連云港海西輪胎吊改造項目PLC控制策略版本：A1頁共20頁概要系統(tǒng)概述連云港海西輪胎吊改造項目的電池房由蓄電池模組、電池管理系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)、DCDC、空調(diào)、滅火系統(tǒng)等構(gòu)成。本文件主要闡述了PLC控制系統(tǒng)的硬件配置、操作模式、電池充放電邏輯等內(nèi)容。系統(tǒng)拓撲圖如圖1所示：PLC控制系統(tǒng)拓撲圖系統(tǒng)配置電池房的主要硬件配置如下：電池房主要硬件配置序號名稱主要功能數(shù)量（套）備注1電池組主要動力單元22電池管理系統(tǒng)BMS電池管理系統(tǒng)13DC-DC變換器穩(wěn)定母線電壓，控制充放電電流14PLC系統(tǒng)控制單元，處理電池相關(guān)信息15空調(diào)控制電池房內(nèi)環(huán)境溫度26低壓控制元件硬件控制回路，通訊器件17安全設(shè)備煙感，滅火器等1PLC控制系統(tǒng)的主要硬件配置如下：PLC系統(tǒng)的主要硬件配置序號名稱主要功能數(shù)量（套）備注1PLC控制器?預(yù)設(shè)程序執(zhí)行邏輯運算、數(shù)據(jù)處理和通訊建聯(lián)，實現(xiàn)各設(shè)備的自動化控制12DIDO模塊數(shù)字量信號接入和輸出13觸摸屏實時監(jiān)控電池運行狀態(tài)14DP耦合器實現(xiàn)多DP主站的通訊15交換機網(wǎng)口擴展和數(shù)據(jù)通訊1術(shù)語與定義BMS電池管理系統(tǒng)DCDC電源變換器PLC可編程邏輯控制器HMI人機交互觸摸屏參考的文件參考的文件序號文件名稱文件編號1RTG通信協(xié)議-2蓄電池采購技術(shù)規(guī)范-3滅火系統(tǒng)通訊協(xié)議-4輪胎吊絕緣檢測技術(shù)協(xié)議-5連云港新東方輪胎吊改造原理圖-6連云港新東方集裝箱碼頭有限公司2臺輪胎式龍門吊（輪胎吊）電池組升級改造合同-系統(tǒng)操作模式本系統(tǒng)操作模式分為自動模式、手動模式和應(yīng)急模式三種；自動模式是一種通過接收司機室遠程控制信號實現(xiàn)設(shè)備自動運行的工作模式。手動操作是一種通過本地操作箱按鈕進行手動操控的工作模式。應(yīng)急操作是一種在電池組出現(xiàn)故障時，用于手動切換至旁路模式維持系統(tǒng)運行的工作模式。司機室操作模式（自動模式）司機室操作流程，當電池房操作箱選擇開關(guān)“就地/遠程”選擇在“遠程”時，在混合動力系統(tǒng)沒有故障，系統(tǒng)急停正常，無火災(zāi)報警，無電池房溫度過高的情況下，司機室按下“電池啟動”按鈕，則正常模式的啟動順控流程啟動開始。電池房PLC收到電氣房發(fā)出的啟動信號后向BMS發(fā)出電池投入信號，BMS接收到電池房PLC發(fā)來的投入信號1.5秒，并且硬線投入信號為持續(xù)高電平，BMS控制接觸器KM1、KM2閉合，電池房PLC收到BMS發(fā)出的“系統(tǒng)運行中”15秒后，運行DC-DC系統(tǒng)，當DC-DC系統(tǒng)發(fā)出“運行中”信號后，整機輔助電源上電。司機室觸摸屏上電池啟動指示燈常亮，此時電池系統(tǒng)正常投入運行，設(shè)備開始作業(yè)。司機室操作流程示意圖如圖2所示：司機室操作流程圖電池房操作模式（手動模式）電池房操作流程，當電池房操作箱選擇開關(guān)“就地/遠程”選擇在“就地”時，在混合動力系統(tǒng)沒有故障，系統(tǒng)急停正常，無火災(zāi)報警，無電池房溫度過高的情況下，在操作箱按下“動力系統(tǒng)合閘”按鈕，則正常模式的啟動順控流程啟動開始。BMS接收到電池房PLC發(fā)來的投入信號1.5秒，并且硬線投入信號為持續(xù)高電平，BMS控制接觸器KM1、KM2閉合，電池房PLC收到BMS發(fā)出的“系統(tǒng)運行中”10秒后，運行DC-DC系統(tǒng)，當DC-DC系統(tǒng)發(fā)出“運行中”信號后，整機輔助電源上電。