基于PLC的蓄电池充放电控制系统设计

1、基于PLC的蓄电池充放电控制系统设计1控制要求(1) 能够以四种不同方式给蓄电池充电：a) 全充电：充电方式及参数见表1；b) 平常充电：与全充电前五个阶段相同，只是第六个阶段只需检测 到过度电压在2.382.44 V之间即可停止充电，不再需要稳定2h;c) 补充充电：以200A/h给蓄电池充电，当检测到过度电压在 2.382.44 V之间后稳定2h即可停止充电；d) 再充电：以200A/h给蓄电池充电，当检测到过度电压在2.382.44 V之间后稳定4h即可停止充电。梵电幕敷Tibk 1 C barging p-aramftn号先电电池(A)过电电压1“0021000380023B -2.4

2、4A四5五40062W2h卜披(2) 根据具体使用情况在触摸屏上设定不同的放电时率和放电电流，当检测到蓄电池的电压不大于终止电压时停止放电。具体设定放电时率和放电电流见表2.雄电手數序号Jtt理时爭(h)/ - 2 =_ (Ah)平均电压(V)1 (V)7.510007SM.9j1.70rA-108003000.M1.75321400S4001.S7l.?545010000：TOI 80(3) 有手动、自动操作功能，可相互切换2硬件设计和工作原理（1）系统组成：主要由S7-200系列PLC、模拟量扩展模块（4输入， 1输出）、触摸屏、调压吸收板、平衡电抗器、整流管、霍尔传感器、 分流器、三相交

3、流模块、稳流板、大功率变压器、放电单元等组成。（2）主要器件功能简介：三相交流模块由六只晶闸管构成，采用数字移相控制电路使触发准确可靠，再通过外围控制电路改变其导通 角，即可获得所需的电压。它的工作原理是利用放在磁场中的霍尔元 件产生感应电压的霍尔效应，将电流、电压转换为电信号。电压反馈 与电流反馈采用两套独立电路，互不影响，并且可通过外加电平实现 自动转换。霍尔传感器的优点是转换系数高，有电气隔离作用，响 应速度快，使设定电压（010V）与输出电压与电流成较好的线 性对应关系（非线性度不大于5%）,克服了晶闸管移相角度与输出电 压非线性的缺点。而且还缩短了控制电路与移相电路、 主电路的信号

4、传输距离，有效降低了外部干扰，从而提高了三相交流模块的控制精 度（晶闸管控制曲线上线性度较好的范围内，恒压在100V350V,恒流约在35%75%最大设定电流，稳压精度在0.5%,稳流精度在1% 之内，在线性度较差的范围内，稳压精度不大于1%,稳流精度不大于2%）对提高整机性能有很大好处。在电网变化士20%的情况下，输出变化（调整范围内）不大于士1%。三相交流模块具有多种保护功能一过流、过热、缺相保护功能一使模块应用更为 安全、方便。 三相交流模块以其控制电路精度高，平衡性好，工作 电压范围宽，抗电流冲击性能好，安装使用简单，可靠性高，体积小，免维护等特点，非常适合用作蓄电池充电的执行机构。

5、西门子公司生 产的S7-200系列PLC主要由主机（基本单元）、I/O扩展单元、功能 单兀（模块）和外部设备等组成，具有结构紧凑小巧、可靠性咼、运 行速度高、功能齐全等优点。本设计中选用的型号是CPU224,是以微处理器为核心的PLC主板，具有完全意义的控制、运算、存储功 能。设有RS-485通信口，具有PPI、MPI通信协议和自由口通信能 可与上位机通讯。集成了 14个输入点，10个输出点。可连接7个扩 展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。本设 计中连接的是具有4个输入点，1个输出点的EM235模块，其10M Q 的输入阻抗，12位的分辨率和多种输入、输出范围能够

6、不用外加放 大器而与传感器直接连接，输出010V的信号可直接控制三相交流 模块和稳流板。（3）硬件系统框图如图1所示。所有参数设定以及充放电操作均在 触摸屏上完成，所有状态和数据均在触摸屏上显示，并通过RS485数 据线与主处理器（PLC）连接。由于对充电的电流、电压精度要求高， 在理论设计上引入了数字式PID控制模式，其控制系统原理框图如图2所示r-fe(t)t u(t) ivi win Ian n riBiM wif-ipi Firm m iia hi ivi ! m hirih fii旅电冋蹄匡1烛件隹恍柿图Fig 1 Bhk dim彗泣u ofc(t)由图2可知PID控制是一种线性控制

7、，给定值与实际输出值构成控制 偏差：u=Kp卜D + （的十笃将偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）通过线性组合控制被控对 象，其控制规律为:式（2）中Kp是比例系数；T1是积分时间常数；T D是微分时间常 数。系统使用的PLC控制实际是一种采样控制，只能根据采样时刻 的偏差值计算控制量，因此式中的微分和积分项不能直接使用，需要进行离散化处理。以一系列的采样时刻kT代表连续时间t,以和式代替积分，及增量代替微分可做如下近似变换：(k-01.2-),肉财=Tye(/7)3)腔T梅収h(2)式和(3)式書幷町得：u(k) = Kp e(k)+ re(j)+ 半丽T-l)*J 丿6-(4)式(4

8、)中，k是采样序号，T为采样周期；u (k)是第k次采样时刻 的PLC输出值；e (k)是第k次采样时刻输入的偏差值；e (k-1)是第k-1 次采样时刻输入的偏差值。至此得到了比较理想的控制函数和输出 值。PLC的输出值再控制执行机构给蓄电池充电。首先通过模拟量扩 展模块和霍尔传感器采集蓄电池当前电压、电流，根据所检测电压值的大小来控制三相交流模块的输出电压，再经过大功率的变压器(22kW)和整流管将电压调至所需的直流2.38V2.44V。而连接PLC 和三相交流模块的稳流板时刻比较输入、输出值，根据输出值的变化及时调整输入值，整个充电过程采用了带反馈的稳 压、稳流的充电方式，形成闭环控制回路，既保证动态响应速度又保 证了充电电压准确可靠。放电过程和充电过程在控制电路的设计上是 一样的，只是在放电回路中设计了几种不同的大功率的负载，通过控 制几种不同的大功率负载和蓄电池的连接实现不同时率的放电功能。3软件设计在软件设计中，PID控制算法流程图