PLC控制混合動力汽車燃油和電能的轉(zhuǎn)換

1、 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）PLC 控制混合動力汽車燃油和電能的轉(zhuǎn)換學(xué)院名稱 專業(yè)名稱 學(xué)生姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 二一四年十月 大學(xué)本科生畢業(yè)論文 I I摘摘 要要隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在對傳統(tǒng)行業(yè)領(lǐng)域的變革中，各行各業(yè)越來越要求智能化和技術(shù)電子可控制。特別是在工業(yè)控制方面，從原有的傳統(tǒng)手工控制日益開始轉(zhuǎn)換成電子智能控制，這就要求在工業(yè)器件上具有可編程的配置，PLC 一門專門解決工業(yè)器件控制的語言開始在工業(yè)方面普遍被使用。根據(jù) PLC 技術(shù)的特點，本文住在研究 PLC 技術(shù)在汽車燃油機(jī)對電能轉(zhuǎn)換中的控制，在分析了燃油發(fā)電機(jī)的控制技術(shù)在現(xiàn)階段的基礎(chǔ)上，根據(jù)論文的要求，在保證對燃油發(fā)電機(jī)組的安全情況下，來

2、對燃油發(fā)電機(jī)的點火過程、加速過程、運轉(zhuǎn)過程和對電能的轉(zhuǎn)換過程來逐步分析。當(dāng)前我國電力系統(tǒng)正經(jīng)歷著由于十八屆三中全會所帶來的以技術(shù)經(jīng)濟(jì)為變革的快速發(fā)展，呈現(xiàn)出前所未有的發(fā)展機(jī)遇。以數(shù)字技術(shù)，控制技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)為代表的新型技術(shù)的快速發(fā)展為電力技術(shù)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。本位主在研究基于 PLC 控制汽車工藝中燃油發(fā)電機(jī)的工作原理。關(guān)鍵詞：PLC 技術(shù)；工業(yè)控制；電力系統(tǒng)；控制原理 大學(xué)本科生畢業(yè)論文 I IABSTRACTWith the progress of science and technology, the traditional industry in the areas

3、of change in all walks of life, more and more requirements of intelligent and electronic control technology. Especially in the field of industrial control, from the control of the original traditional manual are increasingly converted into electronic intelligent control, which requires a programmabl

4、e configuration in industrial devices, PLC a specialized to solve industrial device control language began in industry widely used.According to the characteristics of PLC technology, this paper in research of PLC technology in automobile fuel to electrical energy conversion machine control, in the a

5、nalysis of fuel generator control technology at this stage on the basis of the thesis, according to the requirements, in ensuring the safety of the fuel generating units, to fuel oil generator ignition process, accelerate the process, operation process and energy conversion process step by step anal

6、ysis.The current of power system in our country is experiencing since the Third Plenary Session of the eighteen brought about by the rapid development of technology and economy is to change, showing a hitherto unknown development opportunity. With digital technology, control technology, rapid develo

7、pment of new technology of computer technology, electronic technology as the representative of the development for the electric power technology has laid a good foundation. The standard main based on the working principle of PLC control technology in the automobile fuel generator.Key words: PLC Tech

8、nology; Industrial control; Power system; Control principle xx 大學(xué)本科生畢業(yè)論文 目 錄第 1 章 緒論.11.1 基本簡介 .11.2 本論文研究的目的 .11.3 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r .2第 2 章 PLC 介紹.42.1 PLC 的基本概念與結(jié)構(gòu).42.2 PLC 工作原理.52.3 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域.6第 3 章 燃油發(fā)電機(jī)介紹 .83.1 發(fā)電機(jī)組成及原理 .83.2 發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu) .83.3 燃油發(fā)電機(jī)的自動控制的組成 .93.4 發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)操作 .113.4.1 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)操作所具備的條件.113.4.2 發(fā)電機(jī)同期

9、并網(wǎng)操作.113.5 發(fā)電機(jī)自動控制原理 .12第 4 章 PLC 控制發(fā)電機(jī)組流程 .134.1 發(fā)電機(jī)組的幾個過程情況 .134.2 發(fā)電機(jī)組的控制流程情況 .144.2.1 發(fā)電機(jī)組的正常停機(jī)流程圖.144.2.2 發(fā)電機(jī)組的緊急停機(jī)流程圖.154.2.2 發(fā)電機(jī)組的事故停機(jī)流程圖.17結(jié) 論.18參考文獻(xiàn).19xx 大學(xué)本科生畢業(yè)論文1第 1 章 緒論1.1 基本簡介微小型燃油汽輪電機(jī)是在汽車工藝中最廣泛應(yīng)用于燃油向電能轉(zhuǎn)換的電器，就單單這個燃油電機(jī)的功率范圍可以達(dá)到幾千瓦到幾百千瓦，運轉(zhuǎn)速率可以每分鐘達(dá)到幾萬甚至到十幾萬次，現(xiàn)在普遍的以汽油、柴油、天然氣、甲烷為新一代熱力燃油發(fā)電機(jī)的

