1、引言
今天，随着对工业自动化的要求越来越高，以及大量控制设备和过程监控装置之间通信的需要，"监控和数据采集
系统"越来越受到用户的重视。在动力系统方面，以柴油发电机组作为应急备用电源的发电厂，在工厂、矿山、高层建筑、医院、邮电、宾馆、银行等许多部门都得到了广泛的应用。为了提高供电质量和供电可靠性，改善操作人员的工作条件，减少维护运行人员，备用发电站迫切要求实现自动化运行和管理。该监控系统由监视主机(包括通信板)和若干现场的从站(siemenss7-200)组成。实现发电机组的数据采集、报警、存储、备份等服务。本文主要介绍下位机s7-200的系统原理。
2、系统的总体设计
结合生产实际的需要，考虑该发电机组的自动化系统由5大功能部件组成。
(1)发电机组的自动启动和自动停机;
(2)工程市电和机电的自动切换;
(3)发电机组电压和频率的自动调节;
(4)发电机组故障自动检测，报警和故障处理;
(5)发电机组电压、电流、频率、有功功率、启动电池电压等电量参数的自动调节。
3、系统组成
3.1s7-200系统plc的特性和特点
西门子公司的s7-200系列可编程控制器，性价比高，硬件配置齐全，它的特点与性能如下:
(1)机内有高速计数器，可同时输入三路高速脉冲，并可输出频率和脉宽可调的高速脉冲信号。
(2)具有21个中断源的中断优先管理，并配有rs485接口，可实现plc与pc机之间的远程通讯，便于上位机监控和联网。
(3)具有结构紧凑、组装灵活、编程简单，抗干扰能力强、可靠性高等特点。
由此可见，它非常适用于工业控制中小型自动控制系统。经分析，决定采用s7-200系列可编程控制器作为发电机组自动控制系统的核心部件。
3.2plc配置及i/o的分配和功能
经过分析，本系统采用10个开关量输入，10个开关量输出和3个模拟量输入，即可满足系统控制需求，因此-
plc配置如下:
cpu214pcpowersupply,dcinputs,dcoutputs
em231analoginput,a13*12bits
i/o的分配和功能如下:
开关量输入:
io.0:输入中断(配合脉宽调制使用)
io.1:方式选择(0-远程控制1-自动)
io.2:市电检测(0-无市电1-有市电)
io.3:机电检测(0-无机电1-有机电)
io.4:油压低(0-油压正常1-油压偏低)
io.5:油水温高(0-油水温正常1-油水温偏高)
io.6:高速计数器hsci(利用高速计数器检测启动电池电压)
io.7:紧急停车(0-非紧急停车状态1-紧急停车状态)
io.0:复位(1-手动复位)
(利用高速计数器检测转速)
开关量输入:
q0.0:高速脉冲输出(通过控制直流电磁铁调节转速)
q0.1:停机(1-停机电磁阀动作)
q0.2:启动(1-启动马达动作)
q0.3:市电合闸(1-市电主开关动作)
q0.4:机电合闸(1-机电主开关动作)
q0.5:三启失败(1-三启失败信号灯亮)
q0.6:机组故障(1-机组故障信号灯亮)
q0.7警铃(1-警铃响)
q1.0:自动强激磁(1-强激磁继电器动作)
q1.1:冷启动自动辅助(1-冷启动辅助装置电磁阀动作)
模拟量输入:
aiwo:母线电压
aiw2:母线电流
aiw4:负载功率
4系统实现
发电站自动化监控系统由机组自动启停控制，转速自动调节，电量参数自动检测，故障自动检测等功能模块组成。
4.1制动启停控制
本功能模块是根据各开关量的输入状态，自动控制机组的启动、停止和机电与市电的相互切换。这主要属于顺序控制具有较强的逻辑控制。用s7-200实现简易而可靠。
4.2转速调节
油机转速调节是通过cpu214中高速脉冲输出脉宽调制(pwm)功能调节可控直流电磁铁控制柴油机油门开度来实现的。用cpu214实现转速调节方法如下:转速信号由安装在柴油机上磁电式传感器获得，cpu214通过高速计数器测量油机转速，测得转速信号送入pid调节器，将调节器输出的数字量转换为脉冲宽度的时间量，再通过cpu214中的脉宽可调的高速脉冲输出(qo，0)，经过功率驱动器控制可控制直流电磁铁调节紧油机门开度大小，从而实现对油机转速的调节。
本系统属于反馈控制和精确的数字控制，涉及到一些控制算法问题。在cpu214中，方法实现了一种转速控制的pid调节器。pid的模拟表达式:
m(t)=kc(1+1/ti*fe(t)dt+td*de(t)/de(t))
在cpu214中，微公和积分采用如下公式:
微分运算:[新差值e(n)-旧差值e(n-1)]÷控制周期tc
积分运算:[旧差值e(n-1)+新差值e(n)]×控制to÷2
转速-与转速传感器频率关系的计算公式如下:
f----转速传感器信号频率
n----转速(转/分)
z----传感齿轮齿数
为更好的
