1 引言 今天，隨著對工業(yè)自動化的要求越來越高，以及大量控制設備和過程監(jiān)控裝置之間通信的需要，"監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)"越來越受到用戶的重視。在動力系統(tǒng)方面，以柴油發(fā)電機組作為應急備用電源的發(fā)電廠，在工廠、礦山、高層建筑、醫(yī)院、郵電、賓館、銀行等許多部門都得到了廣泛的應用。為了提高供電質量和供電可靠性，改善操作人員的工作條件，減少維護運行人員，備用發(fā)電站迫切要求實現(xiàn)自動化運行和管理。該監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)視主機（包括通信板）和若干現(xiàn)場的從站（SIEMENS S7-200）組成。實現(xiàn)發(fā)電機組的數(shù)據(jù)采集、報警、存儲、備份等服務。本文主要介紹下位機S7-200的系統(tǒng)原理。 2 系統(tǒng)的總體設計 結合生產(chǎn)實際的需要，考慮該發(fā)電機組的自動化系統(tǒng)由5大功能部件組成。 （1） 發(fā)電機組的自動啟動和自動停機; （2） 工程市電和機電的自動切換; （3） 發(fā)電機組電壓和頻率的自動調節(jié); （4） 發(fā)電機組故障自動檢測，報警和故障處理; （5） 發(fā)電機組電壓、電流、頻率、有功功率、啟動電池電壓等電量參數(shù)的自動調節(jié)。 3 系統(tǒng)組成 3.1 S7-200系統(tǒng)PLC的特性和特點 西門子公司的S7-200系列可編程控制器，性價比高，硬件配置齊全，它的特點與性能如下: （1）機內有高速計數(shù)器，可同時輸入三路高速脈沖，并可輸出頻率和脈寬可調的高速脈沖信號。 （2）具有21個中斷源的中斷優(yōu)先管理，并配有RS485接口，可實現(xiàn)PLC 與PC機之間的遠程通訊，便于上位機監(jiān)控和聯(lián)網(wǎng)。 （3）具有結構緊湊、組裝靈活、編程簡單，抗干擾能力強、可靠性高等特點。 由此可見，它非常適用于工業(yè)控制中小型自動控制系統(tǒng)。經(jīng)分析，決定采用S7-200系列可編程控制器作為發(fā)電機組自動控制系統(tǒng)的核心部件。 3.2 PLC 配置及I/O的分配和功能 經(jīng)過分析，本系統(tǒng)采用10個開關量輸入，10個開關量輸出和3個模擬量輸入，即可滿足系統(tǒng)控制需求，因此PLC配置如下: CPU214 PC Power Supply,DC Inputs,DCOutputs EM 231 Analog Input,A13＊12Bits I/O的分配和功能如下: 開關量輸入: IO.0:輸入中斷 （配合脈寬調制使用） IO.1:方式選擇 （0-遠程控制 1-自動） IO.2:市電檢測 （0-無市電 1-有市電） IO.3:機電檢測 （0-無機電 1-有機電） IO.4:油壓低 （0-油壓正常 1-油壓偏低） IO.5:油水溫高 （0-油水溫正常 1-油水溫偏高） IO.6:高速計數(shù)器HSCI （利用高速計數(shù)器檢測啟動電池電壓） IO.7:緊急停車 （0-非緊急停車狀態(tài) 1-緊急停車狀態(tài)） IO.0:復位 （1-手動復位） （利用高速計數(shù)器檢測轉速） 開關量輸入: Q0.0:高速脈沖輸出 （通過控制直流電磁鐵調節(jié)轉速） Q0.1:停機 （1-停機電磁閥動作） Q0.2:啟動 （1-啟動馬達動作） Q0.3:市電合閘 （1-市電主開關動作） Q0.4:機電合閘 （1-機電主開關動作） Q0.5:三啟失敗 （1-三啟失敗信號燈亮） Q0.6:機組故障 （1-機組故障信號燈亮） Q0.7 警鈴 （1-警鈴響） Q1.0:自動強激磁 （1-強激磁繼電器動作） Q1.1:冷啟動自動輔助 （1-冷啟動輔助裝置電磁閥動作） 模擬量輸入: AIWO:母線電壓 AIW2:母線電流 AIW4:負載功率 4 系統(tǒng)實現(xiàn) 發(fā)電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)由機組自動啟停控制，轉速自動調節(jié)，電量參數(shù)自動檢測，故障自動檢測等功能模塊組成。 4.1 制動啟停控制 本功能模塊是根據(jù)各開關量的輸入狀態(tài)，自動控制機組的啟動、停止和機電與市電的相互切換。這主要屬于順序控制具有較強的邏輯控制。用S7-200實現(xiàn)簡易而可靠。 4.2 轉速調節(jié) 油機轉速調節(jié)是通過CPU214中高速脈沖輸出脈寬調制（PWM）功能調節(jié)可控直流電磁鐵控制柴油機油門開度來實現(xiàn)的。