10、迅速發(fā)展，微小型燃油發(fā)電機(jī)大多采用了回?zé)嵫h(huán)的技術(shù)，這種技術(shù)通常由以下幾個部分組成：透平，壓氣機(jī)，燃燒室，回?zé)崞?，發(fā)電機(jī)和控制變換等。而在汽車燃油發(fā)電機(jī)中，必須要具備有清潔，可靠，高質(zhì)量，多用途的特征，這種小型發(fā)電機(jī)的發(fā)電地段距離使用地方比較近。與其他的小型發(fā)電機(jī)裝置相比較，這種應(yīng)用于汽車工業(yè)的微小型燃油發(fā)電機(jī)是一種更好的環(huán)保型發(fā)電機(jī)。這種微小型燃油發(fā)電機(jī)組不僅可以作用于常規(guī)的發(fā)電機(jī)組或者是當(dāng)需要緊急備用電源的時候，而且也可以用于分布式發(fā)電系統(tǒng)。其中在汽車混合動力系統(tǒng)中運用最為普遍。1.2 本論文研究的目的在現(xiàn)階段，我們面臨著各種各樣的問題，特別是 21 世紀(jì)以來，人類開始從環(huán)境與能力兩個方面

11、面對著巨大的壓力，特別是在能源方面，化石燃料是不可再生資源，隨著人類活動的推移，燃料資源終將會耗盡。而在環(huán)境方面，我們卻又面對著酸雨，風(fēng)暴，地震，臭氧層等自然危害?；谶@兩個方面和面對不堪重負(fù)的環(huán)境惡化和資源的耗盡，這就迫使我們?nèi)祟惸軌蜷_發(fā)和建立更加清凈、無污染、高效的能源系統(tǒng)，這也是國內(nèi)外近幾年的關(guān)注和從事的熱點問題。而在汽車的燃油發(fā)電裝置中，具有高效的利用燃油，通過燃油發(fā)電將繼續(xù)供應(yīng)汽車中的其他裝置的使用，從傳統(tǒng)的全部依靠燃油的轉(zhuǎn)換提高到了對電能的轉(zhuǎn)換，再加之電能也具有存儲和清潔的特點，這就要求汽車的燃油發(fā)電聯(lián)合循環(huán)技術(shù)的提高。眾所周知電能如果在傳輸距離較遠(yuǎn)的情況下會損失很多電能，這也增加

12、了電能的運輸成本，而汽車在運行過程中沒有辦法滿足這些條件，這就需要汽車燃油和電能的轉(zhuǎn)換的發(fā)電機(jī)組主要采用的是分布式供電系統(tǒng)作為輔助手段。其與集中式供電系統(tǒng)相比較，具有如下幾個優(yōu)點：不需要遠(yuǎn)距離的供應(yīng)電能，減少了電能傳輸損耗，xx 大學(xué)本科生畢業(yè)論文2可以很好的控制電能在系統(tǒng)中的穩(wěn)定情況。汽車工業(yè)中的微小型發(fā)電機(jī)組還需要有如下的一些特點：（1） 、使用壽命長，微小型燃油發(fā)電機(jī)可以工作的時間長達(dá) 45000h，這能很好的滿足了汽車的使用時間。（2） 、可控性好，在汽車較小的封閉空間中方便對機(jī)電組的控制。（3） 、安全性能好，由于采用了單軸結(jié)構(gòu)技術(shù)，在使用過程中運動的部件少，出現(xiàn)故障的概率也會降低很

13、多。（4） 、環(huán)保性能好，在使用過程中產(chǎn)生的噪聲小，所排的廢氣少，對環(huán)境污染少。1.3 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r最早的微小型燃油發(fā)電機(jī)可以追溯到上世紀(jì) 60 年代，直到到了上個世紀(jì) 90 年代的時候，才逐步出現(xiàn)了以燃油輪機(jī)為動力直接帶動發(fā)電機(jī)工作的燃油發(fā)電機(jī)。這項技術(shù)的產(chǎn)生不僅大大的簡化了設(shè)備的結(jié)構(gòu)，而且減小了整臺發(fā)電機(jī)組的尺寸大小，重要的是其重量已經(jīng)減輕了不少。最早的發(fā)電機(jī)是將燃油機(jī)和發(fā)電機(jī)進(jìn)行分離，通過機(jī)械帶動的方式控制發(fā)電機(jī)工作，而現(xiàn)階段的燃油發(fā)電機(jī)是將燃油機(jī)和發(fā)電機(jī)融為一個整體，這是一個新的設(shè)計理念的提出，故為后來的燃油發(fā)電機(jī)的出現(xiàn)提供了強大的動力。在上個世紀(jì) 90 年代的時候，當(dāng)時的大型燃油輪

