自动化柴油发电机组从20世纪60年代产生到现在只有30年发展历史，但目前已形成一个产业群，在现代生活中发挥着日益重要的作用。就其控制技术而言，已经历了继电器控制、晶体管逻辑控制、数字集成逻辑控制，发展到目前的微机控制或可编程控制器PLC控制。由于微机控制的强大逻辑分析能力和计算能力，使其在自动化控制中占主导地位。自动化发电机组在邮电通信、重要工程、国防建设、智能化建筑等领域得到了广泛应用。
本章就国内通信方面使用的西门子自动化柴油发电机组、CIMC-Y系列和F。G。WILSON柴油发电机组等予以介绍。
西门子自动化柴油发电机组根据所配柴油机系列的不同，可以分为西门子—康明斯机组、西门子—道依茨机组、西门子—曼海姆机组、西门子—MTU机组、西门子-135机组和西门子-190机组等。按功能或用途分为自启动式、自动化（无人值守）式、远程遥控式、车载移动电站或拖车电站、热交换式（开式冷却循环）、船用、机车用或特种需求的柴油发电机组。其中西门子—康明斯机组为二级自动化机组，按功率分为200kW、250kW、300kW、500kW、600kW等几种机组，只能单机运行，可实现市电停电机组自动启动、自动调速、自动合闸供电以及市电恢复后自动切换和停机。机组除具有润滑油低压、冷却水温高、超速等故障自动停机外，还具有欠压、过流、短路等自动分闸保护功能。
5.1.1 自动化机组的组成特点
1.机组的组成
机组由柴油机、发电机、控制屏、市电开关屏、自动控制装置、自动充电装置及电源供给等部件组成。该机组所用柴油机由重庆康明斯发动机公司生产，配套的西门子1FC5、1FC6系列发电机由无锡海星电机厂生产。机组的额定电压为400/230V、频率50Hz、功率因素0.8滞后，标定转速1500r/min。
2.机组的特点
（1）康明斯柴油机的特点
①柴油机采用独特的PT燃油系统，配备电子调速器控制怠速和全速，不用伺服电动机，调速控制非常方便。
②配有的润滑油、冷却水加热器，不预先泵润滑油即可自动启动，启动后可立即带负载。③具有完善的保护功能。当柴油机出现超速、水温过高、机油压力过低等情况能自动停机保护。
④启动性能好。
（2）西门子1FC5、1FC6系列无刷发电机的特点
①电气性能优良、质量稳定、起励建立电压快。
②AVR调节灵敏，可使发电机调压率在±0.5%以内，即使在无人值守时，若负载发生变化，不会引起电压明显变化，无需进行人工调整。
③长期不用，无需充磁就能发电。
（3）发电机主控屏的特点
发电机自动控制装置安装在主控屏中，它是保证发电机正常发电、供电的关键设备。继电器式自控装置控制机组的启动、运行、供电以及故障保护等。控制屏的特点是
①可靠地进行自动合闸、分闸操作；
②进行欠压、短路或过载自动保护。
（4）副控屏
副控屏即市电开关屏，用于市电检测、市电与发电机的自动切换。该屏还向柴油机加热器提供交流电源。
（5）蓄电池自动充电
自动化机组的蓄电池通常采用浮充电装置进行浮充。其中启动蓄电池为24V、180Ah，自控装置专用蓄电池为24V、75Ah。
常用中等功率的自动化柴油发电机组5-1.
