西门子数控系统|授权总代理商

，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(系统的硬件图如图1所示)。
(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
3.1 s7-200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，，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。
3.2 plc 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:
cpu214 pc power supply,dc bbbbbs,dcoutputs
em 231 analog bbbbb,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
为更好的实现全程调速我们采用分程pid限幅
怠速时间:转速设定值 vw108=192
小输出值 vw126=180
大输出值 vw124=420
高速期间:转速设定值 vw108=vw212(由模拟电位器设定)
小输出值 vw126=420
大输出值 vw124=995
本系统中:n=1500r/mln z=128齿
这样f>3200hz，故采用7khz的高速计数器hsc2测量转速。停机时，将转速设定值和网缓冲器全部置0。输出限制在vw106=5上，以使pwm能够连续工作。同时使q0.1=1，停机磁阀动作，切断油路达到停机目的。为了使设定值作常稳定，这里将模拟电位器(smb28)中的值经数字滤波后送入转速设定内存单元vw108中。(软件程序框图见图2主程序)
4.3 故障、电量参数自动检测
该功能块主要完成对油机运行状况的监视，一旦发生故障，进行报警和相应处理。还完成对电压、电流、频率、功率、启动电池电压等电量的测量，同时进行必要的数据处理，为远程监控提供数据。电压、电流、功率分别通过相应变送器送至em213模块。由于模块价格相对较高，为降低成本，提高系统的性能价格比，对启动电池电压的测量，来采用em231，而是充分利用cpu214主机模块上的带有3个高速计数器的优势，使用高速计数器hsc1(7khz)实现对软起动电池电压的测量。具体方法如下:
每100ms调用一次中断程序int19，读出高速计数器中的值，然后将其置0。(软件程序框图见图2中断程序)