柴油发电机组自动应急监控系统的研究与应用

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3.0 陈辉 2024-11-19 7 4 2.08MB 44 页 15积分

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柴油发电机组自动应急监控系统的研

究与应用

摘要

在银行、证券、保险等金融公司中，为了保证市电失电情况下数据的安全性，

必须配备柴油发电机组作为应急电源，柴油发电机组的自动控制系统也必须具有

高安全性和高可靠性。

本文之所以讨论柴油发电机组自动应急监控系统，是为了通过对柴油发电机

自身运行以及对其进行自动化控制的原理，寻求一个适合各项目实际情况的柴油

电站自动应急监控系统方案，并实际应用，提高自动化系统硬件和软件的技术层

次，提高柴油发电机组自动化运行的可靠性和经济性，有效降低现场操作人员的

工作强度。

本文通过论述自动应急监控系统的发展现状和发展趋势，探索论证了适用于

本项目实际情况的控制方案。从先进性、可靠性、经济性、本项目的具体要求等多方

面进行充分的考虑，在监控方案的设计上提出了采用可编程控制器和专业控制器

相结合的全新的设计理念。在此基础上对整个监控系统的实现，涉及硬件的选型、

软件的实现、上位机和触摸屏组态监控画面设计以及运行调试等进行了详尽的描

述。另外，本文最后还叙述了系统在调试和实际工作过程中发现的问题以及解决

的办法。

本课题所论述的自动应急监控系统已成功应用在太平洋人寿保险公司全国后

援中心，经过一段时间的投入运行，得到了公司的肯定，尤其是整个监控系统的

可靠性、稳定性和友好的人机界面得到了用户的好评。

关键词：柴油发电机组专业控制器 PLC 监测系统

ABSTRACT

In the banking, securities, insurance and other financial companies, in order to

ensure the security of data in case of loss of electric, we must equip with diesel

generators as an emergency power supply, diesel generator set control system must also

have high security and high reliability .

This article has been discussed automatic emergency diesel generator set control

and monitoring system is to run through their own diesel generators, as well as its

automation control theory, to find a project suitable for all the actual situation in an

emergency diesel power plant automatic control system solutions, and practical

application, increased automation system hardware and software, the technical level, to

improve automation of diesel generating sets to run the reliability and economy,

effectively reduce the intensity of work-site operator.

This paper discusses the development of automatic emergency monitoring system

status and development trends, and explore appropriate to this project demonstrated the

actual situation of the control program. Considering the nature, reliability, economy and

the project's specific requirements, the design of the control and monitoring system

proposed using programmable controller and professional controller combines a new

design philosophy. On this basis, the realization of the whole system, involving

hardware selection, software implementation, remote computer and touch-screen

monitor configuration design and operation and commissioning carried out a detailed

description. In addition, the paper describes the system in the process of debugging and

found the actual work problems and solutions.

The topics discussed in the automatic emergency control system has been

successfully applied in the Pacific Life Insurance Company National back-up center,

after a period of time since put it into operation, the company received recognition, in

particular, the entire control system’s reliability, stability and friendly user interface

have been well received.

