【正文】 用圖像控制功能，在人機界面實現(xiàn)良好的對話效果?，F(xiàn)場控制設(shè)備和控制系統(tǒng)之間的雙向網(wǎng)絡(luò)通信靠現(xiàn)場總線來實現(xiàn)。所以，這種集散式的管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)有很高的可靠性，且易于擴展，上位機根據(jù)需要增減下位機臺數(shù)。當(dāng)起動某些大容量負載起動時，發(fā)電機轉(zhuǎn)速下降，從而使發(fā)電頻率和電壓大幅波動，同時將沖擊電網(wǎng)，使電網(wǎng)電壓、頻率大幅度下降，因此，要求發(fā)電機組要具有較大的承載能力和維持電站穩(wěn)定運行的能力。其中船舶電站是船舶所需的全部電能的來源，處于船舶電力系統(tǒng)的核心地位?；赑LC的船舶電站系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，便于在線故障診斷。隨著工業(yè)自動化產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，自電氣自動化控制領(lǐng)域的重要組成部分PLC問世以來，引起了國內(nèi)外電氣行業(yè)的普遍關(guān)注，現(xiàn)已成為具有發(fā)展前景和影響力的一項高新技術(shù)產(chǎn)品。目前我國船舶電站自動化裝置的研制和生產(chǎn)水平相對較低，船用電站管理系統(tǒng)國產(chǎn)化率很低，大約有90%來自國外，而國外采用PLC控制技術(shù)研制的船舶電站自動化系統(tǒng)，功能完善，技術(shù)先進，但是技術(shù)壟斷嚴重。早在60年代初期，日本、德國、英國等國就有電站單元自動化裝置，如：英國的MMF自動并車裝置，日本的XET自動并車裝置和XPT自動負荷分配裝置。大規(guī)模集成電路的結(jié)構(gòu)化、模塊化，還可以使微機控制系統(tǒng)的體積、重量大大減少，工作可靠性提高。在這種點對點的控制系統(tǒng)中，下位機可以完成發(fā)電機組的起動、停機控制、調(diào)頻調(diào)載以及機、電故障處理等；上位機進行機組的并聯(lián)運行、解列、重載詢問等。除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明，本人完全意識到本聲明的法律后果，尊重知識產(chǎn)權(quán)，并愿為此承擔(dān)一切法律責(zé)任。 論文作者(簽字)： 日期： 年 月 摘 要本文以兩臺發(fā)電機組的船舶電站為例，在論述自動化電站功能和要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計了集散控制式系統(tǒng)。同時，上位機的人機界面可以顯示、記錄機組的運行狀態(tài)和主要參數(shù)?？刂品绞接捎布刂谱?yōu)檐浖刂茷橹?，使功能的組合、擴展或修改變得容易：模塊化、通用性好。到70年代中后期，人們在單元自動化裝置的基礎(chǔ)上，把它們系統(tǒng)地組合成成套電站自動化設(shè)備，系統(tǒng)可在集控室進行集中控制，如“里言斯頓”號船上的SEPA電站自動化控制系統(tǒng)，日本“星光”號船上電站自動化系統(tǒng)。隨著計算機信息處理技術(shù)的發(fā)展，船舶電站自動化系統(tǒng)正朝著集散型控制系統(tǒng)(網(wǎng)絡(luò)式或分布式控制系統(tǒng))的方向發(fā)展 ?，F(xiàn)代PLC控制技術(shù)因其可靠性高、耐惡劣環(huán)境、使用極為靈活方便三大特點，廣泛應(yīng)用在自動化控制系統(tǒng)領(lǐng)域，船舶自動化控制系統(tǒng)更是如此?；赑LC技術(shù)設(shè)計的人機界面，組態(tài)調(diào)試方便，用S7200 PLC開發(fā)的船舶電站控制系統(tǒng)，性價比高，在遠洋船舶得到了成功應(yīng)用，表明PLC技術(shù)值得在輪機自動化中推廣。船舶電站由原動機、發(fā)電機和附屬設(shè)備(組合成發(fā)電機組)及配電裝置組成。 船舶電站自動化的發(fā)展與展望隨著船舶自動化程度的不斷提高，電站自動化由局部控制發(fā)展到了綜合控制，由就地的控制發(fā)展到集中的控制。船舶電氣自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢：(1)系統(tǒng)監(jiān)控的綜合化由于電氣設(shè)備已經(jīng)日趨通用化、模塊化、系列化，組態(tài)靈活；上位控制機所有功能可通過屏幕軟件按鈕來完成，為系統(tǒng)監(jiān)控的綜合化提供了必要的基礎(chǔ)。