1 引言 今天，隨著對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的要求越來(lái)越高，以及大量控制設(shè)備和過(guò)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(lái)越受到用戶(hù)的重視。在動(dòng)力系統(tǒng)方面，以柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)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(mén)都得到了廣泛的應(yīng)用。為了提高供電質(zhì)量和供電可靠性，改善操作人員的工作條件，減少維護(hù)運(yùn)行人員，備用發(fā)電站迫切要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行和管理。該監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)視主機(jī)（包括通信板）和若干現(xiàn)場(chǎng)的從站（SIEMENS S7-200）組成。實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的數(shù)據(jù)采集、報(bào)警、存儲(chǔ)、備份等服務(wù)。本文主要介紹下位機(jī)S7-200的系統(tǒng)原理。 2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的需要，考慮該發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化系統(tǒng)由5大功能部件組成。 （1） 發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)啟動(dòng)和自動(dòng)停機(jī); （2） 工程市電和機(jī)電的自動(dòng)切換; （3） 發(fā)電機(jī)組電壓和頻率的自動(dòng)調(diào)節(jié); （4） 發(fā)電機(jī)組故障自動(dòng)檢測(cè)，報(bào)警和故障處理; （5） 發(fā)電機(jī)組電壓、電流、頻率、有功功率、啟動(dòng)電池電壓等電量參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。 3 系統(tǒng)組成 3.1 S7-200系統(tǒng)PLC的特性和特點(diǎn) 西門(mén)子公司的S7-200系列可編程控制器，性?xún)r(jià)比高，硬件配置齊全，它的特點(diǎn)與性能如下: （1）機(jī)內(nèi)有高速計(jì)數(shù)器，可同時(shí)輸入三路高速脈沖，并可輸出頻率和脈寬可調(diào)的高速脈沖信號(hào)。 （2）具有21個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先管理，并配有RS485接口，可實(shí)現(xiàn)PLC 與PC機(jī)之間的遠(yuǎn)程通訊，便于上位機(jī)監(jiān)控和聯(lián)網(wǎng)。 （3）具有結(jié)構(gòu)緊湊、組裝靈活、編程簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)。 由此可見(jiàn)，它非常適用于工業(yè)控制中小型自動(dòng)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(jī)組自動(dòng)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(guò)分析，本系統(tǒng)采用10個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入，10個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出和3個(gè)模擬量輸入，即可滿(mǎn)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(kāi)關(guān)量輸入: IO.0:輸入中斷 （配合脈寬調(diào)制使用） IO.1:方式選擇 （0-遠(yuǎn)程控制 1-自動(dòng)） IO.2:市電檢測(cè) （0-無(wú)市電 1-有市電） IO.3:機(jī)電檢測(cè) （0-無(wú)機(jī)電 1-有機(jī)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(jì)數(shù)器HSCI （利用高速計(jì)數(shù)器檢測(cè)啟動(dòng)電池電壓） IO.7:緊急停車(chē) （0-非緊急停車(chē)狀態(tài) 1-緊急停車(chē)狀態(tài)） IO.0:復(fù)位 （1-手動(dòng)復(fù)位） （利用高速計(jì)數(shù)器檢測(cè)轉(zhuǎn)速） 開(kāi)關(guān)量輸入: Q0.0:高速脈沖輸出 （通過(guò)控制直流電磁鐵調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速） Q0.1:停機(jī) （1-停機(jī)電磁閥動(dòng)作） Q0.2:啟動(dòng) （1-啟動(dòng)馬達(dá)動(dòng)作） Q0.3:市電合閘 （1-市電主開(kāi)關(guān)動(dòng)作） Q0.4:機(jī)電合閘 （1-機(jī)電主開(kāi)關(guān)動(dòng)作） Q0.5:三啟失敗 （1-三啟失敗信號(hào)燈亮） Q0.6:機(jī)組故障 （1-機(jī)組故障信號(hào)燈亮） Q0.7 警鈴 （1-警鈴響） Q1.0:自動(dòng)強(qiáng)激磁 （1-強(qiáng)激磁繼電器動(dòng)作） Q1.1:冷啟動(dòng)自動(dòng)輔助 （1-冷啟動(dòng)輔助裝置電磁閥動(dòng)作） 模擬量輸入: AIWO:母線電壓 AIW2:母線電流 AIW4:負(fù)載功率 4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 發(fā)電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)由機(jī)組自動(dòng)啟停控制，轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)，電量參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)，故障自動(dòng)檢測(cè)等功能模塊組成。 