操作箱上電池啟動指示燈閃爍，此時電池系統(tǒng)正常投入運行，設(shè)備開始作業(yè)。電池房操作流程示意圖如圖3所示：電池房操作流程圖應(yīng)急操作模式（應(yīng)急模式）當電池系統(tǒng)某一組電池出現(xiàn)故障時，先將電池房操作箱選擇開關(guān)“就地/遠程”選擇在“就地”，然后在電池房操作箱上將“正常/旁路”鑰匙開關(guān)打到“旁路”位置，再將電池組選擇在“電池組1”或“電池組2”，根據(jù)工況按需啟動柴發(fā)（按下“柴油發(fā)動機啟動”按鈕），再按下操作面板的“動力系統(tǒng)合閘”按鈕，系統(tǒng)合閘順序與正常運行時相同。當電池系統(tǒng)兩組電池均出現(xiàn)故障時，可直接啟動柴油發(fā)電機組，對整機供電，可應(yīng)急完成移機工作。應(yīng)急模式操作流程示意圖如圖4所示：應(yīng)急模式操作流程圖 注：以上應(yīng)急操作，各機構(gòu)必須低速運行，同時PLC發(fā)送[起升下降減速]信號給電氣房PLC。電池系統(tǒng)的控制策略自動模式下電池系統(tǒng)的啟動由電氣房控制，電氣房發(fā)出電池啟動信號后，電池房24V控制電源接通，電池房的PLC系統(tǒng)、BMS系統(tǒng)、交換機等設(shè)備上電。系統(tǒng)上電完成后BMS和PLC系統(tǒng)進行自檢，BMS系統(tǒng)自檢成功后，BMS向PLC發(fā)送[自檢成功]狀態(tài)標志位后，電池系統(tǒng)進入待機狀態(tài)。涉及的通訊接口序號信號流數(shù)據(jù)名稱數(shù)據(jù)內(nèi)容備注1BMS→PLC生命信號生命信號應(yīng)周期性累加生命信號不跳變或丟失2BMS自檢狀態(tài)0=未自檢，1=自檢中，2=自檢成功，3=自檢失敗3BMS硬件故障主從通信異常電池的投入自動模式下的電池投入流程當電池房操作箱選擇開關(guān)“就地/遠程”選擇在“遠程”，系統(tǒng)無異常時，司機室按下“電池啟動”按鈕，遠程模式的啟動順控流程開始。有電的情況可直接啟動電池投入，沒有電的情況下，先啟動柴油發(fā)電機再啟動電池組。電池房PLC收到電氣房發(fā)出的啟動信號后向BMS發(fā)出電池投入信號，BMS接收到電池房PLC通訊發(fā)來的[投入信號]（1.5s），并且硬線信號[IN0投入信號]（持續(xù)電平信號）為高電平，BMS控制接觸器KM1閉合、KM2閉合，發(fā)送[主正接觸器KM1狀態(tài)]、[主負接觸器KM2狀態(tài)]，充放電回路閉合，可以充放電。手動模式下的電池投入流程當電池房操作箱選擇開關(guān)“就地/遠程”選擇在“就地”，系統(tǒng)無異常時，在操作箱按下“動力系統(tǒng)合閘”按鈕，本地模式的啟動順控流程啟動開始。有電的情況可直接啟動電池投入，沒有電的情況下，直接啟動柴油發(fā)電機再啟動電池組。“動力系統(tǒng)合閘”按鈕按下后，PLC向BMS發(fā)出電池投入信號，BMS接收到電池房PLC通訊發(fā)來的[投入信號]（1.5s），并且硬線信號[IN0投入信號]（持續(xù)電平信號）為高電平，BMS控制接觸器KM1閉合、KM2閉合，發(fā)送[主正接觸器KM1狀態(tài)]、[主負接觸器KM2狀態(tài)]，充放電回路閉合，可以充放電。涉及的通訊接口序號信號流數(shù)據(jù)名稱數(shù)據(jù)內(nèi)容備注1PLC→BMSIN0投入信號0切除，1投入硬線信號2電池投入信號0切除，1投入1.5秒狀態(tài)不切換3BMS→PLC主正接觸器KM1狀態(tài)0閉合，1斷開電池組1、24主負接觸器KM1狀態(tài)0閉合，1斷開電池組1、2電池投入流程示意圖如圖5所示：電池投入流程圖電池的切除自動模式下的電池切除流程當電池房操作箱選擇開關(guān)“就地/遠程”選擇在“遠程”時，電池房PLC收到電氣房的電池切除信號后，PLC向BMS發(fā)送切除信號：通訊[切除信號]（1.5s）或者[IN0投入信號]（持續(xù)電平信號）為低電平，BMS控制接觸器KM1斷開，KM2斷開，發(fā)送[主正接觸器KM1狀態(tài)]、[主負接觸器KM2狀態(tài)]，充放電回路斷開，不可以充放電。