Стенд для исследования АКБ на базе ПЛК

[Кass]

Что бы в каждой теме не пояснять, чем я заряжаю аккумуляторы, создам одну тему, которая объединит все решения по автоматизации зарядки аккумуляторов с использованием свободно программируемых контроллеров (ПЛК). При этом не важно, какой именно ПЛК в какомслучае используется. Каждый может предлагать любой ПЛК, любой алгоритм, попросить что то попробовать отладить на ПЛК, может быт ьнаписать или скинуть кому то прошивку. Лично для меня это не бизнес ни разу, посему я свои прошивки могу скинуть любому желающему. Тайны из этого делать не собираюсь. В общем все кому интересна тема, включайтесь.

Я начал использовать ПЛК для автоматизации процесса заряда довольно давно, года наверное с 2004-го. Лень наверное сподвигла. Ну что бы не сидеть, не тыкать тестером в клеммы, не подключать/отключать то лампочки, то зарядки, решил было это поручить контроллеру. Благо у меня одно из предприятий занимается промышленной автоматикой, и недостатка в контроллерах нет, взял самый простой из имеющихся на тот момент, потратил минут 20 на написание алгоритма, и вперед.

Чем хороши ПЛК. Очень сильно экономят время. Почти не нужен паяльник, очень сильные средства программирования, отладки, мониторинга, диспетчеризации. Управлять всем этим можно вообще находясь хоть на другом конце света, где только есть интернет.

Поначалу в нем был CCCV с переходом на качели, потом добавил автоматические КТЦ с примерным подсчетом влитой и слитой емкости. В принципе для повседневного использования парка автомобилей было достаточно. Одна такая конструкция есть дома, другая на работе в мастерской. Рабочий автотранспорт таскает АКБ в мастерскую и там их заряжают.

Последняя конструкция сделана на контроллере, у которого 8 фетовых выходов. На выходах стоят IRF2804 (40В, 280А). Такие были выпущены для управления светодиодными лентами, прожекторами и прочей низковольтной силовухой. В общем никаких проблем там с ШИМ управлением чем угодно. В общем в коробочке 105х85 мм есть, что может потребоваться для создания любого навороченного ЗУ, хоть на один аккумулятор, хоть на 4.

Пока ЗУ со старым контроллером трудятся над старым 95Ач, подключил новый к найденному вчера супругой на лоджии трупу от переносного пускача 18Ач AGM с НРЦ 7В с копейками, что в принципе для подопытного пойдет. Поставил на ночь от лабораторного БП.

Думаю добавить сейчас в нее капельную зарядку ниже 12В, для чего нужно просто по порогу сделать изменение скважности импульсов. Импульсы уже в алгоритме есть, которые я ввел в качестве эксперимента, по которому выклыдвал все данные и логи. По умолчанию паузы 2 сек с периодим 120 сек. Можно поиграться с ШИМом. Может быть еще кто что предложит. Так как ПЛК автоматом пишет напряжение и ток, то довольно просто можно выкладывать отчеты по любым идеям.

[b-b]Текущее состояние проекта.[/b-b]

На текущее время реализовано:

- Измерение тока датчиком тока, чем реализовано и гальваническая развязка с каналом измерения.
- Регулирование ШИМ тока и напряжения, подаваемого на АКБ с любого источника питания.
- Ограничение тока при превышении температуры АКБ выше установленного предела, и отключение тока при превышении этого предела более чем на 5°С.
- Капельный режим при напряжении на батарее ниже порога.
- Реализована возможность плавного увеличения тока с возможностью дальнейшего формирование импульсов тока любой формы.
- Реализовано вычисление скорости и 2-й производной напряжения на батарее.
- Автоматическое регулирование ШИМ тока разряда на встроенный мощный резистор. Для удобства отражения на одном графике, ток разряда показывается отрицательным.
- Добавлен режим CCCV ШИМ. Заряд идет импульсами ШИМ, со средними значениями по профилям IUoU, IUI.
- Добавлен режим асимметричного заряда. Периодически в режиме заряда производится кратковременный разряд.
- Создан проект удаленной диспетчеризации через веб интерфейс. Веб SCADA (https://ru.wikipedia.org/wiki/SCADA).

