今天，隨著對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的要求越來越高，以及大量控制設(shè)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(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，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)
西門子公司的S7-200系列可編程控制器，性價(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、編程簡單，抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)。
由此可見，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)過分析，本系統(tǒng)采用10個(gè)開關(guān)量輸入，10個(gè)開關(guān)量輸出和3個(gè)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(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 （0-無市電 1-有市電）
IO.3:機(jī)電檢測 （0-無機(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)器檢測啟動(dòng)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(fù)位 （1-手動(dòng)復(fù)位）
（利用高速計(jì)數(shù)器檢測轉(zhuǎn)速）
開關(guān)量輸入:
Q0.0:高速脈沖輸出 （通過控制直流電磁鐵調(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-市電主開關(guān)動(dòng)作）
Q0.4:機(jī)電合閘 （1-機(jī)電主開關(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�？刂�，轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)，電量參數(shù)自動(dòng)檢測，故障自動(dòng)檢測等功能模塊組成。
4.1 制動(dòng)啟�？刂�
[NextPage]
本功能模塊是根據(jù)各開關(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)油門開度來實(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通過高速計(jì)數(shù)器測量油機(jī)轉(zhuǎn)速，測得轉(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CPU214中的脈寬可調(diào)的高速脈沖輸出（QO，0），經(jīng)過功率驅(qū)動(dòng)器控制可控制直流電磁鐵調(diào)節(jié)緊油機(jī)門開度大小，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PRT2接受到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊LC的M1 file中
[NextPage]
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模件通過特定的語言格式實(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（該長度只需大于實(shí)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(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:
這樣f>3200Hz，故采用7kHz的高速計(jì)數(shù)器HSC2測量轉(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。