4.1 制動(dòng)啟?？刂? 本功能模塊是根據(jù)各開(kāi)關(guān)量的輸入狀態(tài)，自動(dòng)控制機(jī)組的啟動(dòng)、停止和機(jī)電與市電的相互切換。這主要屬于順序控制具有較強(qiáng)的邏輯控制。用S7-200實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易而可靠。 4.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 油機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是通過(guò)CPU214中高速脈沖輸出脈寬調(diào)制（PWM）功能調(diào)節(jié)可控直流電磁鐵控制柴油機(jī)油門(mén)開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。用CPU214實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方法如下:轉(zhuǎn)速信號(hào)由安裝在柴油機(jī)上磁電式傳感器獲得，CPU214通過(guò)高速計(jì)數(shù)器測(cè)量油機(jī)轉(zhuǎn)速，測(cè)得轉(zhuǎn)速信號(hào)送入PID調(diào)節(jié)器，將調(diào)節(jié)器輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為脈沖寬度的時(shí)間量，再通過(guò)CPU214中的脈寬可調(diào)的高速脈沖輸出（QO，0），經(jīng)過(guò)功率驅(qū)動(dòng)器控制可控制直流電磁鐵調(diào)節(jié)緊油機(jī)門(mén)開(kāi)度大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)油機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。 PUSH x //設(shè)置指令的參數(shù) CALL y //執(zhí)行代號(hào)為y的指令 （2） 在MS-DOS環(huán)境下運(yùn)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(shè)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(chǔ)的數(shù)據(jù)通過(guò)PRT2發(fā)送出去 120 POP SOK //輸出CALL 23指令執(zhí)行的結(jié)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(guò)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(jié)果 220 PUSH 1 230 CALL 37 240 GOTO 240 //實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)循環(huán)執(zhí)行（注2） >>EOF<< //程序結(jié)束符 注1:M0 file和M1 file是CPU與BAS-T模件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件。 注2:BAS-T模件通過(guò)特定的語(yǔ)言格式實(shí)現(xiàn)模件程序的自動(dòng)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(guò)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(shí)發(fā)出的信文長(zhǎng)度為8字節(jié)，需要占用4個(gè)字寄存器;PMAC 9900裝置正常返回?cái)?shù)據(jù)的信文長(zhǎng)度為65字節(jié)，需要占用33個(gè)字寄存器;加上BAS-T模件對(duì)信文字?jǐn)?shù)的統(tǒng)計(jì)占用1個(gè)字寄存器，所以M0 length和M1 length均設(shè)為34個(gè)字（該長(zhǎng)度只需大于實(shí)際信文長(zhǎng)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(wèn)題。在CPU214中，方法實(shí)現(xiàn)了一種轉(zhuǎn)速控制的PID調(diào)節(jié)器。PID的模擬表達(dá)式: 在CPU214中，微公和積分采用如下公式: 微分運(yùn)算:[新差值E（n）-舊差值E（n-1）]÷控制周期TC 積分運(yùn)算:[舊差值E（n-1）+新差值E（n）]×控制TO÷2 轉(zhuǎn)速-與轉(zhuǎn)速傳感器頻率關(guān)系的計(jì)算公式如下: f————轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)頻率 n————轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分） z————傳感齒輪齒數(shù) 為更好的實(shí)現(xiàn)全程調(diào)速我們采用分程PID限幅 怠速時(shí)間:轉(zhuǎn)速設(shè)定值 VW108=192 最小輸出值 VW126=180 最大輸出值 VW124=420 高速期間:轉(zhuǎn)速設(shè)定值 VW108=VW212（由模擬電位器設(shè)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(jì)數(shù)器HSC2測(cè)量轉(zhuǎn)速。停機(jī)時(shí)，將轉(zhuǎn)速設(shè)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(shí)使Q0.1=1，停機(jī)磁閥動(dòng)作，切斷油路達(dá)到停機(jī)目的。為了使設(shè)定值作常穩(wěn)定。