5.1.2 机组的控制程序
1.市电供电
为了便于机组自动启动和自动控制，市电在供电的同时，要经副控屏和充电装置对启动蓄电池和自控装置蓄电池充电，并向柴油机加热器供电，以保持冷却水温度。
2.市电停电
当市电瞬时停电（时间不超过0.5s）时，机组不会启动。市电恢复后仍由市电供电。
当市电停电时间超过0.5s时，经延时后，副控屏主开关欠压脱扣，其常闭触点闭合，给自动化机组提供启动信号，同时接通机组启动电路，机组在30s内自行启动。若启动成功，则先以600～650r/min怠速运行后，再加速到标定转速，待发电机电压建立，延时3s电压和频率稳定并使主控屏的主开关储能完毕，即发出合闸信号，主开关合闸向负载供电。
若机组第1次自启动失败，延时间隔8s后再次启动，如果成功则按上述程序启动对负载供电。如果经过三次8s间隔启动仍失败，发出声光报警信号，值机人员启动其他备用机组供电，并检查排除原机组的故障。
市电恢复供电，经延时20min判断确认，发电机组主控屏主开关分闸，机组由全速转向怠速运行1.5～3min后停机，转为准备状态。同时副控屏主开关合闸，由市电向负载供电。
5.1.3 主控屏电路的原理
主控屏是自动化机组控制供电的关键设备。在正常供电时，它监测发电机输出的电压、电流、频率、功率及功率因数等参数；在机组运行时若出现过载、短路、欠压等不正常情况时，能进行有效的保护。
1.主控屏的结构
主控屏装有自动空气开关是主控屏的主开关。它的瞬时动作电流是发电机额定电流的2.8～3倍，作发电机短路保护，并通过屏中电流互感器和过流继电器，其瞬动电流也整定在额定电流的2.8～3倍，作过载保护。在主开关内，还有欠压脱扣器对发电机进行欠压保护。在主控屏的面板上装有广角Z系列仪表，用来测量电压、电流、频率、功率因数和功率。通过转换开关可分别测量各线电压。此外，屏中还装有3只转换开关，其一是柴油机加热器电源转换开关，以控制电源接通和断开；其二是自动和手动转换；其三是试机和应急转换，通常置于“应急”位置。屏中装有两只电位器，一只电位器WX1用来控制发电机输出电压的大小，能使发电机电压在额定值±5%范围内进行调节；另一只电位器WX2用来控制蓄电池充电电流的大小。主控屏的上部装有指示灯，主开关合闸信号灯HD（红）；主开关分闸信号灯LD（绿）；自启动投入指示灯XD1（黄）；自启动失败指示灯XD2（白）。自动控制装置板和蓄电池浮充电整流器均装在主控屏内。
2.主控屏主电路原理
当市电停电时，副控屏主开关ZKS分闸，其常闭触点ZKS2闭合，为主控屏的主开关ZKF合闸作准备。机组自启动成功，正常发电，主开关分闸指示灯LD（绿）亮，表示主开关未合闸。
①主开关合闸电路原理：机组自启动成功，发电机正常发电，并经整流二极管Z1、Z2对电容C1、C2进行充电，其电路为：电流从U端→1RD1→ZKS2→QA→J9-1（常闭）→Z1、Z2→R→J（3、4）→C1、C2→J（5、6）→1RD2→V端。
同时自动控制装置内，自合闸延时继电器SJ5延时3s（BKZ-500K型为5 S），其接点SJ5闭合，主钮、主开关也不会重复动作。人工合闸揿下合闸按钮QA即可。由于揿下QA按钮，QA（6、7）触点代替J9-2常开接点的闭合，中间继电器J动作，因此，主开关进行人工合闸。
②主开关分闸电路：当市电恢复供电时，副控屏内时间继电器SJ，经20min判断确认，SJ继电器动作，其常开接点SJ闭合（自动控制装置内），市电恢复供电执行主控屏分断信号继电器J12得电吸合（220V AC），其常开接点J12闭合，分闸脱扣器线圈FL得电吸合，使主开关ZKF脱钩跳闸。
如果自动分闸电路有故障，可进行人工分闸，即揿下分闸按钮TA，其TA接点闭合代替J12接点的闭合，使分闸脱扣器线圈FL得电吸合，主开关ZKF分闸。
