王燕妮，赵大奇，李传伟

1.威海市立医院，山东 威海 264200；

2.泰安市中心医院，山东 泰安 271000；

3.威海职业学院，山东 威海 264210

医院应急发电机组控制系统的PLC改造

王燕妮1，赵大奇2，李传伟3

1.威海市立医院，山东 威海 264200；

2.泰安市中心医院，山东 泰安 271000；

3.威海职业学院，山东 威海 264210

本文阐述了采用PLC控制系统对医院应急发电机组控制系统进行改造的过程，介绍了采用PCL控制的医院应急发电机组控制系统的硬件及软件设计过程，改造后的医院应急发电机组控制系统的稳定性、灵敏性和可靠性都有了明显提高。

应急发电机组；PLC控制系统；停机保护

0 前言

为了降低医疗风险，保证服务质量，医院一般都备有应急发电机组。我院使用的应急发电机组原先采用继电控制系统控制，综合性能较低。为了提高系统的可靠性、灵敏性和稳定性，我院（威海市立医院）决定采用可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）替代原来的继电器控制发电机组，报道如下。

1 应急发电机组控制系统

我院使用的自动化应急发电机组是20～2000 kW柴油发动机组，柴油机为135系列，原先采用继电控制系统控制。主要用途是在电网失电时，控制柴油机自行启动和运行，应急发电，向急诊室、手术室等重要科室供电[1-3]。

应急发电机组控制系统工作过程：主电网停电，自动发电系统启动5 s，停止5 s；再启动5 s，停止5 s，连续循环启动3次，其中只要1次启动成功，系统就会满速运转；系统具有启动失败报警功能，如果3次启动都不成功，系统则会进行声光报警。

控制系统具有自我保护功能，当柴油机水温、润滑油温和压力超过设定值时，保护系统会发出报警直至柴油机自动停机。当主电网恢复供电时，系统将会自动停机并恢复到预启动状态，为下一次重新启动做好准备。

但继电控制系统的可靠性、灵敏性和稳定性不足，故我院采用PLC控制系统对自动化应急发电机组控制系统进行改造。

2 PLC控制系统的设计思路

应急发电机组采用蓄电池启动，柴油机点火运行即升至额定转速，带动发电机进行发电。本着节俭原则，通过对原控制系统工作原理进行分析，找出系统原来的检测元件、执行机构、信号指示装置等留用，通过分析各元件之间的逻辑关系，利用PLC对原控制系统进行改造。选用价格便宜、性能稳定的西门子S7-200系列PLC，利用西门子Step7编程软件编写应急发电机组的自动启动、停止、自动合闸与分闸、故障报警等程序。

3 PLC控制系统的硬件设计

PLC控制系统主要由3部分组成：① 输入部分，主要包括传感部件，即现场检测部件和各种控制按钮；② 控制主体部分，即功能部件PLC；③ 输出部分，即各种执行机构和指示信号[4-6]。

3.1 PLC的选用及I/O地址的分配

PLC具有很强的抗干扰能力，软件程序容易修改，硬件线路连接简单，工作环境要求不高，具有很高的定时精度，便于构成友好的人机界面。通过分析应急发电机组的控制要求，系统需要13个输入点，主要是各种传感器转换开关量；10个输出点，也主要是开关量。选用的是西门子S7-200系列PLC-CPU226，具体输入输出地址分配，见表1。

3.2 硬件电路设计

根据应急发电机组的控制要求及运行特点，基于S7-200系列PLC及其控制硬件构建的自动控制系统电路图，见图1。

图1 应急发电机组PLC控制系统电路图

C1为应急发电机组电压检测接触器，发电机产生电压，则C1有电，所对应的常开触点闭合，输入点I1.1获得信号；C2为用于检测主电网是否有电的线圈，主电网失电，则C2失电，所对应的常开触点断开，PLC输入点I1.0为0，则KM1线圈得电，KM1常开触点闭合，开始启动应急发电机组；C3是应急发电机组启动接触器；P1是油压力传感器，若运转中应急发电机滑油低压，PLC输入点I0.4为1，系统将执行安全保护程序，同时油压失压指示灯亮，发出报警信号；P2是水压力传感器，若运转中应急发电机冷却水低压，KM8线圈得电，PLC输入点I0.5为高电平1，系统将执行安全保护程序；T1是冷却水温度传感器，若运转中应急发电机冷却水高温，PLC输入点I0.7为高电平1，系统将执行安全保护程序，同时Q1.0有输出，水温过高指示灯亮；T2是油温度传感器，若运转中应急发电机滑油高温，KM7线圈得电，PLC输入点I0.6为高电平1，油温过高指示灯亮，发出报警信号，系统将执行安全保护程序；KM1～KM8都是中间继电器。

