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一 引言

今天，随着对工业自动化的要求越来越高，以及大量控制设备和过程监控装置之间通信的需要，"监控和数据采集系统"越来越受到用户的重视。在动力系统方面，以柴油发电机组作为应急备用电源的发电厂，在工厂、矿山、高层建筑、医院、邮电、宾馆、银行等许多部门都得到了广泛的应用。为了提高供电质量和供电可靠性，改善操作人员的工作条件，减少维护运行人员，备用发电站迫切要求实现自动化运行和管理。该监控系统由监视主机(包括通信板)和若干现场的从站（三菱PLC）组成。实现发电机组的数据采集、报警、存储、备份等服务。本文主要介绍下位机三菱PLC的系统原理。

二 系统的总体设计

结合生产实际的需要，考虑该发电机组的自动化系统由5大功能部件组成(系统的硬件图如图1所示)。

(1) 发电机组的自动启动和自动停机;

(2) 工程市电和机电的自动切换;

(3) 发电机组电压和频率的自动调节;

(4) 发电机组故障自动检测，报警和故障处理;

(5) 发电机组电压、电流、频率、有功功率、启动电池电压等电量参数的自动调节。

三 系统组成

3.1 三菱PLC的特性和特点

三菱FX系列可编程控制器，，硬件配置齐全，它的特点与性能如下:

(1)机内有高速计数器，Zui高可达10KHz高速脉冲输入，并可输出频率和脉宽可调的高速脉冲信号。

(2)具有21个中断源的中断优先管理，并配有RS485接口，可实现三菱PLC 与PC机之间的远程通讯，便于上位机监控和联网。

(3)具有结构紧凑、组装灵活、编程简单，抗干扰能力强、可靠性高等特点。

由此可见，它非常适用于工业控制中小型自动控制系统。经分析，决定采用三菱PLC系列可编程控制器作为发电机组自动控制系统的核心部件。

3.2 三菱PLC 配置及I/O的分配和功能

经过分析，本系统采用10个开关量输入，10个开关量输出和3个模拟量输入，即可满足系统控制需求，因此——三菱PLC配置如下:

CPU模块：FX1N-24MT-001

AI模块： FX2N-4AD

I/O的分配和功能如下:

开关量输入:

IO.0:输入中断 (配合脉宽调制使用)

IO.1:方式选择 (0-远程控制 1-自动)

IO.2:市电检测 (0-无市电 1-有市电)

IO.3:机电检测 (0-无机电 1-有机电)

IO.4:油压低 (0-油压正常 1-油压偏低)

IO.5:油水温高 (0-油水温正常 1-油水温偏高)

IO.6:高速计数器HSCI (利用高速计数器检测启动电池电压)

IO.7:紧急停车 (0-非紧急停车状态 1-紧急停车状态)

IO.0:复位 (1-手动复位)

(利用高速计数器检测转速)

开关量输入:

Q0.0:高速脉冲输出 (通过控制直流电磁铁调节转速)

Q0.1:停机 (1-停机电磁阀动作)

Q0.2:启动 (1-启动马达动作)

Q0.3:市电合闸 (1-市电主开关动作)

Q0.4:机电合闸 (1-机电主开关动作)

Q0.5:三启失败 (1-三启失败信号灯亮)

Q0.6:机组故障 (1-机组故障信号灯亮)

Q0.7:警铃 (1-警铃响)

Q1.0:自动强激磁 (1-强激磁继电器动作)

Q1.1:冷启动自动辅助 (1-冷启动辅助装置电磁阀动作)

模拟量输入:

AIW2:母线电压

AIW4:母线电流

AIW6:负载功率

四 系统实现

发电站自动化监控系统由机组自动启停控制，转速自动调节，电量参数自动检测，故障自动检测等功能模块组成。

4.1 制动启停控制

本功能模块是根据各开关量的输入状态，自动控制机组的启动、停止和机电与市电的相互切换。这主要属于顺序控制具有较强的逻辑控制。用三菱PLC实现简易而可靠。

4.2 转速调节

油机转速调节是通过三菱PLC中高速脉冲输出脉宽调制(PWM)功能调节可控直流电磁铁控制柴油机油门开度来实现的。用三菱PLC实现转速调节方法如下:转速信号由安装在柴油机上磁电式传感器获得，三菱PLC通过高速计数器测量油机转速，测得转速信号送入PID调节器，将调节器输出的数字量转换为脉冲宽度的时间量，再通过三菱PLC中的脉宽可调的高速脉冲输出(QO.0)，经过功率驱动器控制可控制直流电磁铁调节紧油机门开度大小，从而实现对油机转速的调节。

