摘要：在柴油发电机组中，可编程逻辑控制器（PLC）是关键的“智能大脑”。它不仅负责自动启停、切换等基本功能，还在现代系统中承担着复杂设备并机运行、远程监控等更高级的智能控制任务。选型时，首先要统计所有需要监控的开关量、模拟量信号数量，并预留约20%的余量以备未来扩展。设计时，会采用分布式控制系统，每台发电机组可配有独立的本地控制器，再由中央PLC进行协调，这种架构既安全又灵活。

 

一、PLC系统的组成与原理

 

1、PLC的组成

  PLC是以微处理器为核心的工业用计算机系统，其硬件组成与计算机有类似之处。根据结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式两类。

（1）整体式PLC：整体式PLC是将中央处理单元（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信端口、I/O扩展端口等组装在一个箱体内构成主机。另外，还有独立的I/O扩展单元与主机配合使用。整体式PLC的结构紧凑、体积小，小型机常采用这种结构。整体式PLC的基本组成示意如图1所示。

图1 柴油发电机组的整体式PLC结构示意框图

（2）组合式PLC：组合式PLC的组成示意如图2所示。这种结构的PLC是将CPU单元、输入单元、输出单元、智能I/O单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，模块之间通过底板上的总线相互联系。装有CPU的单元称为CPU模块，其他单元称为扩展模块。中、大型机常采用组合式结构。由于组合式的PLC系统配置灵活，有的小型机也采用这种结构。

柴油发电机组的组合式PLC结构示意框图

2、中央处理器（CPU）的组成

（1）原理：CPU由控制电路、运算器、存储器和总线等组成，一般都集成在一块芯片上。不同型号的PLC使用不同的CPU部件，制造厂家使用CPU部件的系统指令编写系统程序，并固化到只读存储器（ROM）中。CPU按系统程序赋予的功能，接收编程器或计算机等编程工具输入的用户程序和数据，并存入随机存储器（RAM）中。CPU按扫描方式工作，从规定的首地址存放的第一条用户程序开始，到用户程序的最后一个地址，不停地周期性扫描，每扫描一次，就执行一次用户程序。

（2）功能

CPU是PLC系统的控制中心，其主要功能如下。

① 将输入信号（用户程序和数据）送到PLC中储存起来。

② 检查电源、存储器、I/O的状态，诊断用户程序的语法错误。

③ 按存放的先后顺序取出用户程序，进行编译。

④ 完成用户程序规定的各种操作。

⑤ 将结果送到PLC的输出端，响应各种外部设备（如编程器、打印机）的请求。

⑥ 循环执行i～V步骤，直到停止运行为止。

  PLC除了可处于运行及编程状态外，还可设置成监控状态。此时，PLC既可实现对系统的监控，也可通过编程器和计算机修改或改变数据，还具有监视PLC工作状态及接收编程器操作的功能。

  各种PLC的中央处理单元也不相同，但在系统中的作用是一致的。目前中型PLC为了提高其自身的可靠性，常采用双中央处理单元系统：一个是主处理器，用来处理字节操作指令，控制系统总线，监视扫描时间，统一管理编程接口；另一个是从处理器，专门用来处理操作指令，配合操作系统实现PLC编程语言向机器语言转换，是加快PLC工作处理速度的关键。

 

二、控制功能的特点与优势

 

1、控制功能及其技术特点

（1）基础自动化控制

① 自动启动/停机：监测市电；市电异常时，自动启动、升速、合闸。

② 自动切换与保护：完成市电/发电切换；对油压低、超速等故障执行紧急停机。

（2）多机组并联运行

① 负载分配与同步：协调多台机组，实现功率均匀分配与稳定并联运行。

② 集中监控：通过HMI集中显示所有机组及电网状态，方便操作。

（3）高端与特殊应用

① 船舶电站综合管理：控制机组转速、励磁，并负责并车、有功分配等。

② 核电站应急电源：高可靠性监控机组状态，完成自动化控制。

（4）系统集成与通信

① 与上位机通信：通过PROFIBUS、Modbus等协议，将数据上传至中控室。

② 硬件选型与升级：从S7-200等小型PLC，升级至S7-1200/1500等更高性能型号。

2、功能的优势

   PLC在柴油发电机组中的核心优势主要体现在以下几个方面：

（1）超高可靠性与强大抗干扰能力：PLC专为工业环境设计，能够抵抗振动、电磁干扰等。它通过软件程序取代了大量的传统继电器和硬接线，极大减少了因线路老化、触点松动引发的故障，系统稳定性显著提高。

（2）卓越的灵活性与可扩展性：当控制需求变化时，通常只需修改PLC内部的软件程序，无需改动复杂的物理线路，极大缩短了改造周期。从控制单台机组到管理多台机组并机，PLC都能通过增加模块或扩展程序来应对。

（3）实现复杂与智能控制：除了基本控制，PLC还能轻松实现三次启动、维护性开机、自动准启动状态维持等复杂逻辑。在船舶、核电等高端领域，它更承担着转速与励磁的精密调节、多机组并联的功率分配等关键任务。

 

总结：

柴油发电机的PLC系统（可编程序逻辑控制器）是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境中应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，它是一种以微处理技术为基础，将控制处理规则存储于存储器中，应用于以控制开关量为主或包括控制参量在内的逻辑控制、机电运动控制或控制过程等工业控制领域的新型工业控制装置。

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