开关执行合闸继电器J9动作，J9-1断开，J9-2闭合，由于电容器C1、C2已充电完毕，因此、C1、C2经J9-2接点对中间继电器J进行放电，其电路为
电容C1、C2（+）→J9-2（已闭合）→ZKF2（常闭）→J→C1、C2（-）。
中间继电器J得电动作，其常开接点闭合、常闭接点断开，并完成自保。常开接点J（7、8）接通单相桥式整流电路电源，常开接点J（9、10）、J（11、12）接通电磁铁线圈CT电路，CT得电吸合，铁心吸上，开关储能。电容C1、C2经0.1～0.2s后，放电完毕，中间继电器J失电释放复原，电磁铁CT失电，ZKF主开关合上，完成全部动作。辅助触头KZF1闭合，合闸信号灯HD（红）亮，分闸信号灯LD（绿）灭，同时由于常闭的联锁触头KZF2断开，切断中间继电器J的电路，即使误按QA按钮，主开关也不会重复动作。
3.测量电路
①电压测量：发电机输出的电压通过（1～2）YH（380/100V）电压互感器和1HK电压转换开关可测量U AB、U BC和U CA线电压。
②负载电流的测量：发电机输出的电流通过（4～6）HL（600/5A）电流互感器和A1、A2、A3三只电流表（0～600A）可分别测量三相负载电流。
③频率的测量：该屏频率表的额定电压为100V，量程为45～55Hz，因此频率表并接在电压互感器副边两端。
④三相有功功率的测量：发电机输出的三相有功功率是通过三相有功功率表（千瓦表）来测量。主控屏安装的功率表为400kW、100V/5A，2个电流线圈分别串接在A相和C相4HL和6HL电流互感器副边之中。2个电压线圈并接在（1～2）YH电压互感器副边两端。
⑤功率因数cosφ的测量：发电机的功率因数cosφ，通过三相功率因数表进行测量。该屏安装的功率表为100V/5A，因此，cosφ表串接在A相4HL电流互感器副边电路中。
4.保护电路
由于主控屏装设的自动空气开关DWX15-630（200kW、300kW机组）或D15-1000（500kW机组），内装有分闸脱扣器和欠压脱扣器，其过流瞬动保护为机组额定电流的2.8～3倍，因此它具有过载、短路和欠压保护的功能。
①过流保护电路：该屏主电路中装有带电流互感器的热继电器。当发电机输出电流过流时，主双金属片因过热而弯曲，推动导板，并通过温度补偿片和推杆，使动触点与静触点闭合，接通中间继电器ZJ2电路，ZJ2得电吸合，其常开接点闭合，接通分闸脱扣器电路，分闸脱扣器线圈通电吸合，使主开关分闸进行保护，其控制过程为：发电机过流，热继电器JR动作→JR接点闭合→中间继电器ZJ2动作→ZJ2接点闭合→分闸脱扣器FL得电吸合。
分闸脱扣器FL电路为：发电机U端→1RD1→ZKS2（副屏主开关）→ZJ2→FL→ZKF2（主屏主开关合闸闭合）→地（N）。
②短路保护电路：当发电机出现短路时，通过主电路中的3只电流互感器1HL～3HL和3只过流继电器1LJ～3LJ来进行保护。在三相电路中，其中有一相出现短路过流时，过流继电器均会动作，其常开接点1LJ～3LJ均闭合，接通中间继电器ZJ2动作，主开关分闸的控制过程如前所述。
③欠压保护电路：主开关内的欠压脱扣器线圈Q并接在A、B两相之间。发电机输出电压正常时，线圈Q得电产生的电磁吸力大于弹簧的拉力，主开关处于合闸状态。
当发电机电压下降到欠压保护整定值时，其电磁吸力小于弹簧拉力，冲击杆抬起撞在搭钩上，使钩杆脱开，自动开关在断路弹簧作用下自动跳开分闸。
5.浮充电硅整流器
浮充电硅整流器BKZ，装在主控屏内。它是单相桥式整流器，对柴油机启动蓄电池（24V、180Ah）和自控装置专用蓄电池（24V、75Ah）进行浮充。市电供电正常时，市电380V交流电源，从副控屏送来，通过浮充电整流器对24V、180 Ah和24V、75 Ah两级蓄电池进行浮充，为了防止柴油机启动时，对自控装置专用电源电压稳定的影响，两者之间用隔离二极管进行隔离。