14、機(jī)容量已經(jīng)從當(dāng)初的萬千瓦提高到了 300 兆瓦以上了，這相對來說白千瓦的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)就顯得比較小了，所以稱之為微小型燃?xì)廨啓C(jī)。在 1999 年的時候，由美國的 Allied、Signal 等公司提出的額微型燃油機(jī)樣機(jī)得到了在電力，軍事，工業(yè)控制等領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。同年的時候，歐洲的一些工業(yè)強國抓住機(jī)會將微型燃油機(jī)迅速的發(fā)展，這時微型燃油發(fā)電機(jī)產(chǎn)品才開始正式的走向了國際化的市場，開始在各行各業(yè)廣泛的被應(yīng)用。美國能源部在制定 21 世紀(jì)的能源規(guī)劃中就已經(jīng)指出了，現(xiàn)階段的能源計劃就是要具備有高效率，低污染的特點。目前來講，盡管出現(xiàn)了可以重復(fù)利用的大面積能源，如：太陽能，風(fēng)能，核能等，但是這些可以重復(fù)利用

15、的能源在現(xiàn)階段我們?nèi)祟愃芾玫男侍停椰F(xiàn)階段的技術(shù)無法很好的轉(zhuǎn)化為能為我們?nèi)祟愃褂玫闹苯幽茉?。這叫要求我們在有限的化石能源的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的加強和提高有效使用率。微型燃油發(fā)電機(jī)的問世正好的滿足了由燃油向電能的轉(zhuǎn)化，加大了對直接能源xx 大學(xué)本科生畢業(yè)論文3的二次利用效率。美國、日本和一些發(fā)達(dá)的歐洲國家都在進(jìn)一步的加強和完善新一代的微小型燃油發(fā)電機(jī)的研究和開發(fā)。而在我國，由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)的落后和人口環(huán)境等自然因素的制約，導(dǎo)致了我國的微型燃油發(fā)電機(jī)的起步比較晚，總體上對于微型燃油發(fā)電機(jī)的研發(fā)和應(yīng)用還沒有完全深入。直至今日，我國自主研發(fā)的燃油發(fā)電機(jī)在商業(yè)中的投入使用可以說是相少甚微，這與國外的技

16、術(shù)研究和產(chǎn)品的應(yīng)用已經(jīng)拉開了很大的差距。1.4 論文研究的內(nèi)容和意義1.4.1 論文研究的內(nèi)容本次論文的研究主要包含了以下幾個方面的內(nèi)容：（1） 、初步了解 PLC 技術(shù)體系（2） 、制定以 PLC 為主控的系統(tǒng)設(shè)計方案（3） 、針對 PLC 控制汽車燃油發(fā)電機(jī)的硬件設(shè)計（4） 、完成基于 PLC 微型燃油發(fā)電機(jī)在汽車控制系統(tǒng)中的研究本次論文的設(shè)計主要采用了德國西門子 PLC（S7-300）及其相關(guān)的 I/O 卡件等。1.4.2 論文研究的意義 在汽車工業(yè)控制中，PLC 為其主要技術(shù)，能有效的基于 PLC 控制燃油機(jī)發(fā)電是有重要的學(xué)習(xí)和應(yīng)用意義，對于更好的學(xué)習(xí) PLC 有一個良好的理解和應(yīng)用。

17、進(jìn)一步的掌握 PLC 在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用情況和更好的提高自我能力。xx 大學(xué)本科生畢業(yè)論文4 第 2 章 PLC 介紹2.1 PLC 的基本概念與結(jié)構(gòu)隨著信息技術(shù)的逐漸發(fā)展，微型處理器、計算機(jī)信息技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的飛快向前發(fā)展，由計算機(jī)所控制的器件已經(jīng)逐步發(fā)展到了幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。在當(dāng)前被用于工業(yè)控制領(lǐng)域的計算機(jī)可以分為下面幾類：可以編程控制器、基于個人電腦終端總線的工業(yè)控制計算機(jī)、基于單片機(jī)控制的、被用于模擬量閉環(huán)控制的可以編程調(diào)節(jié)器等?；诂F(xiàn)代社會市場對于制造業(yè)所作出的迅速反應(yīng)，對生成出小批量、多規(guī)格、低成本和可控制的器件產(chǎn)品有了更多的要求，為了滿足市場的尋求，可編程控制器（PLC）正是