用CPU214實現(xiàn)轉速調節(jié)方法如下:轉速信號由安裝在柴油機上磁電式傳感器獲得，CPU214通過高速計數(shù)器測量油機轉速，測得轉速信號送入PID調節(jié)器，將調節(jié)器輸出的數(shù)字量轉換為脈沖寬度的時間量，再通過CPU214中的脈寬可調的高速脈沖輸出（QO，0），經(jīng)過功率驅動器控制可控制直流電磁鐵調節(jié)緊油機門開度大小，從而實現(xiàn)對油機轉速的調節(jié)。 PUSH x //設置指令的參數(shù) CALL y //執(zhí)行代號為y的指令 （2） 在MS-DOS環(huán)境下運行PBASE.exe，編輯并編譯完成后的程序如下: 0 REM BTRAN V1.03 ,C:ABBASIC9900.BDL,01-03-04,01:36PM //軟件編譯信息 10 MODE（PRT2,19200,N,8,1,N,R） //設定通訊端口和通訊參數(shù) 20 PUSH 1 30 CALL 37 //清除PRT2的input buffer 40 PUSH 3 50 CALL 120 //清除SLC的M0 file和M1 file（注1） 60 PUSH 4 70 PUSH 1 80 PUSH 0 90 PUSH 0 100 PUSH 1 110 CALL 23 //將SLC的M0 file中存儲的數(shù)據(jù)通過PRT2發(fā)送出去 120 POP SOK //輸出CALL 23指令執(zhí)行的結果 130 PUSH 2 140 PUSH 65 150 PUSH 0 160 PUSH 1 170 PUSH 0 180 PUSH 0 190 PUSH 1 200 CALL 22 //將通過PRT2接受到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊LC的M1 file中 210 POP ROK //輸出CALL 22指令執(zhí)行的結果 220 PUSH 1 230 CALL 37 240 GOTO 240 //實現(xiàn)程序自動循環(huán)執(zhí)行（注2） >>EOF<< //程序結束符 注1:M0 file和M1 file是CPU與BAS-T模件進行數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)存儲文件。 注2:BAS-T模件通過特定的語言格式實現(xiàn)模件程序的自動循環(huán)執(zhí)行，使BAS-T模件能夠不斷的讀取PMAC9900裝置的數(shù)據(jù)。 （3） 用1747-CP3通訊電纜連接BAS-T模件的PRT1和編程電腦的串口1，通過PBASE軟件將上面編譯好的程序下載到BAS-T模件。 3.3 PLC軟件編程 （1） 硬件配置 BAS-T模件讀取PMAC9900裝置數(shù)據(jù)時發(fā)出的信文長度為8字節(jié)，需要占用4個字寄存器;PMAC 9900裝置正常返回數(shù)據(jù)的信文長度為65字節(jié)，需要占用33個字寄存器;加上BAS-T模件對信文字數(shù)的統(tǒng)計占用1個字寄存器，所以M0 length和M1 length均設為34個字（該長度只需大于實際信文長度即可）。在PLC編程軟件RSLogix500中按圖4所示方式配置BAS-T模件。 本系統(tǒng)屬于反饋控制和精確的數(shù)字控制，涉及到一些控制算法問題。在CPU214中，方法實現(xiàn)了一種轉速控制的PID調節(jié)器。PID的模擬表達式: 在CPU214中，微公和積分采用如下公式: 微分運算:[新差值E（n）-舊差值E（n-1）]÷控制周期TC 積分運算:[舊差值E（n-1）+新差值E（n）]×控制TO÷2 轉速-與轉速傳感器頻率關系的計算公式如下: f————轉速傳感器信號頻率 n————轉速（轉/分） z————傳感齒輪齒數(shù) 為更好的實現(xiàn)全程調速我們采用分程PID限幅 怠速時間:轉速設定值 VW108=192 最小輸出值 VW126=180 最大輸出值 VW124=420 高速期間:轉速設定值 VW108=VW212（由模擬電位器設定） 最小輸出值 VW126=420 最大輸出值 VW124=995 本系統(tǒng)中:n=1500r/mln z=128齒 這樣f>3200Hz，故采用7kHz的高速計數(shù)器HSC2測量轉速。停機時，將轉速設定值和網(wǎng)緩沖器全部置0。輸出限制在VW106=5上，以使PWM能夠連續(xù)工作。同時使Q0.1=1，停機磁閥動作，切斷油路達到停機目的。為了使設定值作常穩(wěn)定。