4 PLC控制系统的软件设计

应急发电机组PLC控制系统的程序主要有启动控制程序、安全保护控制程序和停机控制程序。

4.1 启动控制程序

程序启动控制有3种方式：手动、自动和模拟运行，任一方式都允许3次重复启动。应急发电机组启动控制流程图，见图2。

图2 应急发电机组启动控制流程图

（1）自动模式启动控制流程。当系统接收到主电网失电信号，即C2线圈失电时，就会发出启动信号，I1.0为1，KM1线圈得电，KM1线圈触点闭合，启动应急发电机组并发出交流电。根据控制要求，在5 s内发电机输出380 V交流电，启动接触器C3获电，主开关合闸向应急电网供电；同时监控报警系统投入工作，即5 s内启动不成功则停止启动信号5 s，然后再次启动。间隔时间为10 s（共允许重复3次），30 s内如果还启动不成功则终止启动，发出启动失败报警信号。

（2）手动模式启动控制流程。操作者通过接通手动按钮发出启动信号，发电机成功发出380 V交流电后手动合闸供电，其他控制过程和自动模式相同。

表1 PLC输入/输出地址分配

（3）模拟运行方式启动控制流程。与手动、自动基本相同，只是不合闸对外供电，应急发电机组运行2 min后自动停止。

4.2 安全保护控制程序

为了保证系统稳定安全运行，系统软件设有安全保护程序，具体功能是采集相应监测传感器送到输入点的报警信号（油压失压、水压低、油温高、水温高等），经过程序运行，发出报警信号并进行停机保护。对于不会立即出现危险的故障，发出声光报警信号，用来提示操作人员；对于可能会出现危险的故障，除了发出声光报警信号，还会立即自动启动停机保护。故障排除之后，需要操作停车复位开关才能重新启动系统运行[7-8]。应急发电机组安全保护控制程序图，见图3。

图3 应急发电机组安全保护控制程序图

4.3 停机控制程序

应急发电机组在启动失败、主电网恢复供电等6种情况下应及时停机。自动启动指令发出，5 s后发电机仍未正常工作，此时应停机5 s，继而进行下一次启动；如果系统连续启动3次，仍未启动成功，应彻底停机。当电网恢复正常供电，系统应进行2 s延时，以确定供电状态恢复是否正常，而后KM5线圈得电，进行分闸控制，发电机系统延时空载运行1 min后正常停机。其他情况如模拟运行试验启动成功后，发电机运行2 min后停机；当冷却水温过高、柴油机滑油低压时，系统运行延时1 s后停机；手动操作停止开关能立即停机。应急发电机组停机控制程序图，见图4。

图4 应急发电机组停机控制程序图

5 结语

将应急发电机组的原继电器控制系统改造为PLC控制系统，有效地提高了系统的灵敏性、可靠性、稳定性，同时实现了自动运行和手动控制运行的按需切换，系统运行情况良好，实现了设计目的。

[1] 高树柏．船舶应急发电机自动控制系统的研究[D]．大连:大连海事大学,2012:11．

[2] 龚世雄．医院的应急电源系统配置方案浅析[J]．山西建筑, 2009,(34):187-188．

[3] 王云华．船舶应急发电机基于PLC的自动控制系统的设计[J]．航海技术,2010,(2):63-65．

[4] 章丽芙．PLC自动控制综合实验系统设计[D]．南京:东南大学,2006．

[5] 刁乃新．浅谈对PLC自动控制系统可靠性的认识[J]．科苑论谈,2009,(24):13．

[6] 郭东旻．降膜蒸发器的节约式PLC自动控制系统设计[D]．大连:大连理工大学,2013．

[7] 谭慧明．PLC自动控制在医院污水处理系统中的应用[J]．微计算机信息(测控自动化),2004,(8):17-18．

[8] 舒宇．基于PLC的花卉温室自动控制系统研究[D]．昆明:云南大学,2013．

PLC Reconstruction of the Control System of Hospital Emergency Generating Set

WANG Yan-ni1, ZHAO Da-qi2, LI Chuan-wei3
1.Weihai Municipal Hospital, Weihai Shangdong 264200, China; 2.Taian Central Hospital, Taian Shangdong 271000, China; 3.Weihai Vocational College, Weihai Shangdong 264210, China

This paper described the reconstruction process of the control system of hospital emergency generating set by using programmable logic controller (PLC) control system, and introduced the hardware and software design processes of hospital emergency generating set controlled by PLC. The stability, sensitivity and reliability of the reconstructed hospital emergency generating set have been improved.

emergency generating set; PLC control system; shutdown protection

TM571.6+1

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.07.046

1674-1633(2014)07-0123-03

2014-03-18

作者邮箱：sdwhlcw69@163．com