18、在這樣的條件下研發(fā)而成，PLC 是一微小的處理器為基礎(chǔ)來通用于工業(yè)控制領(lǐng)域。PLC 主要是由各個模塊組成，其中主要包括：CPU 模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置模塊（如同 2-1 所示） ，而在 PLC 中，特殊功能模塊用來完成一些特殊的任務(wù)。xx 大學(xué)本科生畢業(yè)論文5圖 2-1 PLC 控制系統(tǒng)示意圖2.1.1 CPU 模塊PLC 中的 CPU 主要是由存儲器和微處理器兩部分組成。在 PLC 的控制系統(tǒng)中，CPU 好比人的大腦和心臟，這掌握和控制整個系統(tǒng)的運作，它需要有信號不斷的輸入，這樣來執(zhí)行用戶的操作，并且刷新輸出用戶需要做的操作；存儲器用來儲存信號輸入輸出和程序執(zhí)行時的數(shù)據(jù)信息。2.

19、1.2 輸入輸出模塊在 PLC 控制系統(tǒng)中，輸入輸出模塊又叫做 I/O 模塊，它們相當(dāng)于人的手、眼、耳，用來直接攝取信息和反應(yīng)信息，這與 CPU 形成了一個互通的橋梁。輸入模塊用來采集和接受信息，在輸入模塊中又有一個輸入信號選擇開關(guān)，可以選擇出采集的是數(shù)字信號還是模擬信號。而輸出模塊是將處理過的信號直接輸出到可以控制其他模塊的過程，如可以控制繼電器、電磁鐵、指示燈、報警裝置、變頻裝置、等。2.1.3 編程器編程器可以給用戶編輯程序，對編輯的程序進(jìn)行檢查和修改，對已經(jīng)完成的程序在執(zhí)行過程中可以監(jiān)視程序的實際情況。使用編程軟件編寫出來的程序可以在計算機(jī)中直接生成對應(yīng)的控制指令表，而且可以實現(xiàn)多種編

20、程語言之間的一種轉(zhuǎn)換。編輯好的程序進(jìn)行編譯，再將編譯后的程序下載到 PLC 中運行。2.1.4 電源PLC 一般使用的電源是 AC 220V 或者是 DC 220V。在其中的內(nèi)部開關(guān)電源為 PLC中的各個模塊又提供不同的電壓的直流電源以供各個模塊的正常工作。2.2 PLC 工作原理PLC 在運行過程中一般分為以下三個部分：輸入取樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新。這三個部分組成了一個掃描周期。在 PLC 的運行過程中，CPU 是以一定的速率輪番掃描執(zhí)行這個三個部分，以此來達(dá)到 PLC 的正常工作。xx 大學(xué)本科生畢業(yè)論文62.2.1 輸入取樣信息會按照一定的方式進(jìn)行讀取，這里 PLC 過信息的讀取過程

21、就是輸入取樣，在輸入取樣過程中，PLC 中的 CPU 會以掃描的形式依次來讀取所有輸入情況下的數(shù)據(jù)信息，并將讀取到的信息依次存入 I/O 映像中的相應(yīng)單元內(nèi)保存。在全部信息的輸入取樣結(jié)束后，這時就開始轉(zhuǎn)入到用戶程序執(zhí)行階段，在這個階段中，及時是原先的信息有所變化了，但是被讀取到了 I/O 映像單元內(nèi)的信息是依然保持不變的。2.2.2 用戶程序執(zhí)行輸入取樣階段的結(jié)束就意味著用戶程序執(zhí)行階段的開始，在用戶程序階段，PLC中的 CPU 總是至上而下的依次來掃描用戶程序。在程序執(zhí)行的過程中，如果使用立即 I/O 指令，則可以馬上的存取 I/O 點。2.2.3 輸出刷新 用戶程序掃描階段結(jié)束之后，PLC

22、 就正式的進(jìn)入到了刷新輸入階段，這個階段期間，CPU 會按照 I/O 映像內(nèi)對應(yīng)的數(shù)據(jù)狀態(tài)依次的刷新所有的輸出鎖存電路，然后再經(jīng)過輸出電路所對應(yīng)的外接設(shè)備外設(shè)，這就是 PLC 的輸出過程了。2.3 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域在一些西方歐洲發(fā)達(dá)的工業(yè)國家，PLC技術(shù)已經(jīng)廣泛的被使用到了所有的工業(yè)有關(guān)的部門，隨著PLC控制技術(shù)和其性價比的不斷提升，PLC的應(yīng)用范圍也是在不斷的擴(kuò)大，主要有以下的幾個方面：（1）、在運動控制方面。PLC配有專門使用的運動控制模塊，對直線運動，圓周運動，包括所運動的位置、速度、加速度都能有很好的控制，可以很好的實現(xiàn)對單軸、雙軸和多軸的位置控制，能很好的使順序控制和運動控制巧妙的

