摘要： 柴油发电机组自动化控制系统经历了继电器控制、可编程序控制器（PLC）控制和专用控制器三大阶段。本文系统阐述继电器控制系统的自动起动、市电恢复停机及故障保护逻辑与线路复杂、可靠性低的局限；分析PLC控制以软件替代硬接线的优势（简化电路、可靠性高、便于纳入中央管理）；并详述专用控制器的核心功能——柴油机自动控制（启动、充电、加热、保护、调速）、发电机自动控制（AVR调压、过载/短路/高温保护）及单机/多机运行控制（自动并联、解列、功率分配、故障转移），为选型与系统设计提供参考。
一、 继电器控制系统
采用继电器控制系统的主要控制对象包括柴油机、交流无刷发电机和控制屏三部分。柴油机上设有自动起动、自动停机执行机构及油压、水温、转速监测保护装置，控制屏内安装自启动装置和切换控制装置。
1. 系统组成与功能
控制系统主要由市电监测、油机电监测、自起动控制器、显示报警装置、市电切换电路及油机电切换电路组成，均采用继电器逻辑控制。
2. 自动起动与供电
市电中断时，市电切换电路切断市电供电，市电监测电路通过自起动控制器使起动电机运转启动柴油机。启动成功后油压上升至规定值时，油压传感器接通润滑油电磁阀控制电路，升速油缸动作使油门升速，在升速限位控制器作用下柴油机达到额定转速，AVR使发电机输出额定电压，柴油机电切换电路接通开始供电。工作流程如图1所示。
3. 市电恢复后自动停机
市电恢复后，市电监测电路切断柴油机供电电路，市电切换电路投入使负载由市电供电，同时自起动控制器使停机电磁铁动作控制油门，柴油机先低速运行后自动停机。工作流程如图2所示。
4. 故障停机与报警
（1）冷却水温度达到95℃±2℃时，温度控制器发出声光报警并切断负载，停机电磁铁动作使机组停止。
（2）润滑油压力低于规定值时，油压低报警传感器触点闭合，发出声光报警并切断油机电切换电路后自动停机。
（3）转速超出额定转速时，高周率继电器动作自动停机。
局限：继电器控制系统所需元器件数量多、控制线路复杂、工作可靠性较差、故障率较高。
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图1 柴油发电机组由继电器系统执行启动流程框图 |
图2 柴油发电机组由继电器系统执行运行中流程框图 |
二、 可编程序控制器（PLC）控制系统
采用PLC控制时，柴油发电机组工作由软件控制，可大大简化控制电路，可靠性显著提高。PLC专为工业环境设计，采用可编程存储器存储用户指令，通过数字或模拟输入/输出实现机械或过程控制。康明斯SIMATIC S5和S7系列即适合作为自动化发电机组控制器。实践证明PLC控制电站可保证供电连续性、可靠性和稳定性，并能方便地通过通信网络将电站控制纳入中央管理系统。
1. 控制系统组成
输入信号包括：蓄电池充/停电信号、市电故障信号、机组起动成功/额定转速/超速/频率异常/欠压过压/过载、冷却水超温、润滑油压力低、短路、故障复位和停机信号等。
输出信号包括：蓄电池充电控制、充油泵控制、柴油机起动、发电机充磁、柴油机升降速、发电机主开关分合控制、市电主开关分合控制及各类报警和显示信号。
2. 输出驱动与互锁
PLC输出触点容量较小（通常驱动2A以下负载），大容量负载须通过固体继电器控制。为防止输出端相互干扰，在PLC与固体继电器之间通常加入阻断二极管，重要控制部分还采用外部互锁结构。
3. 软件编程
采用标准布尔表达式（AND、OR、NOT）为基础的梯形图语言，程序未固化时用户可根据要求修改以满足特殊需求。
三、 专用控制器或自动控制屏
专用控制器是目前国内外广泛采用的控制方式，使系统控制线路大大简化、功能更强、系统更可靠。
1. 柴油机自动控制