6.自动控制装置
自动控制装置是自动化机组的控制核心，也装在主控屏内，机组所有动作均由该装置进行控制。
5.1.4 副控屏电路的原理
副控屏的作用是对市电供电进行监测和控制。虽然它的功率较大，但不允许过载运行以免跳闸。
1.副控屏的结构
副控屏主电路也装有自动空气开关是副控屏的主开关ZKS，其型号与主控屏相同。在副控屏的面板上装有电压表、电流表、功率表、功率因数表和电度表，用来测量市电的线电压、线电流、功率、功率因数和用电量。在面板的上方装有主开关分闸指示灯LD（绿）和合闸指示灯HD（红），以表示主开关的状态。市电恢复供电确认的时间继电器SJ，装于屏内，时间在20 min内可调。
2.副控屏主电路原理
副控屏主电路自动空气开关ZKS，其结构与主控屏ZKF相同，因此它的自动合闸和人工合闸电路也基本相同，只是合闸和分闸继电器不同，下面对其进行分析。
（1）主开关分闸电路原理
当市电停电时，主开关ZKS欠压线圈失电释放，在弹簧拉力的作用下，主开关自动分闸。
揿下分闸按钮TA，分闸脱扣器线圈FL得电，即可进行人工分闸。
（2）主开关合闸电路原理
当市电恢复供电时，副控屏时间继电器SJ，20min确认主控屏主开关ZKF分闸，常闭接点ZKF2闭合，延时继电器SJ6延时，主开关ZJS电路，电容C1、C2充电，主开关储能，SJ6延时2s，其常开接点SJ6闭合，主开关执行继电器得电动作，其常闭接点J10-1断开，切断C1、C2的充电电路，常开接点J10-2闭合，电容C1、C2经J10-2和ZJ（市电恢复ZJ继电器已动作）接点对中间继电器J放电，J继电器得电动作，合闸线圈CT得电吸合，主开关自动合闸，恢复市电供电。
人工合闸时，只需按下合闸按钮QA，即可合闸。
3.测量电路
市电电压、电流和功率因数的测量电路与主控屏测量电路基本相同，不再重述。该屏还装有感应式三相电度表仪表，其结构基本上与单相电度表相同，它有二组（三线）或三组（四线）电压、电流线圈分别绕在铁心上和可转动的铝盘上。由于电压线圈与电流线圈所产生两个相位不同的磁通形成移进磁场，这个磁场在铝盘上感应涡流，涡流与磁通作用的结果，使铝盘产生一定方向的转动力矩，匀速成转动，通过铝盘轴上的蜗杆带动积算器。铝盘的转矩正比于电压、电流及它们相角差的余弦的乘积，因此，积算器的读数就是三相电路中消耗的三相有功电能。电路连接。
4.保护电路
副控屏的过载、短路和欠压保护电路与主控屏相同。
5.1.5 自动控制装置电路的原理
西门子—康明斯自动化柴油发电机组，自动控制装置为全继电器控制式。下面就电路的控制原理进行分析。
1.机组正常自启动控制电路
当市电停电时，市电失电，副控屏主开关ZKS分闸，其常闭触点ZKS3闭合，接通市电失电信号继电器J8电路，J8动作，其常开接点J8-1闭合，接通控制J2、J6继电器的启动继电器J3电路，J3动作，其J3-1常开接点闭合接通电动机启动继电器J2电路，J2常开触点闭合，接通启动电动机电路，同时J3-2常开触点也闭合，电源对电容器C2充电，短接油压低报警继电器J6.同时，J8-2常开接点也闭合，接通柴油机启动电源继电器（电磁阀）J5电路，J5动作，其常开触点闭合，接通启动电路，柴油机自行启动。