23、結(jié)合起來。基于PLC具有運動控制能力，所以被廣泛的使用在各種機(jī)械方面，如金屬的切片、機(jī)械的轉(zhuǎn)配、電梯控制、機(jī)器人等。（2）、在通信聯(lián)網(wǎng)方面。PLC能很好的實現(xiàn)主機(jī)以遠(yuǎn)程的設(shè)備之間進(jìn)行I/O通信，也可以在多臺PLC之間的信號互通，PLC還能與其他的智能儀器設(shè)備之間的信號交互。這樣就可以很好的組成了集中管理和分散管理相協(xié)調(diào)的分布式和集成式的控制系統(tǒng)。xx 大學(xué)本科生畢業(yè)論文7（3）、在數(shù)據(jù)處理方面。現(xiàn)在的PLC更加的具有智能化，可以對一些數(shù)學(xué)運算包括一些函數(shù)進(jìn)行計算，同時也可以對數(shù)據(jù)的傳送、轉(zhuǎn)換、排序、查找、位操作等進(jìn)行很好的完成。將一些數(shù)據(jù)按照認(rèn)為的要求進(jìn)行處理，這樣大大的方便了人為的工作量，而

24、且能夠?qū)⑻幚砗玫臄?shù)據(jù)給通信功能進(jìn)行發(fā)送或者保持起來。（4）、在閉環(huán)過程控制方面。在一些對連續(xù)的模擬量如溫度、電壓、水深、流量等進(jìn)行的閉環(huán)控制。PLC可以通過其I/O模塊對這些模擬的信息轉(zhuǎn)換成可以用來數(shù)據(jù)出來的數(shù)字量，進(jìn)一步以供后續(xù)的分析處理。如在加熱爐、熱處理、鍋爐等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。xx 大學(xué)本科生畢業(yè)論文8第 3 章 燃油發(fā)電機(jī)介紹燃油發(fā)電機(jī)是將燃油轉(zhuǎn)換成電能的一種機(jī)械設(shè)備，它主要是以燃油為燃料，將燃油燃燒轉(zhuǎn)換成電能，從而給予其他的器件使用。本次論文主要討論的是燃油發(fā)電機(jī)將燃油轉(zhuǎn)化為電能以供汽車中的其他裝置的使用，如汽車中的空調(diào)、影音設(shè)備、汽車遠(yuǎn)近燈、汽車啟動引火等。發(fā)電機(jī)的形式有很多，

25、但是其主要的工作原理無外乎電磁力定律和電磁感應(yīng)定律?；谶@點，發(fā)電機(jī)的構(gòu)造大體是一樣的，總體遵循的原則是：以某種能源的消耗為動力驅(qū)動發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子在磁場的作用下產(chǎn)生的電能，最后通過電路將產(chǎn)生的電能給以其他的設(shè)備使用或者存儲。3.1 發(fā)電機(jī)組成及原理定子、轉(zhuǎn)子、軸承和端蓋四個主要部分構(gòu)成了發(fā)電機(jī)，定子一般是有定子鐵芯、銅絲線包裹著、機(jī)座以及周圍固定這些部位的器件構(gòu)成。而轉(zhuǎn)子一般有轉(zhuǎn)子鐵芯、環(huán)護(hù)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇以及轉(zhuǎn)軸等主要部件構(gòu)成。發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子有軸承和端蓋連接而成，這樣能很好的固定定子，轉(zhuǎn)子能夠在定子中旋轉(zhuǎn)，這樣就能做切割磁感線的運動，從而產(chǎn)生了感應(yīng)電勢，這樣在線圈中就產(chǎn)生了

26、電流，電路通過連接到端子兩端，將線圈上產(chǎn)生的電流引到外設(shè)的電路中去，這樣發(fā)電機(jī)就能產(chǎn)電了。發(fā)電機(jī)和電動機(jī)具有同樣的特點，都是在定子鐵芯里放有三相并且繞有線圈匝數(shù)相等的線圈，轉(zhuǎn)子的鐵芯上也繞有線圈這樣就形成了 N 極和 S 極，當(dāng)轉(zhuǎn)子運動時，轉(zhuǎn)子上的鐵芯和線圈就開始做切割磁感線的運動，定子上的線圈就開始形成了電磁差，與定子相連的外圍線圈就講產(chǎn)生的電流引入其他的電路中，以供其他的設(shè)備使用。3.2 發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)xx 大學(xué)本科生畢業(yè)論文9能夠?qū)C(jī)械能或者其他形式的能轉(zhuǎn)變成電能的這種裝置叫做發(fā)電機(jī)組，本次論文主要是以內(nèi)燃機(jī)（汽油）作為驅(qū)動動力源。發(fā)電機(jī)組主要包括：原動機(jī)、發(fā)電機(jī)、勵磁機(jī)構(gòu)、控制回路、測速