Key Words: diesel generator set, professional controller, PLC, monitor

system

目 录
摘 要
ABSTRACT
第一章 绪 论.........................................................................................................................................1
1 课题背景及意义.......................................................................................................................1
2 柴油发电机组概述...................................................................................................................1
2.1 柴油发电机组的组成...................................................................................................1
2.2 柴油发电机组的特点...................................................................................................2
2.3 柴油发电机组的分类...................................................................................................2
2.4 柴油发电机组的主要性能指标...................................................................................2
2.5 柴油发电机组的主要功能...........................................................................................4
3 柴油发电机组控制系统的发展现状及发展趋势..................................................................4
3.1 控制系统的组成............................................................................................................4
3.2 发展历程........................................................................................................................4
3.3 柴油发电机组自动控制系统的发展趋势...................................................................5
4 论文的主要内容.......................................................................................................................6
第二章 柴油发电机组自动应急监控系统的需求分析......................................................................7
1 机组主要设备和参数...............................................................................................................7
2 自动化机组中柴油机的工作原理..........................................................................................7
3 自动化柴油发电机组的功能要求..........................................................................................7
4 小结...........................................................................................................................................9
第三章 控制系统方案........................................................................................................................10
1 引言.........................................................................................................................................10
2 控制方案的确定.....................................................................................................................10
3 专业柴油发电机组控制器概述.............................................................................................11
3.1 国内外发机组自动化模块的现状.............................................................................11
3.2 举例说明目前国内外主流自动化模块的主要功能.................................................12
4 可编程控制器概述.................................................................................................................12
4.1 可编程控制器的由来和发展.....................................................................................13
4.2 可编程控制器的特点.................................................................................................13
4.3 可编程控制器的发展趋势.........................................................................................14
5 双电源自动转换开关电器(ATSE)概述...............................................................................16
5.1ATSE 的概念................................................................................................................16
5.2 双电源转换的概念.....................................................................................................17
6 小结.........................................................................................................................................17
第四章 系统实现.................................................................................................................................18
1 引言.........................................................................................................................................18
2 整体方案说明.........................................................................................................................18
2.1 系统要求......................................................................................................................18
2.2 系统方案......................................................................................................................18
3 控制系统硬件构成框图........................................................................................................19
4 硬件设备的选择及其 I/O 点的分配.....................................................................................19
4.1 专业控制器选型..........................................................................................................19

4.2 DSE5510 控制器简介.................................................................................................20
4.3 PLC 控制器选型...........................................................................................................23
4.4 施奈德 Premium 系列PLC 简介................................................................................24
4.5 I/O 分配.......................................................................................................................25
4.6 DSE5510 接线图.........................................................................................................26
5 本章小结.................................................................................................................................26
第五章 系统软件设计........................................................................................................................28
5．1系统软件的设计要点..........................................................................................................28
2 DSE5510 设置........................................................................................................................28
3 PLC 程序设计........................................................................................................................29
3.1 PLC 编程软件.............................................................................................................29
3.2 PLC 程序设计.............................................................................................................30
4 触摸屏程序设计....................................................................................................................32
4.1 触摸屏程序设计软件.................................................................................................32
4.2 触摸屏程序设计.........................................................................................................32
5 自动化柴油发电机组控制系统组态设计............................................................................34
5.1 柴油发电机组控制流程分析.....................................................................................34
5.2 系统控制中心设计.....................................................................................................36
5.3 图形界面设计..............................................................................................................38
5.4 动态对象设计..............................................................................................................38
5.5 组态过程值归档..........................................................................................................39
5.6 消息系统设计..............................................................................................................40
6 通信监控画面设计................................................................................................................40
6.1 WinCC 概述................................................................................................................40
6.2 WinCC 软、硬件需求................................................................................................41
6.3 WinCC 的性能特点....................................................................................................41
6.4 WinCC 组态软件的系统结构....................................................................................42
7 小结.........................................................................................................................................43
第六章 运行调试.................................................................................................................................44
1 模拟调试.................................................................................................................................44
2 现场调试.................................................................................................................................44
3 运行结果.................................................................................................................................45
第七章 总结与展望............................................................................................................................46
1 全文总结.................................................................................................................................46
2 技术展望.................................................................................................................................46
参考文献...............................................................................................................................................48

