6ES7231-0HF22-0XA0型号介绍

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（正航A3）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A3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 A3系统PLC的特性和特点
正航A3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**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A3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:
CPU模块：A3-C2405DT
AI模块： A3-AI0401LA

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-**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A3实现简易而可靠。
4.2 转速调节
油机转速调节是通过CPU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CPU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，CPU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CPU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CPU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CPU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
较小输出值 VW126=180
较大输出值 VW124=420
高速期间:转速设定值 VW108=VW212（由模拟电位器设定）
较小输出值 VW126=420
较大输出值 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。