27、裝置以及能夠?qū)崿F(xiàn)并網(wǎng)的各種設(shè)備（如圖 3-1 所示） 。本次論文是基于 PLC 控制汽車中燃油向電腦的轉(zhuǎn)化，采用 PLC 控制的目的是為了使發(fā)電系統(tǒng)能盡可能的正常運行，同時在出現(xiàn)問題的時候可以及時得到解決和調(diào)整。在運行的過程中可能由于某些原因?qū)е掳l(fā)電裝置不能正常使用，這時發(fā)電系統(tǒng)就會很快的做出反應(yīng)，采取一系列的可控措施，及時的使發(fā)電系統(tǒng)能夠正常的運行。圖 3-1 發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)框圖3.3 燃油發(fā)電機(jī)的自動控制的組成發(fā)電機(jī)組自動控制主要是由發(fā)電機(jī)組、無窮大系統(tǒng)、主控制器、顯示器、調(diào)速回路、勵磁回路六個部分組成，每個部分在系統(tǒng)中都發(fā)揮著重要的作用。（1） 、關(guān)于發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)組是整個系統(tǒng)的核心，是將

28、燃油通過動力轉(zhuǎn)換成電能的直接來源。發(fā)電機(jī)組一般是有下面四個部分組成：同時都在一個軸承上的三相同步發(fā)電機(jī)、測速裝置、功率指示器和直流電動機(jī)。xx 大學(xué)本科生畢業(yè)論文10（2） 、關(guān)于無窮大系統(tǒng)無窮大系統(tǒng)中最為重要的是無窮大電源，其一般是由 15kVA 的自耦變電器組合而成，可以通過調(diào)節(jié)自耦變電器上的電壓從而可以改變無窮大母線上的電壓，最終達(dá)到一種變壓的功能。在最大系統(tǒng)中， “準(zhǔn)同期控制裝置”是按照恒定越前時間原理來進(jìn)行工作的，其主要的特點有如下幾個方面：（a） 、可以根據(jù)自身系統(tǒng)的需要選擇全自動準(zhǔn)同期合閘；（b） 、也可以根據(jù)需要而選擇半主動準(zhǔn)同期合閘；（c） 、能夠很好的測定出合閘的誤差角是多

29、少；（d） 、能夠測試出斷路器在開關(guān)的時候消耗了多少時間；（e） 、能夠很好的改變電頻電壓的誤差值，對設(shè)備的在不同環(huán)境中的使用有了一個可以調(diào)整的范圍；（f） 、能夠隨時調(diào)整整定越前的時間；（g） 、可以更好的接收到由合閘發(fā)出的電平信號，以供后續(xù)的研究和設(shè)備調(diào)整使用；（3） 、關(guān)于主控器及顯示本次論文選用的是西門子 S7-300 型 PLC 做為主控器，根據(jù)汽車中電力系統(tǒng)綜合裝置的控制考慮，其要求不是很復(fù)雜，對于控制的信號只是一些輸入輸出的比較低壓的開關(guān)量和一些不多的模擬信號量。對此，我們選用了具有邏輯運算、計數(shù)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換、定時器等基本功能的 PLC 就可以完成本次論文的設(shè)計要求。由于本次論文

30、研究的是汽車中燃油發(fā)電機(jī)，在汽車行駛的過程中，不需要人為的對 PLC 控制器進(jìn)行操作，一些控制程序信號都在設(shè)備安裝過程中已經(jīng)完成，所以本次論文暫時不選用顯示操作屏。（4） 、關(guān)于調(diào)速回路在汽車的運行過程中，通過改變馬達(dá)的排量來調(diào)節(jié)執(zhí)行元件的運動速率。原動機(jī)則采用調(diào)速直流電動機(jī)而來改變電動機(jī)的電業(yè)和速度。（5） 、關(guān)于勵磁回路可以通過采用自并勵勵磁（如圖 3-2）和他勵（如圖 3-3）的方式根據(jù)設(shè)備需要進(jìn)行隨意切換。xx 大學(xué)本科生畢業(yè)論文11圖 3-2 自并勵可控硅勵圖 3-3 他勵方式3.4 發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)操作發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)操作是指一臺發(fā)電機(jī)組在還沒有并網(wǎng)之前運行中，它的電壓和并列母線上的電