第一章绪论

1.1 课题背景及意义

应急电源，通常是作为一些重要负荷的备用电源。当正常供电电源(市电)出

现故障中断供电时，由应急电源继续向重要负荷供电。柴油发电机组[1]是一种重

要的应急电源设备，对保证用电的可靠性，保障财产和人身的安全起着重要的作

用。由于柴油发电机组不仅可独立运行，不受电网故障的影响；亦可并机运行且

长时间持续供电，具有较高的可靠性。尤其在常用市电经常断电的情况下，把柴

油发电机作为备用电源，既能起到应急电源的作用，又能通过对低压系统的优化

改进，让一些重要负荷在停电时也能使用，因此得到了广泛的应用。2008年，我

国在发生冰冻雪灾、汶川大地震等重大自然灾害时，柴油发电机组作为应急电源

发挥了非常大的作用，引起了国家相关部门的重视并得到了广泛认可。

在应急启动、快速供电这一过程中扮演重要角色的就是机组的智能监控系统

[2]。它能否灵敏地检测到市电失电、能否紧急时刻快速准确地启动应急机组是决定

事故带来什么样的后果的最为关键的因素。在遇到紧急故障时，如不及时采取措

施，将会造成输出电压不稳定或者缺相，烧毁发电机组，进而引起电源的中断而

造成更大的事故。所以需要自动应急监控系统对柴油发电机组进行监控，保证柴

油发电机组安全运行。

自动应急监控系统的应用有助于柴油发电机组的自动化改造。自动应急监控

系统的设计对提高柴油发电机组的安全性、稳定性；改善输出电流质量；提升工

业自动化水平；合理分配人力资源；节约能源等方面都具有非常重要的意义。

本文的研究课题以柴油发电机组作为太平洋人寿保险公司全国后援中心应急

电源这一项目工程为背景，设计并实施了一套安全、可靠、操作简洁及多级监控的

方案，并进一步提高了柴油发电机组的自动化程度，改善了通信功能。

1.2 柴油发电机组概述

柴油发电机组是一种高技术含量的设备，所涉及的技术包括内燃机、电机、自

动控制等专业。随着经济的不断发展，对柴油发电机组的需求量也逐年增长，同

时对柴油发电机组的功能和技术性能也提出了越来越高的要求。

1.2.1柴油发电机组的组成

柴油发电机组的系统组成非常复杂，由柴油发动机、发电机、冷却水系统、供

油系统、励磁控制系统、启动系统、电控单元（ECU）、保护单元、主控系统、通信

系统组成。其中，发动机、供油系统、发电机、启动系统、冷却水系统可以统称为柴

发机组的机械部分；而电控系统（ECU）、通信系统、保护控制器、励磁控制器、主

控系统可以统一归纳为柴发机组的控制部分。

1.2.2柴油发电机组的特点

(1)单机容量等级多。柴油发电机组的单机容量从几千瓦至几万千瓦不等。采用

柴油发电机组作为备用和应急电源时，装机容量可根据实际需要采用一台或多台

机组，灵活配置。

(2)配套设备结构简单、安装地点灵活。柴油发电机组的配套设备比较简单，辅

助设备少、体积小、重量轻、占地面积小。

(3) 燃油消耗低，热效率高。

(4)起停迅速、短时间内达到全功率。起动柴油机通常只要几秒钟，在应急状态

下可在1分钟内带满负荷；在正常工作状态下约在5至30分钟内带满负荷，柴油机

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柴油发电机组自动应急监控系统的研究与应用摘要在银行、证券、保险等金融公司中，为了保证市电失电情况下数据的安全性，必须配备柴油发电机组作为应急电源，柴油发电机组的自动控制系统也必须具有高安全性和高可靠性。本文之所以讨论柴油发电机组自动应急监控系统，是为了通过对柴油发电机自身运行以及对其进行自动化控制的原理，寻求一个适合各项目实际情况的柴油电站自动应急监控系统方案，并实际应用，提高自动化系统硬件和软件的技术层次，提高柴油发电机组自动化运行的可靠性和经济性，有效降低现场操作人员的工作强度。本文通过论述自动应急监控系统的发展现状和发展趋势，探索论证了适用于本项目实际情况的控制方案。从先进性、可靠性、经...

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