1 引言 今天，隨著對工業自動化的要求越來越高，以及大量控制設備和過程監控裝置之間通信的需要，"監控和數據采集系統"越來越受到用戶的重視。在動力系統方面，以柴油發電機組作為應急備用電源的發電廠，在工廠、礦山、高層建筑、醫院、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，備用發電站迫切要求實現自動化運行和管理。該監控系統由監視主機（包括通信板）和若干現場的從站（SIEMENS S7-200）組成。實現發電機組的數據采集、報警、存儲、備份等服務。本文主要介紹下位機S7-200的系統原理。 2 系統的總體設計 結合生產實際的需要，考慮該發電機組的自動化系統由5大功能部件組成。 （1） 發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） 發電機組電壓和頻率的自動調節; （4） 發電機組故障自動檢測，報警和故障處理; （5） 發電機組電壓、電流、頻率、有功功率、啟動電池電壓等電量參數的自動調節。 3 系統組成 3.1 S7-200系統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個中斷源的中斷優先管理，并配有RS485接口，可實現PLC 與PC機之間的遠程通訊，便于上位機監控和聯網。 （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，它非常適用于工業控制中小型自動控制系統。經分析，決定采用S7-200系列可編程控制器作為發電機組自動控制系統的核心部件。 3.2 PLC 配置及I/O的分配和功能 經過分析，本系統采用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:高速計數器HSCI （利用高速計數器檢測啟動電池電壓） IO.7:緊急停車 （0-非緊急停車狀態 1-緊急停車狀態） IO.0:復位 （1-手動復位） （利用高速計數器檢測轉速） 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 系統實現 發電站自動化監控系統由機組自動啟停控制，轉速自動調節，電量參數自動檢測，故障自動檢測等功能模塊組成。 4.1 制動啟停控制 本功能模塊是根據各開關量的輸入狀態，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實現簡易而可靠。 4.2 轉速調節 油機轉速調節是通過CPU214中高速脈沖輸出脈寬調制（PWM）功能調節可控直流電磁鐵控制柴油機油門開度來實現的。用CPU214實現轉速調節方法如下:轉速信號由安裝在柴油機上磁電式傳感器獲得，CPU214通過高速計數器測量油機轉速，測得轉速信號送入PID調節器，將調節器輸出的數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），經過功率驅動器控制可控制直流電磁鐵調節緊油機門開度大小，從而實現對油機轉速的調節。 PUSH x //設置指令的參數 CALL y //執行代號為y的指令 （2） 在MS-DOS環境下運行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 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中存儲的數據通過PRT2發送出去 120 POP SOK //輸出CALL 23指令執行的結果 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接受到的數據傳輸到SLC的M1 file中 210 POP ROK //輸出CALL 22指令執行的結果 220 PUSH 1 230 CALL 37 240 GOTO 240 //實現程序自動循環執行（注2） >>EOF<< //程序結束符 注1:M0 file和M1 file是CPU與BAS-T模件進行數據交換的數據存儲文件。 注2:BAS-T模件通過特定的語言格式實現模件程序的自動循環執行，使BAS-T模件能夠不斷的讀取PMAC9900裝置的數據。 （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裝置數據時發出的信文長度為8字節，需要占用4個字寄存器;PMAC 9900裝置正常返回數據的信文長度為65字節，需要占用33個字寄存器;加上BAS-T模件對信文字數的統計占用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。 本系統屬于反饋控制和精確的數字控制，涉及到一些控制算法問題。在CPU214中，方法實現了一種轉速控制的PID調節器。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 為更好的實現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 本系統中:n=1500r/mln z=128齒 這樣f>3200Hz，故采用7kHz的高速計數器HSC2測量轉速。停機時，將轉速設定值和網緩沖器全部置0。輸出限制在VW106=5上，以使PWM能夠連續工作。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定。