随着工业4.0时代的逐步推进,对水电站发电系统的控制及监控系统进行自动化设计改造符合时代的必要性。本课题将现代控制理论与PLC控制技术进行结合,在搭建了水轮机调速系统非线性模型的基础上,进行了基于改进蝙蝠算法的水轮机调速系统非线性模型的PID参数优化实验;在PLC内编写了水轮机的自动控制程序;同时建立了以触摸屏和手机终端APP的数据采集与监控系统。根据对水轮机调速系统工作特性的分析,本文以动态特性为基础展开研究,使用蝙蝠算法来对水轮机调速系统非线性模型的PID控制器的三个控制参数进行整定优化。同时为了提高收敛性能,本文对蝙蝠算法进行改进,使算法的收敛速度随着寻优的过程不断变化,同时对寻优频率进行了动态赋值。引入ITAE指标作为目标函数来对寻优结果进行评估。并和遗传算法、蝙蝠算法的寻优结果进行对比分析。通过对比仿真水轮机非线性模型在空载和负载工况下的参数优化实验,改进后的蝙蝠算法寻优效果优于二者,同时寻优时间也明显缩短,可以用于水轮机自动控制系统中PID参数的整定。在熟悉了水轮机系统的工作原理后,本文对控制系统的设计做出了整体规划,对系统的供电电路、PLC引脚接线、以及电机控制电路等进行了电路设计,然后对必要的硬件设备进行选型。接着,本文选用Siemens公司的S7-1200PLC作为控制核心,在TIA PROTAL V16软件中对水轮发电机组的PLC控制程序进行设计,主要实现了包括开机、停机、励磁、并网、储能、数据接收与传输等功能,能够实现自动化控制。使用改进的蝙蝠算法对PID参数在Simulink中进行整定,并将获得的参数输入到PLC程序中,同时使用DMC预测算法实现在系统出现扰动时对PID参数的实时动态优化。选用威纶通触摸屏作为现场操作界面,在Easy Builder Pro软件中对界面进行设计以及和PLC变量的数据互传。在EMCP物联网云平台对用户手机APP“云联物通”界面进行了绘制,并实现APP和触摸屏数据的通讯传输。能够在设备运转过程中对水轮发电机组的导叶开度、机组频率、电压电流、运行模式、电机温度等实时参数进行监控。完成了水轮机调速系统的SCADA系统（数据采集与监控系统）的设计。