本系统属于反馈控制和的数字控制，涉及到一些控制算法问题。

在三菱PLC中，方法实现了一种转速控制的PID调节器。PID的模拟表达式: M(t)=KC(1+1/Ti*fe(t)dt+Td*de(t)/de(t))

在三菱PLC中，微公和积分采用如下公式:

微分运算:[新差值E(n)-旧差值E(n-1)]÷控制周期TC

积分运算:[旧差值E(n-1)+新差值E(n)]×控制TO÷2

转速-与转速传感器频率关系的计算公式如下:

f----转速传感器信号频率

n----转速(转/分)

z----传感齿轮齿数

为更好的实现全程调速我们采用分程PID限幅

怠速时间:转速设定值 VW108=192

Zui小输出值 VW126=180

Zui大输出值 VW124=420

高速期间:转速设定值 VW108=VW212(由模拟电位器设定)

Zui小输出值 VW126=420

Zui大输出值 VW124=995

本系统中:n=1500r/mln z=128齿

这样f>3200Hz，故采用7kHz的高速计数器HSC0测量转速。停机时，将转速设定值和网缓冲器全部置0。输出限制在VW106=5上，以使PWM能够连续工作。同时使Q0.1=1，停机磁阀动作，切断油路达到停机目的。

1概述

有“矿井肺腑”之称的主通风机是煤矿的四大固定设备之一,它担负着向井下输送新鲜空气、排出粉尘和污浊气流的重任。由于井下工作现场条件恶劣,主通风机一旦发生故障,将会对整个矿区生产和安全造成重大影响,故而有必要建立一套功能完善的自动监控系统。原先的风机控制系统过于简单,关键参数还处于人工监测，实时动态性能差，导致精度较低,监测内容不全面,并未与调度中心信息系统通信。同时，在风机运行过程中,由于启动柜故障停电或机械故障,都将造成主通风机停机。遇到这种情况基本上都是人工手动操作,切换风机或重新启动。由于人工手动操作慢或发现事故不及时,造成矿井停风时间长,给矿井带来致命的安全隐患,易造成安全事故。因此拟采用先进、可靠的传感器、计算机技术及智能控制理论实现矿井主通风机性能及状态的在线实时监测监控,以便在生产过程中及时掌握主通风机运行参数和状态,并实现故障预警，及时检修与处理。

煤矿主通风机系统按照行业标准必须配置2组风机，其运行方式为一组工作，另一组备用。目前一组风机系统普遍装备2台电机，风量需求小时只启动一台电机，风量需求大时2台电机以对旋方式同时运行。本监控系统以PLC为核心,主要由信号监测装置、传感(变送)器、PLC、通信装置、上位机及其它设备组成,可分为风机变电站监控系统和风机本体流量、负压和振动参数等的监控系统。

2控制系统的结构

由通风机的运行特性可知：风量Q与电动机转速n在一定时段内可以认为成正比关系。因此，系统在风量的闭环控制中，采用通风机电动机的转速作为反馈量来进行风量的调节。控制原理图如图1所示。

给定的电机速度减去测量所得的实际速度n得到误差e,误差的变化率∆e=e(n)-e(n-1)。PID控制器和模糊控制器对误差和误差变化率进行分析处理。模糊控制器根据模糊推理和运算得到PID所需参数。PID控制器输出控制量u，输出直接控制变频器的输出，变频器输出相应的速度控制电机运行，得到相应的风量。

模糊PID控制器由PLC编程实现，其中控制算法如式(1)所示。

Matlab提供fuzzy可视化模糊参数编辑器，将上述模糊参数置入模糊参数编辑器中，得到相应的模糊参数结果如图3所示。使用Simubbbb对模糊PID控制器进行离线仿真，系统启动后在t=15s处加入幅值为1的干扰信号，仿真结果如图4所示。由图4可知，模糊PID控制器作用下的系统具备良好的动态性能和稳态特性，能够满足矿井通风机监控系统的要求。

5 结语

本文所述的煤矿矿井通风机监控系统已在山东济宁某煤矿投入运行。其中通风机风量控制设计采用了一种模糊PID控制系统，并运用三菱PLC FX系列PLC实现。从实际运行结果来看，不仅响应快、超调小，而且控制精度高，风机运行平稳，取得了良好的控制效果。通风机监控系统的应用减少了操作人员的劳动强度，降低了通风机系统对煤矿生产的影响，取得了良好的经济效益和社会效益，在实际应用中有很好的发展前景。