Ссылка на проект http://80.240.100.86/kontar/

Пользователь:  Электротранспорт
Пароль:  111111
Язык: Русский

Аккаунт разумеется гостевой, то есть можно смотреть, строить графики, выводить отчеты, но не даст ничего включить/выключить или изменить параметры.

Проект будет постепенно наполняться.



В правом верхнем углу панели управления есть пимпочка "Графики". Там можно выбрать интересующие вас параметры, интервал и построить графики текущих параметров. Выглядит это так:



Графики периодов дней прошедших строятся в отчетах. Нужно открыть вкладку Отчеты, удерживая Ctrl кликнуть по интересующим параметрам, выбрать интервал, и выбрать вид отчета, график или экселевский файл.

На данный момент схема:

Спойлер

[Alex_Soroka]

зачем изобретать велосипед?

Вот есть : https://electrotransport.ru/index.php?topic=30669.0

[Кass]

[user]Alex_Soroka[/user], где там хоть что на ПЛК? Люди покупают отдельные логгеры, осциллографы, что бы хоть как то запечатлеть и потом проанализировать процесс. Тут же ничего не требуется. Все есть внутри маленькой коробочки.

[Кass]

Управление.

Управление и настройка производится через ноут:



Это одна из вкладок. То, что красным, можно менять по клику мыши. Тут же запись логов (кнопка выше с графиками), где писать можно любой набор данных одновременно, с записью в файл. Тут же сетевые настройки и т.п. В принципе можно высести все на СКАДу.

[Vova_n]

[user]Кass[/user],  Не улавливаю преимуществ вашей затеи, мне ещё ноут к моргалкке прикрутить, что ли, что бы она заряжать могла?
Если мне нужен лог вот только тогда я на акб накину проводки от логгера который дружит с ПК.
Весь комплект как выглядит сколько стоит?

[Кass]

[user]Vova_n[/user], работает она без ноута. Ноут нужен только для логов или изменения параметров. Можно конечно панель двустрочную одеть на контроллер, но мне удобнее так. Я согласен, что для обычного обывателя это наверное сложно. Из того, что продается, вообще никакой индикации и настроек. Это как бы для тех. кто в теме. Тут прост обольше гибкости.

Если кому то нужно пару кнопок и светодиодов, то там полно и входов и выходов свободных. Не проблема задействовать. Но для меня это скорее для исследовательской деятельности. Тут очень просто внести любой алгоритм, или переключаться между ними. Можно запустить КТЦ и включить качалку после касания верхнего порога, или моргалку, или еще один КТЦ до другого порога. В общем тут можно сделать все, что угодно, не подстраиваясь под возможности конкретного ЗУ вообще.

Вот как это выглядит в натуре без крышки:



Это контроллер ML9

[Кass]

Вот на этом древнем 2003 года контроллере работают старые ЗУ:



Это контроллер МС5.

Кстати, если кто примет активное участие в обсуждении алгоритмов, могу такой подарить с прошивкой.

[Кass]

Есть мысль еще сделать ЗУ на таком ПЛК как Canny 5 nano. Цена вопроса 2 рубля.



Вот тут его фото и описание:

http://www.canny.ru/c5nano

У меня есть комплект для разработки на Canny 7, в принципе на нем можно все отладить. К этому только нужно будет добавить феты или релюхи, что собственно не проблема. Тут и графический тач экран можно подключить, и в CAN шину авто всунуть. Я правда это брал для автомобиля, но можно использовать и в зарядках.

Есть еще у меня несколько штук вот таких без дела:



http://www.segnetics.com/pixel

Тоже можно на нем интересную штуку слепить. Стоил чтото рублей 5-6 за штуку. Сейчас не знаю сколько стоит.