手動模式下的電池切除流程當電池房操作箱選擇開關(guān)“就地/遠程”選擇在“就地”時，手動按下“動力系統(tǒng)分閘”按鈕。PLC向BMS發(fā)送切除信號：通訊[切除信號]（1.5s）或者[IN0投入信號]（持續(xù)電平信號）為低電平，BMS控制接觸器KM1斷開，KM2斷開，發(fā)送[主正接觸器KM1狀態(tài)]、[主負接觸器KM2狀態(tài)]，充放電回路斷開，不可以充放電。涉及的通訊接口序號信號流數(shù)據(jù)名稱數(shù)據(jù)內(nèi)容備注1PLC→BMSIN0投入信號0切除，1投入硬線信號2電池投入信號0切除，1投入1.5秒狀態(tài)不切換3BMS→PLC主正接觸器KM1狀態(tài)0閉合，1斷開電池組1、24主負接觸器KM1狀態(tài)0閉合，1斷開電池組1、2電池切除流程示意圖如圖6所示：電池切除流程圖電池充電策略當電池電量過低（SOC≤35%）時，PLC收到BMS發(fā)送的[充電請求]信號，同時根據(jù)將電池充電參數(shù)[充電電壓限制值]和[充電電流限制值]發(fā)送給DCDC，啟動柴油發(fā)動機，柴發(fā)啟動后啟動DCDC對電池進行充電，當電池電量較高（SOC≥90%）時，BMS發(fā)送的[充電請求]信號復(fù)位，停止柴發(fā)和DCDC，充電結(jié)束。電池充電流程示意圖如圖7所示：電池切除流程圖故障處理系統(tǒng)故障分為兩個等級，嚴重故障時需要斷開電池主回路、DCDC停機、柴發(fā)停機，PLC輸出異常報警并上傳HMI記錄；輕微故障時采取相應(yīng)措施并需要上傳HMI記錄。系統(tǒng)報警信息如表7所示：系統(tǒng)報警信息一覽表序號故障描述系統(tǒng)狀態(tài)處理意見備注1電池房急停設(shè)備斷電，手動復(fù)位檢查開關(guān)狀態(tài)和信號線2主機急停設(shè)備斷電，手動復(fù)位檢查主機急停回路3電池房火災(zāi)系統(tǒng)一級報警設(shè)備斷電，手動復(fù)位排除故障，復(fù)位4電池房火災(zāi)系統(tǒng)二級報警設(shè)備斷電，手動復(fù)位排除故障，復(fù)位5DCDC系統(tǒng)故障設(shè)備斷電，手動復(fù)位查看DCDC故障代碼，根據(jù)手冊做處理6BMS一級故障報警故障電池柜斷電，手動復(fù)位查看ECU報警信息，根據(jù)BMS故障處理措施排查故障7BMS二級故障報警觸摸屏報警，自動復(fù)位查看ECU報警信息，根據(jù)BMS故障處理措施排查故障8電量過低觸摸屏報警，自動復(fù)位旁路合閘，啟動柴發(fā)充電9電池房溫度過高報警觸摸屏報警，自動復(fù)位檢查空調(diào)是否正常工作10柴發(fā)運行監(jiān)測報警觸摸屏報警，自動復(fù)位檢查柴油發(fā)電機狀態(tài)11空調(diào)運行狀態(tài)監(jiān)測報警觸摸屏報警，自動復(fù)位查看空調(diào)報警故障碼12溫濕度報警觸摸屏報警，自動復(fù)位查看溫濕度報警故障碼數(shù)據(jù)監(jiān)控與處理PLC作為整個混合動力系統(tǒng)的控制核心，承擔實時決策、多設(shè)備協(xié)同和安全監(jiān)控職責，通過多總線架構(gòu)實現(xiàn)全系統(tǒng)聯(lián)動控制。功能概述PLC負責與RTG、雙向DCDC、工控機、HMI、BMS、溫濕度傳感器、消防系統(tǒng)、空調(diào)和蓄電池充電器等進行通信并控制運行，實現(xiàn)電池儲能單元直接供電滿足大車機構(gòu)、小車機構(gòu)和起升機構(gòu)的運行和空調(diào)、照明、通訊供電等的功能要求。系統(tǒng)拓撲圖如圖8所示：PLC控制系統(tǒng)拓撲圖通訊接口由圖8所示，PLC系統(tǒng)具有ProfibusDP、Profinet和ModbusRTU三種通訊接口，滿足與不同設(shè)備、多種通訊協(xié)議進行數(shù)據(jù)交互的功能需求。