1 引言
随着通信、能源、信息高速公路、计算机数据中心等事业的飞速发展,作为应急电源的蓄电池系统用量迅猛增加。蓄电池的安全可靠运行直接关系到该部门整套设备的可靠运行。因此,蓄电池组的管理和维护也成为设备系统中一个重要组成部分[1-3]。
目前对由多只蓄电池串联而成的一组蓄电池系统,其所配充电设备及电池保护系统只对整组电池进行充电和保护,只能保证
在使用过程中整组电池的总电压值不高于发生过充电的最高电压值及不低于发生过放电的最低电压值。但由于单只蓄电池的内阻、自放电、容量等性能的不均匀性,在使用过程中,特别是在极限电压使用时,个别蓄电池会发生过充电或过放电的情况,时间一长,这些电池就会提前损坏,损坏后的电池又会影响其它蓄电池,从而造成整个蓄电池组的过早损坏。因而,我们有必要设计一套使用快捷、优质的蓄电池维护和测试设备,使得既可保证蓄电池组中每只蓄电池均能“充满”,又能保证每只电池不会发生过充电或过放电情况,从而提高了电池组容量的有效利用率及每只电池的使用寿命。
2 系统总体方案设计
2.1 系统的组成
本课题设计的智能蓄电池维护系统主要由RSView32组态软件、整流设备以及罗克韦尔CompactLogix PLC组成。其系统电气原理框图及用户端子接线图如图1和图2所示:
该装置可以为我们提供蓄电池容量测试、蓄电池激活、记录功能、性能曲线及趋势图、数据库功能、用户界面、网络功能、打印功能、以及易操作的人机界面(主画面、实时曲线画面及历史曲线画面)等功能。
2.2 系统的工作原理
如图1所示,图中QF为动力电源开关,QF1为控制电源开关,QF2蓄电池电源开关。L1、L2、L3、N为输入三相四线制电源的输入端。B-、B+为蓄电池组的接线端。DCL(Direct Communications Link)为整流设备与蓄电池组之间的通信系统。
当蓄电池维护系统启动时,PLC与整流设备之间通过串行通信端口进行通讯传递信息;PLC与PC之间通过Ethernet/IP进行通讯传递信息,把采集到的信息反馈到人机界面上。操作人员根据反馈上来的蓄电池充、放电信息,可以调用到充、放电实时监控界面,观测充、放电过程,并参照蓄电池参数手册,设置或修改充、放电参数及充、放电时间等。操作人员也可以通过反馈上来的信息控制QF、QF1、QF2的开通和关断,进而控制蓄电池的充、放电过程。这样可以保证蓄电池组不会过充电、过放电或温度补偿不适合等情况,提高了蓄电池组容量的有效利用率及蓄电池的使用寿命。
2.3 CompactLogix的硬件软件连接
CompactLogix提供了一个从单机到分布式应用系统的解决方案,控制器不仅具有较强的处理性能,支持多达30个本地1769 I/O模块,还内置有可进行实时I/0控制的Ethernet/IP、ControlNet网络接口,与包括1769 I/O模块在内的多种I/0模块一起实现分布式I/0扩展。
本系统中使用CPU型号为1769-L43,其软件环境为RSLogix5000编程软件包,上位机监控软件通过Ethernet/IP总线与PLC通信以监控系统运行。EtherNet/IP是一种适用于工业环境的通信系统,具有广泛的优越性。EtherNet/IP不仅解决了设备间的一致性问题,而且使得采用EtherNet/IP组建的控制网络可以较容易地集成到Internet/Intranet上,可以通过Internet来管理整个企业网[4]。
3 人及界面设计
RSView32是基于组件集成并用于监视和控制自动化设备和过程的人机界面监控软件。其功能丰富,利用RSView32可以广泛的和不同的PLC-包括第三方的PLC建立通讯连接,建立广阔的监控应用[5]。本系统即采用RSView32软件设计监控界面。