使用雙層網(wǎng)絡(luò)，第一層網(wǎng)絡(luò)采集與傳送數(shù)據(jù)，第二層網(wǎng)絡(luò)是控制網(wǎng)。這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)勢在于采用數(shù)字化和高層次的自動化技術(shù)代替大量繁瑣的人工操作，它有助于減少頻繁操作和減輕人員疲勞，把船員從環(huán)境惡劣的工作場合中解放出來。而這些技術(shù)的發(fā)展會使船舶工業(yè)向著智能綜合自動化、微機監(jiān)視、智能控制、衛(wèi)星通信導(dǎo)航、全球定位系統(tǒng)、船岸信息直接交流、全船自動化領(lǐng)域延伸得更深。它是微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制結(jié)合的產(chǎn)物。PLC軟件由系統(tǒng)程序、和用戶程序兩大部分組成。但是，在時間上PLC執(zhí)行的任務(wù)是串行的，與繼電器邏輯控制系統(tǒng)中控制任務(wù)的執(zhí)行有所不同，PLC整個工作過程是以循環(huán)掃描的方式進行。 PLC 在船舶電站自動化系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)勢船舶電站控制有控制動作復(fù)雜、頻繁的特點，且有較多的接觸器作為執(zhí)行器。PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)比較具有許多優(yōu)點：(1)更改控制邏輯只需修改軟件，無需對硬件做改動；(2)程序可以復(fù)制，批量生產(chǎn)容易；(3)電氣硬件設(shè)計大大簡化；(4)由于PLC除有繼電器功能外，尚有多種其他功能，可以實現(xiàn)繼電器無法實現(xiàn)的控制功能，實現(xiàn)某種程度上的智能化，并有可能使機構(gòu)簡化；(5)可靠性高；(6)具有擴展單元或擴展模塊，當(dāng)需要較多的I/O時可以方便的擴展。為解決船舶電站自動控制系統(tǒng)中的繼電器系統(tǒng)和電子電路控制系統(tǒng)的線路復(fù)雜、可靠性差、維修工作量大等缺點，給出了解決方案。在PLC內(nèi)部實現(xiàn)自整定PID算法控制轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，驅(qū)動直流伺服電動機執(zhí)行，負荷分配及時均衡。上位機的人機界面設(shè)計機各種界面，在設(shè)計的界面上可以顯示機組的狀態(tài)和各主要參數(shù)，輪機員通過各種界面能觀察和操作機組。(4)通過實際操作，發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的不足之處，對不足之處進行改正。其次，系統(tǒng)會將監(jiān)測量實時與設(shè)定的限制值進行比較，若被測量超限，將發(fā)出相應(yīng)的聲光報警信號。自動化管理系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如下圖： 自動化系統(tǒng)的組成 Composition of automation system 船舶電站自動化管理系統(tǒng)主要功能自動化電站管理的主要內(nèi)容包括[2]：(1)發(fā)電機組起動前的準(zhǔn)備工作:中國船級社對自動化船舶的有關(guān)規(guī)定是船舶電網(wǎng)失電應(yīng)在45s(國外有些是30s)內(nèi)恢復(fù)供電，所以自動化電站停車狀態(tài)下的備用機組應(yīng)事先做好準(zhǔn)備工作。(4)并聯(lián)運行中的功率分配與頻率調(diào)整：兩臺機組并聯(lián)運行供電時，通過原動機調(diào)速器和自動調(diào)頻調(diào)載裝置配合工作，使電網(wǎng)維持在穩(wěn)定頻率，且使并聯(lián)運行機組按容量成比例的承擔(dān)負載。(7)機組故障的自動處理與報警及負載自動分級：系統(tǒng)設(shè)有故障處理模式與對應(yīng)的故障相匹配。(10)運行狀態(tài)顯示及故障監(jiān)視：現(xiàn)代電子觸摸屏通過編程可以在屏幕上以畫出主配電板、發(fā)電機組、主開關(guān)等電器元件的狀況，除此之外也有開關(guān)、按鈕等指令開關(guān)。