发生故障后需立即停机的故障。

2．CIMC-Y自动化发电机组的专用控制器

自动化柴油发电机组的主控制器采用专门为发电机组而设计的控制器，使系统控制线路大大简化，但功能更强，系统更可靠，是目前被国内外广泛采用的控制方式。如图8所示。Al为专用控制器，市电及发电机电压信号接入控制器，具有对油压低及水温高的检测，同时能控制切换。K1为综合报警断电器，K2为超支信号输出，K3用于打开电磁阀，对转速的检测通过频率方式。

 

图8 自动化发电机组的DSE509专用控制器

 

未来自动化发电机组的发展方向应该是无人值守型，功能更强，可靠性更高：采用技术更加先进的专用控制器是主要趋势。

 

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