31、壓狀態(tài)量往往是不對等的，為了解決這一問題，必須要對等待并網(wǎng)的發(fā)電機(jī)進(jìn)行一些合適的操作，使之能夠符合斷路器合閘做并網(wǎng)運行的條件。3.4.1 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)所具備的條件發(fā)電機(jī)組想要正常的在系統(tǒng)中運作，必須要滿足一下幾個條件：（1） 、為了使發(fā)電機(jī)組能在系統(tǒng)運作的頻率中運行，則必須要發(fā)電機(jī)組的運作頻率和系統(tǒng)的頻率相一致；（2） 、發(fā)電機(jī)生產(chǎn)出的電壓如果過低這不能滿足用戶的需求，如果過高則會損壞一些器件甚至造成重大事故，所以要求發(fā)電機(jī)口輸出的電壓和系統(tǒng)所需要的電壓相同，電壓的最大誤差要保證在 5%以內(nèi)；（3） 、為了保證發(fā)電機(jī)在運行過程中和系統(tǒng)相一致，發(fā)電機(jī)組的相序要和系統(tǒng)的相序相同；（4） 、發(fā)電機(jī)組的

32、電壓相位要和系統(tǒng)電壓的相位相同；xx 大學(xué)本科生畢業(yè)論文12只有當(dāng)同時滿足了上述的四個條件之后，才可以合上并網(wǎng)開關(guān)使發(fā)電機(jī)組并入系統(tǒng)運行，如果 3-4 所示為三相同步發(fā)電機(jī)整步。在上述的四個條件中，除了相序必須保持一致以外，其他的三個條件都是相對的，因為通常電機(jī)和系統(tǒng)都可以承受住一些來之其他方面的沖擊電流，但是為了使整體的設(shè)備更加的安全和節(jié)能，以上四點是要最大程度的滿足。圖 3-4 三相同步發(fā)電機(jī)整步3.4.2 發(fā)電機(jī)同期并網(wǎng)操作發(fā)動機(jī)的同期并網(wǎng)操作包括自動同期并網(wǎng)操作和手動同期并網(wǎng)操作兩種方式，其中這兩種操作根據(jù)設(shè)備和環(huán)境的需要進(jìn)行選擇。3.5 發(fā)電機(jī)自動控制的原理關(guān)于發(fā)電機(jī)的發(fā)電過程前面以

33、前講過了，這里不再重復(fù)。對于如何控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，則可以通過轉(zhuǎn)速傳感器和變送器變?yōu)槊}沖信號傳入 PLC 中，與其中的準(zhǔn)同期裝置發(fā)出加速和減速的操作，脈沖信號進(jìn)過調(diào)速器操作后與數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)來的電流一起通過電流環(huán)然后形成了加速和減速，從而來改變 SCR 的觸發(fā)角，這樣就能形成一個雙閉換控制系統(tǒng)。通過轉(zhuǎn)速的改變，根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式，則可以60/npf 改變頻率，這樣就能通過控制來實現(xiàn)并網(wǎng)操作。自并勵磁用的是發(fā)電機(jī)本身作為勵磁電源的辦法，而同步發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)大多數(shù)情況下是由勵磁功率單元和勵磁控制器兩個部分組成，如圖 3-5 所示為勵磁系xx 大學(xué)本科生畢業(yè)論文13統(tǒng)自動控制框圖第 4 章 PLC 控

34、制發(fā)電機(jī)組流程汽車在運行過程中，燃油發(fā)電機(jī)的控制可能比較復(fù)雜，本次論文研究主要是以汽車燃油發(fā)電機(jī)的控制為實例，但是基于一些特殊的情況，本次論文主要研究機(jī)組的停機(jī)、開機(jī)、緊急和事故停機(jī)這四個方面的控制，以此來保證發(fā)電機(jī)的正常運行工作。4.1 發(fā)電機(jī)組的幾個過程情況(1)、在開機(jī)過程方面在開機(jī)前，需要各項條件具備，如斷路器跳位、電氣中無任何故障等。通過按下開機(jī)指令，從而啟動了調(diào)速器，如果在這個過程中調(diào)速器啟動失敗，則會跳出開機(jī)過程，就會導(dǎo)致開機(jī)失敗。當(dāng)調(diào)速器升至 95%以上的額定轉(zhuǎn)速的時候，滅磁開關(guān)合閘等一些列的操作會進(jìn)行。當(dāng)發(fā)電機(jī)兩端的電壓大于額定定壓的 40%時候，跳起勵開關(guān)，當(dāng)兩端的電壓超過