3.1 主界面操作设计
主界面可分为:(1)子界面操作部分。(2)放电参数设置部分。(3)放电过程相关信息部分(4)充电参数设置部分。(5)充电过程相关信息部分。(6)运行方式选择部分。
(1) 界面操作部分
界面操作部分位于主界面的正上方,其功能为实现对子界面的调用,退出系统等功能。主界面初始状态如图3所示。
(2) 放电参数设置及放电过程信息部分
该部分位于主界面左上方,主要是对放电过程参数进行设置,在此可以对电池组的额定容量,额定电压,放电倍率,放电终止电压(单节)以及放电深度进行设置。并可通过“放电参数参考数据”取得相应的可供参考的参数。当结束了对放电参数的设置,就可以进行对蓄电池组的放电了。放电过程相关信息部分位于主界面的最右侧,主界面放电状态如图4所示。
(3) 充电参数设置及充电过程信息部分
该部分位于主界面的左侧中下部,主要是对充电过程参数进行设置,在此可将将充电过程分为三个阶段。可分别设置各阶段的充电倍率、充电时间、充电终止电压和充电循环次数及点击“充电参数参考数据”取得相应的可供参考的参数。当结束了对充电参数的设置,就可以进行对蓄电池组的充电了。充电过程相关信息部分位于主界面的左侧中部,主界面充电状态如图5所示。
3.2 子界面操作举例
(1) 放电实时曲线
图6为实时放电曲线的操作界面,它以时间作为横坐标,以电压,电流,容量为纵坐标对电池组进行放电全过程实时监测。
(2) 充电历史曲线
图7为充电历史曲线的操作界面。此界面同样是以时间为横轴,以电压、电流、容量为纵轴。纪录历史曲线,方便用户对蓄电池进行性能比较。
3.3 人机界面主要功能
系统设计的人机界面具有以下功能:
① 蓄电池容量测试:具有可编程恒流负载进行容量测试。
② 蓄电池激活:具有可编程恒流或恒压充电,自动切换充放电。
③ 记录功能:可记录蓄电池维护期间的信息(如蓄电池的电流电压等)。
④ 性能曲线及趋势图:显示蓄电池维护期间的变量曲线(如蓄电池组的电压变化曲线、电流变化曲线、容量曲线等)。
⑤ 数据库功能:常用蓄电池的配套参数(如蓄电池充放电的电压、电流等参数)。
⑥ 用户界面:设置参数、显示参数、显示图形及观察系统的工作状况。
⑦ 网络功能:智能蓄电池测试及维护装置具有远端通讯接口(可实现遥测、遥信、摇控功能)。
⑧ 打印功能:打印完整的测试记录,包括设置信息和测试电池的性能参数。
4 结束语
本文针对目前蓄电池充电设备及电池保护系统只对整组蓄电池进行充电和保护的严重不足,利用罗克韦尔自动化相关软硬件产品,设计了一套使用快捷、优质的蓄电池维护和测试系统。该系统可以为我们提供蓄电池容量测试、蓄电池激活、记录功能、性能曲线及趋势图、数据库功能等多种功能,使得既可保证蓄电池组中每只蓄电池均能“充满”,又能保证每只电池不会发生过充电或过放电情况,从而提高了电池组容量的有效利用率及每只电池的使用寿命,因而具有重要的理论和应用价值。
参考文献:
[1] 李鹏.电力电源及蓄电池远程维护系统设计与实践[J].苏州科技学院学报(工程技术版).2010,(4):44-47.
[2] 王廷满.蓄电池维护中几个问题的实践与探讨[J].电信技术.2011,(9):08-10.
[3] 曹江海.蓄电池的维护与检测[J].通信电源技术.2012.(1):33-35.
[4] 黄允凯,谈英姿.深入浅出NetLinx网络架构 [M].北京: 机械工业出版社,2009.
[5] Rockwell Automation.Rsview32 User Manual [EB/OL].www.rockwellautomation.com,2008.
作者简介:张士磊(1982-),男,讲师,研究方向:现场总线技术及其应用,网络通信及其控制技术。