[Кass]

В продолжении развития, в виду того, что последний контроллер с восьмью фетами, решил кое что усовершенствовать:

1. Сделать ШИМ регулирование тока разряда при КТЦ через фет на мощную нагрузку. П родаже есть резисторы 50 и 100 Вт на 2,2 Ом, что позволит сделать регулирование разрядного тока от 0 до 6 А. Таким образом отпадет необходимость в подборе ламп, их подключении, подвешивании. Просто задал количество КТЦ, установил ток разряда и ушел. Оно там само лечится. Ранее у меня релюхой подключалась на разряд заранее подключенная лампа (гирлянда ламп).

2. Сделать ШИМ регулирование тока. Сейчас у меня ток выставляется в источнике, а контроллер его только коммутирует. Сделав регулирование тока, можно будет использовать в качестве источника обычный минвеловский БП, к примеру на 23А. Тут есть два пути реализации, либо модулировать ШИМ выходное напряжение, либо взять управляемый от 0-10В БП и выдавать управление ему. Такие блоки у нас используются на увлажнителях.

3. Подключить накладной термистор, который будет сообщать контроллеру температуру аккумулятора, что позволит сделать температурную коррекцию.

Что еще можно сделать?

[ИС-Х]

1. Все равно же придется измерять ток для ООС на шунте или иначе, так зачем тогда мощные резюки, если можно проще - лампой с замкнутой петлей регулирования?
2. Опять же п.1.   Вы хотите взять источник напряжения MeanWell и превратить его в ШИМ-источник тока?
3. В далеких 80-х я опускал в одну их банок стеклянную трубочку с запаянным внутри датчиком и по нему корректировал бортсеть самодельным регулятором (тогда это называлось "электронный реле-регулятор").
Какой коэффициент изволите применить? На ток или напряжение?

[Кass]

1. Варианта два: можно не измерять, а ввести переменную сопротивления Rн, и от нее легко просчитать заполнение ШИМ в зависимости от напряжения на батарее, либо можно измерять напряжение в момент открытия фета на нем, как у меня считает ток сейчас. Заранее откалибровав значение сопроьивления на фете получаю ток. Но тут я склоняюсь к первому варианту. К примеру на батарее под нагрузкой 12.5В, нагрузка 2.2 Ом, а нужен ток 3А. При 100% заполнении ток будет 5,68А, а 3А получим при заполнении 52,8%.

2. Если брать источник не управляемый, то ШИМ делается фетом в контроллере. Тут ток придется измерять по падению на фете. Я уже на один выход написал такой алгоритм, нужно будет время, что бы отладить. Тут нужно будет посмотреть, что будет выдавать АЦП контроллера на ШИМ.  Возможно придется интегрировать его показания.

3. На максимальное напряжение коррекция. Пока не думал об опускании датчика внутрь, ибо батареи есть разные, и далеко не везде это получится, а в AGM не получится макнуть в электролит. Потому и подумал насчет накладных. Тут еще нужно будет продумать универсальное крепление. Пока видится вмонтировать чувствительный элемент в присоску.

[ИС-Х]

Измерять падение на канале не лучшая идея - разброс, дрейф, нелинейность. Вон, в ЗУСе тоже замер разрядного тока по каналу фета, результаты известны.
Есть феты с сенсором тока, но там тоже не айс.
Если поймать правильный алгоритм заряда, то термокоррекция и не нужна.

[Кass]

Согласен, чт для точности это не лучший выход, но это решение вытекает их схематических решений. Если бы я собирал устройство паяльником, то разумеется впаял бы датчик тока. Ну к примеру если делать на Canny 5 nano. Но у меня сейчас все собратно на промышленном ПЛК, в конструктиве на DIN рейке, а датчиков тока на DIN рейку я пока не встречал. Так как у меня сейчас решения носят более тестовый характер, то я пробую все варанты. Что бы замерять ток на шунте, нужна гальваническая развязка на аналоговых входах, но я взял довольно дешевый контроллер с фетами, но без гальванической развязки аналоговых (на есть только на дискретных) поэтому сугубо для экспериметов использовал этот метод. В принципе можно ввести нелинейные коэффициет пересчета, фактически массив сопротивлений фета при разных токах. Пока что у меня довольно точно совпадают показания тока на лабораторном БП и в консоли с ПЛК, с точностью ±0,01...0,02 А. Для экспериментов думаю пока достаточно, ибо именно в токе погрешность даже в ±0,1А не была бы существенной. Ведь где нам нужна точность? В подсчете залитой и слитой емкостей? Ну так метод прямоугольников с дискретизацией в 100 мс скорее всего дает больше погрешность.