35、額定電壓的 95%的時候，開始進(jìn)行并網(wǎng)的調(diào)節(jié)，直到并網(wǎng)。發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)后，調(diào)速器和勵磁器進(jìn)入負(fù)載運行階段。對此，開機(jī)過程圓滿完成。(2)、在正常停機(jī)方面在需要停機(jī)的時候，由人為的發(fā)送出停機(jī)指令，在調(diào)速器接收到停機(jī)指令以后，調(diào)速器會自動卸載掉負(fù)載狀態(tài)從而開始進(jìn)入到空載狀態(tài)，這時斷路器也開始跳閘，機(jī)組開始逐步解列。由于調(diào)速器進(jìn)入了空載狀態(tài)，這速度很很快降下來，當(dāng)轉(zhuǎn)速降至到 80%的額定轉(zhuǎn)速的時候，勵磁逆變滅磁，當(dāng)轉(zhuǎn)速降至到 35%的額定轉(zhuǎn)速時候，機(jī)組就會自動啟動制動裝置進(jìn)行制動使轉(zhuǎn)速能夠迅速的降低下來，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到 5%的額定轉(zhuǎn)速的時候，制動開始解除。到機(jī)組完全停機(jī)后，制動回路復(fù)歸。這時，正常停機(jī)過

36、程完成。(3)、在事故停機(jī)方面xx 大學(xué)本科生畢業(yè)論文14在汽車運行的過程中，有可能由于某些內(nèi)部或者外部的原因?qū)е掳l(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速超過了額定轉(zhuǎn)速，一般的當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速大于 115%的額定速率時候，調(diào)速器會啟動失敗，就會開始啟動事故停機(jī)。這時，斷路器會首先開始跳閘，從而跳滅磁開關(guān)。之后開始發(fā)送信號給其他的裝置，這時信號還在保持，應(yīng)該人為手動的解除，這就進(jìn)入了停機(jī)過程。(4)在緊急停機(jī)過程方面當(dāng)發(fā)電機(jī)組在運行的過程中由于人為的一些原因?qū)е聸]有進(jìn)行手動的解除事故，這時發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速還在上升，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到過程額定值的 140%的時候，就會啟動緊急停機(jī)過程。這時候，斷路器會跳閘，跳滅磁開關(guān)之后，發(fā)出緊急停機(jī)信號

37、，這時就會進(jìn)入停機(jī)過程。4.2 發(fā)電機(jī)組的控制流程圖4.2.1 發(fā)電機(jī)組正常停機(jī)流程圖發(fā)電機(jī)正常停機(jī)是指調(diào)速器卸掉負(fù)載進(jìn)入到空載狀態(tài)，在這個過程中（如圖 4-1所示） ，其他的器件也對于有如下變化：（1） 、調(diào)速器自動的負(fù)載狀態(tài)卸載，進(jìn)入到空載狀態(tài)；（2） 、斷路器進(jìn)行跳閘，勵磁的停止；（3） 、當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速降至 80%的額定轉(zhuǎn)速時候，勵磁要逆變滅磁；（4） 、當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速降至 35%的額定轉(zhuǎn)速的時候，啟動發(fā)電機(jī)組的制動裝置；（5） 、當(dāng)降至轉(zhuǎn)速的 5%的額定轉(zhuǎn)速的時候，關(guān)閉蝶閥、解除制動，等到機(jī)組完全停機(jī)以后，制動回來進(jìn)行復(fù)歸。xx 大學(xué)本科生畢業(yè)論文15xx 大學(xué)本科生畢業(yè)論文16圖

38、4-1 發(fā)電機(jī)組正常停機(jī)流程圖4.2.2 發(fā)電機(jī)組緊急停機(jī)流程圖汽車在運行的過程中，由于燃油的燃燒，通常會導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)溫度過高，特別是當(dāng)軸承和定子出現(xiàn)這種情況的時候或者調(diào)速器的油壓將會出現(xiàn)過低等事故，這時電機(jī)斷路器會直接跳發(fā)、滅磁開關(guān)，就會向調(diào)速器發(fā)出停機(jī)指令，就會將原動機(jī)直接迅速的關(guān)閉，這個過程不需要進(jìn)過先卸載然后空載停機(jī)的程序，這樣就能在最短的時間內(nèi)加速停機(jī)過程，避免事故的方式。當(dāng)發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速超過額定值的 140%時候，為了保證機(jī)組的安全和重大事故的發(fā)生，系統(tǒng)會立即緊急停機(jī)，并且關(guān)閉原動機(jī)。如圖 4-2 所示為機(jī)電組緊急停機(jī)流程圖xx 大學(xué)本科生畢業(yè)論文17跳斷路器跳滅磁開關(guān)事故停調(diào)速器機(jī)組故障信號燈亮轉(zhuǎn)速35%？制動投入轉(zhuǎn)速5%？滅磁開關(guān)分位？