柴油机启动成功，电子调速器的速度接点SDJ闭合，接通启动成功信号继电器J7电路，J7动作，其J7-1常闭接点断开，切断柴油机启动控制电路；J7-2常开接点闭合，接通延时继电器SJ4（0.1s）、SJ5（3～5s）电路，当相应的时限到，SJ4、SJ5相继动作，常开的SJ5接点闭合，接通主控屏执行合闸继电器J9电路，J9动作，J9-1常闭接点断开，切断主控屏主开关ZKF， C1、C2储能电容器充电电路；J9-2常开接点闭合，接通主控屏C1、C2放电电路，中间继电器J电路，J得电吸合，主开关ZKF的合闸线圈CT得电吸合，主开关ZKF合闸，发电机对负载供电。
2.机组自启动不成功控制电路
当柴油机自启动在3s时限启动不成功时，启动时间继电器SJ3动作，其常开接点SJ3闭合，24V电源开始对电容器C1充电，C1充电到一定电压，启动/暂控制继电器J4吸合，其接点J4-1动作，切断启动时间继电器SJ3电路，并接通J4继电器自保电路；接点J4-2动作接通启动间歇继电器SJ2电路，延时8s， SJ2动作，其常闭接点SJ2断开，切断J4继电器电路，J4继电器失电释放，J4-1、J4-2复原，启动时间继电器SJ3和控制J2、J6继电器启动的J3继电器重新得电吸合，其常开接点J3-1、J3-2闭合，接通启动电动机J2继电器电路，J2再次得电吸合，控制柴油机再次自启动，如果启动成功，其控制过程同一次启动成功的控制过程相同。若第2次启动仍不成功，间隔8s之后，还可再自启动一次，控制过程同上。
3.柴油机3次自启动失败，机组不再启动的控制电路
如果柴油机3次自启动均失败，说明柴油机有故障，而且启动蓄电池经3次启动，消耗的容量也较多，不允许机组再启动。自启动延时30s后，自启动（30s）时限继电器SJ1动作，其常闭接点SJ1-1断开，切断柴油机自启动控制电路；常开接点SJ1-2闭合，接通电铃报警时限1.5～3min继电器SJ8、主控屏故障报警灯XD2、故障报警铃DL电路，灯亮铃响，通知值班人员处理故障或启动备用机组。
4.市电恢复供电主控屏分闸和副控屏合闸的控制电路
当市电恢复供电时，经主控屏时间继电器SJ，20 min时间确认，SJ继电器动作，其常开接点SJ闭合，执行主控屏分闸信号继电器J12动作，其常开接点J12-1闭合，接通主控屏主开关ZKF分闸脱扣器线圈FL电路，主开关ZKF自动分闸。
主开关ZKF分闸后，其常闭触点ZKF2闭合，接通市电恢复供电，合闸准备（储能）时间（2 S）继电器SJ6和柴油机正常停机前怠速运行时间1.5～3min继电器SJ7电路，此时，副控屏自动合闸电路的电容器C1、C2充电储能，延时2s后，SJ6动作，其常开接点SJ6闭合，副控屏主开关执行合闸继电器J10动作，控制副控屏主开关ZKS自动合闸，由市电对负载供电。
J12继电器另一组常开接点J12-2闭合，接通柴油机正常停机怠速控制继电器J14电路，J14动作，其J14接点闭合控制柴油机怠速运行1.5～3min，怠速延时继电器SJ7动作，其常闭接点SJ7断开，切断J5继电器电路，J5失电释放，J5-2断开，J14继电器也失电释放，机组自行停机。
5.机组故障的报警电路
机组在运行过程中，若出现过载或短路等故障时，由于这类故障其主电路的电流都很大，因此主控屏内的热继电器JR或过流继电器1LJ-3LJ动作，其接点闭合，接通中间继电器ZJ2电路，ZJ2动作，其常开接点ZJ2闭合接通自发电电故障报警继电器J13和怠速控制继电器J14动作，其常开接点J13-1闭合、报警灯XD2亮，铃DL响，1.5～3min后，SJ9动作，DL铃停。
6.机组试机电路
主控屏面板上应急/试机K2开关，正常情况K2开关扳向“应急”位置。
试机时将K2开关扳向“试机”位置，模拟市电失电情况。K2-1断开，副控屏控制电路；K2-2闭合，市电失电或试机信号继电器J8动作，J8-1闭合接通柴油机启动电路；J8-2闭合，接通柴油机电源电路，柴油机自启动，检查自启动能否成功，自启动成功表明机组处于完好状态，如果自启动不成功，应检查排除故障。