PLC與各設(shè)備的通訊協(xié)議羅列如下：PLC涉及的通訊接口序號設(shè)備名稱通訊方式通訊參數(shù)備注1RTGProfibusDP地址5，波特率1.5MbpsRTG輸出遠程控制信號控制系統(tǒng)運行，同時電池房PLC也會將系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)（SOC、電壓、電流等）上傳至RTG2GD800ProfibusDP地址3，波特率1.5Mbps3HMIProfinetIP:192.168.20.30顯示PLC采集的設(shè)備數(shù)據(jù)；用以電池系統(tǒng)檢測，可監(jiān)控和修改系統(tǒng)控制和部分核心參數(shù)，并顯示電池管理系統(tǒng)功能描述中的各項參數(shù)及系統(tǒng)故障信息等。4消防系統(tǒng)ModbusRTU波特率9600bps站號18，N，1監(jiān)控消防系統(tǒng)的信號和狀態(tài)5ECUModbusRTU波特率9600bps站號28，N，1ECU是電池管理系統(tǒng)的主控；用于電池控制信號交互和電池信息（電流、電壓、溫度、位置和報警等參數(shù)）采集。6空調(diào)1ModbusRTU波特率9600bps站號38，N，1空調(diào)自動運行，控制電池房環(huán)境溫度、濕度。PLC采集其運行狀態(tài)、溫濕度數(shù)據(jù)和報警信息等。7空調(diào)2ModbusRTU波特率9600bps站號48，N，18溫濕度傳感器ModbusRTU波特率9600bps站號58，N，1用于采集電氣房的溫濕度信息。9蓄電池充電器ModbusRTU波特率9600bps站號68，N，1蓄電池充電器在系統(tǒng)供電時給啟動電池充電，PLC采集其充電參數(shù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)展示人機交互界面HMI具有顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)、設(shè)備關(guān)鍵數(shù)據(jù)、修改設(shè)定參數(shù)、展示報警信息和記錄設(shè)備運行數(shù)據(jù)等功能；交互界面由系統(tǒng)框圖、電池狀態(tài)、系統(tǒng)狀態(tài)、運行曲線、故障列表和使用說明等畫面組成。HMI畫面如圖9-圖14所示：HMI-系統(tǒng)框圖上圖描述混動系統(tǒng)的能量流向以及部分系統(tǒng)運行參數(shù)。HMI-電池狀態(tài)電池柜平均電量：兩個電池柜的平均電量；電池柜連接電量：兩個電池柜合閘后，電量總和；電池柜1運行：綠燈表示電池柜1已連接；電池柜2運行：綠燈表示電池柜2已連接；最高充電電壓：BMS根據(jù)內(nèi)阻、環(huán)境溫度等計算出的允許最高充電電壓；最低充電電壓：BMS根據(jù)內(nèi)阻、環(huán)境溫度等計算出的允許最低充電電壓；最大充電電壓：BMS根據(jù)內(nèi)阻、環(huán)境溫度等計算出的允許最大充電電流；最大放電電壓：BMS根據(jù)內(nèi)阻、環(huán)境溫度等計算出的允許最大放電電流；最高電芯電壓：兩個電池柜中電壓最高的模組電壓；最低電芯電壓：兩個電池柜中電壓最低的模組電壓；最高電芯溫度：顯示單體電芯的最高溫度；最低電芯溫度：顯示單體電芯的最低溫度；單柜參數(shù)：電量、電壓、電流等；HMI-系統(tǒng)狀態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)：顯示系統(tǒng)合閘、電池柜選擇等狀態(tài)；母線側(cè)電壓：DCDC檢測元件檢出的母線側(cè)電壓值；電池側(cè)電壓：DCDC檢測元件檢出的電池側(cè)電壓值；電池側(cè)功率：DCDC檢測元件檢出的電池側(cè)功率值；充電電流：DC