此外，系統(tǒng)的通訊接口可以與個人電腦相連，在電腦顯示屏用文字和圖形來顯示各種參數(shù)及相關(guān)機組、主開關(guān)等電器狀態(tài)。在上位機上可以修改系統(tǒng)某些設(shè)置參數(shù)，并能以指令的形式傳遞到下位機中，來對電站運行過程進行控制?？傮w框圖如下圖所示： 電站管理系統(tǒng)的總體功能框圖 Plant overall management system functional block diagram集散式船舶電站管理系統(tǒng)的主要優(yōu)點是以數(shù)據(jù)通信為紐帶，完成過程的分散控制、監(jiān)控和信息集中管理等一系列工作。(2)關(guān)于發(fā)電機的信號發(fā)電機端電壓、電流、頻率、有功功率、發(fā)電機電壓與電網(wǎng)電壓的相位差和發(fā)電機繞組溫度。測量控制單元原理框圖如圖下所示： 測量控制單元原理圖 The principle diagram of the measurement control unit數(shù)據(jù)采集單元主要采集信息有：電壓、頻率、相位、溫度、壓力、液位、轉(zhuǎn)速和功率等，及時反映控制對象的狀態(tài)，發(fā)出必要的調(diào)節(jié)指令，以滿足控制要求。系統(tǒng)主程序的工作原理：自動巡回檢測電站的主要參數(shù)和工作狀態(tài)，針對不同的參數(shù)和狀態(tài)做出邏輯分析和綜合計算，判斷當(dāng)前需要完成哪些工作，從而決定調(diào)用哪一個功能子程序來完成該工作，被調(diào)用的功能子程序一旦執(zhí)行完畢，又返回主程序中繼續(xù)巡回檢測，整個系統(tǒng)就如此反復(fù)地運行。當(dāng)檢測到機、電故障時，根據(jù)故障的級別進行處理，若是嚴重故障，先停故障機，在起動備用機；若是較嚴重故障，先起動備用機組，并網(wǎng)后解列故障機。機組起動成功后，在一定時間未建立電壓，則停機和發(fā)出聲光報警。為此并車必須滿足的下列條件：(1)檢測電網(wǎng)與待并發(fā)電機的電壓差、頻率差和相位差，當(dāng)不符合并聯(lián)運行要求時，繼續(xù)巡回檢測。規(guī)范要求的并車條件：電壓差整定范圍為177。主開關(guān)接到指令后，從開始動作到主觸頭閉合要經(jīng)過一定的時間，考慮的這個問題，合閘指令應(yīng)該提前發(fā)出。用恒定超前時間法[4]發(fā)出合閘指令，先把電網(wǎng)和待并機的正弦電壓通過波形變化變?yōu)橥l方波，然后對電網(wǎng)電壓和待并機的電壓檢測計算，來得到合閘指令提前時間。當(dāng)接受到“解列”指令時，能自動控制負荷轉(zhuǎn)移，待其負荷接近5%額定功率后，使其主開關(guān)跳閘脫網(wǎng)。頻載調(diào)節(jié)器的控制信號是頻率差與功率差的合成信號，經(jīng)放大、判別后控制伺服電機，來調(diào)節(jié)發(fā)電機油門來調(diào)整轉(zhuǎn)速。5%的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)定。單機調(diào)節(jié)比較簡單，只是調(diào)用單機調(diào)頻程序，在此不用再做討論。恒頻和成比例分功流程控制圖如下： 恒頻和成比例分功控制流程圖 Constant frequency and proportional to the work and control flow chart 重載詢問模塊及流程圖重載詢問：大負載投入電網(wǎng)前，管理系統(tǒng)將判斷電網(wǎng)負荷與起動的大功率負荷是否超過運行機組的最大負荷率。所謂自動停機，就是并網(wǎng)輕負荷時的自動減機，出現(xiàn)嚴重故障停機時處理方法是立即跳閘停電。 電力管理系統(tǒng)參數(shù)在線監(jiān)視與在線修改為適合不同類型的柴油發(fā)電機組，及隨著機組累計運行時問加大而致機組性能的變化，系統(tǒng)參數(shù)的在線監(jiān)視以及機組當(dāng)前運行工況的變化隨時做出相應(yīng)的修改是必要的。在本設(shè)計中，系統(tǒng)參數(shù)的在線監(jiān)視與修改[5]是通過PMA52自動電力管理系統(tǒng)中的便攜式用戶操作器OP393實現(xiàn)的。 定時器的在線監(jiān)視與在線修改(1)在線監(jiān)視在登錄、顯示初始信息狀態(tài)后，按TMR鍵，輸入定時器編號，按ENT鍵。(2)在線修改首先進入在線監(jiān)視顯示方式，