（1）启动系统：电启动方式（蓄电池），按下启动按钮SB1，启动接触器K5吸合，启动电动机旋转带动柴油机，启动成功后释放按钮，启动电动机退出。
（2）充电系统：柴油机运行时通过自带充电发电机（含励磁调节器、充电电流表）对蓄电池充电。电路如图3所示。
（3）仪表系统：设转速表、油压表、油温表、水温表和充电电流表等。
（4）自动加热装置：备机状态时冷却水自动加热——水温低于30℃时温控器触点接通，KM1吸合，加热器EH工作；水温升至50℃时触点断开，KM1释放，加热器停止，确保机组在15秒内启动并带载。电路如图4所示。
（5）保护装置：润滑油压力低传感器、冷却水温高传感器及超速转速检测装置。
（6）转速自动调节：调速器（电子式/机械式/液压式）由转速检测、控制及执行器三部分组成闭环系统——负载增加导致转速下降时加大油门回升，负载减小导致转速升高时减小油门下调，保证额定转速运行。
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图3 柴油发电机组充电系统电路图
图4 柴油发电机组自动加热装置电路图
2. 发电机自动控制
（1）电压自动调节（AVR） ：输出电压升高时减小励磁电流降电压，输出电压降低时增加励磁电流升电压。
（2）空载电压调节：通过AVR调节电位器使输出电压在额定电压95%～105%范围内调整。
（3）发电机保护：过载保护（电流互感器+继电器，分短延时和长延时）、短路保护（主开关电磁脱扣特性）、定子高温保护（温度传感器）、防潮加热（备机状态加热器工作防止绝缘降低）。
3. 运行控制
（1）单机运行控制：市电失电时自动启动，电压频率达额定值后由市电侧切换至发电机侧供电。
（2）多机并联运行控制：供电原理如图5所示。
● 启动失败时自动将启动指令转移给下一台机组。
● 自动并联与解列：输出功率持续达到运行机组额定功率时自动启动第2台并联；输出功率减小到两台总额定功率40%时发出解列和停机指令。
● 并联运行时自动分配有功和无功功率。
● 备用机组控制：并联运行中一台发生一级故障（允许短时运行等待备用投入）时，先启动备用机组投入并联后再解列故障机组；发生二级故障（需立即停机）时故障机组自动停机并自动切断次要负载，同时启动备用机组投入恢复供电。
4. 专用控制器应用示例
CIMC-Y自动化发电机组采用DSE509专用控制器（电路如图6所示），市电及发电机电压信号接入控制器，具有油压低及水温高检测功能，同时控制切换。K1为综合报警继电器，K2为超速信号输出，K3用于打开电磁阀，转速检测通过频率方式实现。
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图3 柴油发电机组并联系统供电示意图 |
图4 柴油发电机组的DSE509专用控制器 |
总结
柴油发电机组自动化控制系统经历三个发展阶段：继电器控制系统功能完整但线路复杂、故障率高；PLC控制系统以软件替代硬接线，简化电路、提高可靠性并便于纳入中央管理系统；专用控制器进一步简化控制线路，功能更强大、系统更可靠。三种方案的关键差异在于：继电器控制依赖大量物理触点（故障率高），PLC控制依赖梯形图软件（编程灵活、抗干扰强），专用控制器集成了启动、充电、加热、AVR调压、保护及多机并机控制等全部功能（集成度高、开发周期短）。未来发展方向为无人值守型——采用更先进的专用控制器（如DSE509系列），集成遥信、遥测、遥控功能，实现15秒内自动启动带载，并通过通信网络纳入中央监控系统。选型建议：小型备用机组可选用继电器或PLC方案，大型多机并机系统及数据中心、医院等关键场所应优先采用专用控制器，确保高可靠性、快速响应和集中管理能力。
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