В общем то я пока не пытаюсь получить метрологический сертификат, и не пытаюсь обманывать кого либо, и пишу как оно есть сейчас на самом деле. Если где то мне потребуется точность, то я без проблем прицеплю датчик тока.

В чем сейчас я вижу недостатки измерения тока по перепаду на фете? В отличие от Сороки буду писать правду и открыто.

Когда фет открыт, то все просто. На нем именно напряжение падения, пропорциональное протекающему току. У меня получилось пока 108 мОм. Более точно пока не измерял. В принципе можно взять миллиомметр, который измеряет до сотен мОм и измерить им. Но когда фет закрывается, на нем напряжение разности между напряжение источника и НРЦ аккумулятора. Как его использовать при пересчете тока пока не знаю. На лабораторном БП показывает ток 0,08А. Я же что бы сейчас не ломать голову, банально в момент, когда фет закрывается показываю ток ноль принудительно. Ну что бы графики рисовались корректно.

Напряжение же замеряется в двух точках, U1 на + аккумулатора и БП (они соединены на прямую) относительно - БП, и U0 на фете относительно того же минуса БП. Напряжение на аккумуляторе выводится как U=U1-U0. 

Вот как то так пока. Если кому интересно, то могу и схему выложить. Наверное из автокада нужно или в пдф, или просто принтскрином в картинку перевести.

[Alex_Soroka]

В принципе можно ввести нелинейные коэффициет пересчета, фактически массив сопротивлений фета при разных токах.
...
Пока что у меня довольно точно совпадают показания тока на лабораторном БП
...
Ну так метод прямоугольников с дискретизацией в 100 мс скорее всего дает больше погрешность.
...
Когда фет открыт, то все просто. На нем именно напряжение падения, пропорциональное протекающему току. У меня получилось пока 108 мОм.
...
Но когда фет закрывается, на нем напряжение разности между напряжение источника и НРЦ аккумулятора.
...

...

[Кass]

[user]Alex_Soroka[/user], ну очень собержательно. Ну если нечего написать, то зачем вообще создавать пост?

[serggio]

Падение напряжение на переходе фета изменяется в зависимости от температуры. В итоге получится сорокинский результат.
Посмотри на датчики LEM

[Кass]

[user]serggio[/user], датчики LEM под пайку, а не на DIN рейку. Мне сейчас проще на фет прицепить датчик температуры.    В общем мне сечас не важна точность измерения тока. Пока та, что получается меня устраивает. Мне важнее стабилизировать ток разряда и сделать его настраиваемым, что бы не думать, чем мне обеспечить разряд в 3 А или 4.75 А, чем ловить доли процента измерения тока. Сейчас ведь практически все разряжают не постоянным током, и не кратно емкости, а каким получится. И под каждую емкость АКБ нужно подбирать свои нагрузки. Тут идея взять нагрузку под максимальную емкость АКБ и сделать из нее универсальную ШИМ нагрузку.

Меня больше волнует другое. На сколько будет актуально выпрямление импульсов. То есть на сколько разряд поятоянным током к примеру 5А будет отличаться от разрада импульсами ШИМ, с RMS значением 5 А. А то мы все говорим о пользе импульсного заряда, и никто не заикается об импульсном разряде.

[serggio]

[user]serggio[/user], датчики LEM под пайку, а не на DIN рейку.

Разные есть 
Зачем такие сложности? Купи нагрузку http://www.ebay.com/itm/NEW-Constant-Current-Electronic-Load-Battery-Discharge-Capacity-Testing-Tool-/162348004418?hash=item25ccb1f442