柴油发电机是火电厂一种常用后备供电设备[1]，某电厂#1柴油发电机组以两台300MW机组提供后备电源，原控制回路采用继电器控制方式，存在接线复杂、灵活性差、响应周期长、运行可靠性低、故障率高等缺点，且系统已老化，给电厂正常运行和事故检修带来困难；控制系统已经不能满足现代大中型火力发电机组对控制系统自动化程度和可靠性的要求。
　　设计了一种以西门子S7-400H PLC为核心的控制系统。系统具有编程方便、易于使用、维护和扩展方便等优点。应用PROFIBUS总线技术使系统具备远程通信功能，柴油发电机运行状态实时送入集控室，实现远程监视、诊断、在线操作和调试功能。使后备供电设备更加安全可靠，同时，提高了系统的测、控、管一体化水平。
　　2 柴油发电机系统组成及要求 
　　2.1 系统结构组成 柴油发电机为单元制布置，每两台300MW机组配置一个单元系统。 
　　柴油发电机组由主机系统、燃油系统、启动系统、励磁调节系统、电气馈线屏、测量控制装置等六部分组成。主机系统包括发电机、发动机及附属设备。燃油系统包括燃油箱、燃油控制阀，为柴油发电机提供柴油，并控制燃油流量。启动系统包括24VDC充电机、蓄电池和启动电机，因柴油发电机组采用电启动方式，以全密封免维护阀控铅酸蓄电池为电源，其容量需能满足连续启动15次。励磁调节系统包括自动电压调节器，用于调节发电机出口电压。电气馈线屏包括发电机出口断路器、馈线屏和连至各段保安段馈线刀闸，用来控制发电机出口至保安段线路。
　　2.2 柴油发电机工作流程 柴油发电机的工作流程分为3个阶段。①启动阶段：为保证柴油发电机组自启动快速性和成功率，保证柴油发电机组正常处于热态，采取对柴油发电机组冷却水预加热手段。当保安段的运行主电源（工作段）出现异常或保安段电源开关误跳闸，电气控制系统（ECS）发出柴油机启动命令。电机开始带动柴油发电机运行，同时打开燃油控制阀，柴油发电机升速运行直至额定转速1450r/min。ECS系统发励磁投入指令，自动电压调节器开始调节柴油发电机的电压直至额定电压。10秒内完成一次启动，60秒内实现一个自启动循环（即三次启动）。若自启动连续三次失败，则发出停机信号，并闭锁自启动回路。柴油发电机组自启动成功的定义是: 柴油发电机组在额定转速，发电机在额定电压下稳定运行2～3秒，并具备首次加载条件。②带负载运行阶段：自启动成功后，保安负荷分两级投入，待柴油机组符合并列条件后，控制器发出合闸出口断路器QF命令，并利用QF辅助接点联锁合上#1机组的出口刀闸K1和#2机组的出口刀闸K3，柴油发电机开始带保安A段负荷运行。柴油发电机组接到起动指令后10秒内发出首次加载指令，允许首次加载不小于50%额定容量的负载(感性)。在首次加载,转自[星论文网]www.starlunwen.net后5秒内再次发出加载指令，允许加载至满负载(感性)运行，此时合上#1机组出口刀闸K2和#2机组出口刀闸K4。至此，柴油发电机组已带满负载运行。系统测量控制装置对柴油发电机的各项参数（如燃油压力、柴油发电机转速等）进行监控，遇到异常工况则转入停机阶段。③停机阶段：当工作段恢复正常且保安段电源开关状态恢复正常后，或者柴油发电机组运行出现异常，ECS发出柴油机跳机指令，同时闭锁燃油控制阀开指令。合上工作电源开关K5(K6)，根据设定程序进行柴油机负荷转移后，发出跳开出口开关QF命令。跳开QF的同时，QF常闭接点联跳K1、K2和K3、K4开关。因柴油发电机不可带负载停机，所以，卸载后需空载运行3分钟，使其进入怠速停机状态。3分钟后，柴油发电机停止运行进入热备用状态。
　　2.3 柴油发电机组的性能及结构要求 ①运行要求：柴油发电机组可在连续1000kW下运行100小时。可通过运行选择开关来选择柴油发电机组运行状态。开关有“自动（试验）”、“手动”和“零位”三个位置。正常时处于准起动状态即“自动”状态。自启动时间<10秒。②起动要求：为保证柴油发电机组自起动快速性和成功率，且正常时能处于热态，对机组冷却水采取预加热手段。机组为电起动方式，电源采用全密封免维护阀控铅酸蓄电池（容量400AH），其浮充装置具备小电源浮充和快速充电的双速自动充电功能。③机组起动过程：当保安段运行主电源（保安段上一级母线）出现异常或电源开关误跳闸时，FECS系统先对备用电源进行检测和判断，若电源正常，则先发出电源切换命令；若电源异常或开关拒动，则由FECS系统发出启动柴油机命令。待符合并列运行条件后，发出合出口开关命令，QF合上。利用QF辅助接点联锁合上#1机组的K1、K2和#2机组的K3、K4开关，由柴油机带保安A和B段负荷。④机组跳机过程：当保安段运行主电源（保安段上一级母线）恢复正常且保安段电源开关状态恢复正常后，通过手动启动柴油机跳机程序，合上工作电源开关K5(K6)，由设定程序实现柴油机负荷转移，发出跳开QF命令，QF跳开。QF的常闭接点联跳K1、K2和K3、K4开关。⑤正常维护开机过程：此时#1、#2机组保安段A和B都带电，如要试机，手动发出柴油机起动命令，待柴油机组符合并列条件后，发出合QF命令，然后手动同期合上K1、K2或K3、K4开关，让柴油机组带保安段负荷。
　　3 控制系统硬件组成 
　　柴油发电机后备电源，对系统可靠性要求较高，若不能及时为两台发电机组保安段提供电源，将造成主机设备损坏和重大经济损失。为此，PLC采用双机热备配置。采用“热备用”模式的主动原理来配置两套完全相同的系统。无故障时，主模块负责程序处理，备用模块负责监控主模块运行状态。当主模块故障时，备用模块能无扰地自动切换。以工控机为上位机，经通信模块CP与CPU模块的MPI接口相连，形成“PLC 上位机”控制系统。控制系统硬件结构如图1所示。
　　3.1 PLC硬件配置 使用Rack0和Rack1两个分区的UR2H机架，各分9槽，有CPU414-4H和PS407电源各一块，经光纤实现冗余。以单通道切换方式配置I/O模块，通过PROFIBUS-DP网络访问I/O模块（见图2），采用分布式I/O模块ET200M，包括三块SM321和三块SM322及两块SM331。具有开关量输入40点、输出39点和12路模拟量输入。
　　4 系统软件设计及其实现的功能 
　　本文只对系统软件环境和编程思路进行说明。以STEP7 V5.3 SP2为PLC软件系统平台，对柴油发电机的特性曲线进行分析，仿真出其运行曲线，针对曲线编程，实现平滑运行和输出稳定。系统具有自起动、自动调节、自动控制、模拟试验等功能。
　　5 结束语 
　　提出的基于PLC技术的柴油发电机组控制系统，已应用到我省的火电厂中，运行表明，硬件简单，技术经济指标好，可靠性高。程序稍作修改，就可以满足用户不同的控制要求，具有一定的实用性和通用性。在机房无人值守的条件下能保证系统可靠运行。