【正文】 電能的裝置和用電網(wǎng)絡的總稱，它由用電設備、裝配電裝置、發(fā)電裝置和電纜等組成。 船舶電站的主要特點是容量相對較小。其核心思想是集中管理、分散控制，即管理與控制相分離，上位機用于集中監(jiān)視管理功能，下位機分散到現(xiàn)場進行分布式控制。 (2)系統(tǒng)的網(wǎng)絡化 如今，數(shù)字化技術和網(wǎng)絡技術應用已經(jīng)相當成熟。各子系統(tǒng)的功能由系統(tǒng)網(wǎng)絡結合，把數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)分散功能結合，但每個系統(tǒng)又是一個獨立的系統(tǒng)，在某系統(tǒng)局部受損時不影響其他系統(tǒng)獨立 完成工基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設計與實現(xiàn) 4 作，采用網(wǎng)絡冗余和設備冗余設計及不間斷后備電源，增強系統(tǒng)控制能力。未來船舶電站的自動化系統(tǒng)會向著自動故障預測、自診斷的方向發(fā)展，上位機將會實現(xiàn)專家系統(tǒng)等智能連接?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體，易于擴充功能的原則而設計”。 PLC 的硬件系統(tǒng)由主機、輸入輸出擴展設備及外部設備三部分組成。用戶程序包括各類畫面的操作顯示程序，也有人機界面的有關軟件，用戶可以根據(jù)制造商提供的軟件使用說明進行操作站的系統(tǒng)畫面組態(tài)和編制相應的應用程序。這種循環(huán)掃描的方式，不斷地對輸入和輸出變量進行收集、計算和輸出，使得變量滿足程序條件，并且相應的輸出使執(zhí)行結構動作。同時， PLC 在船舶電站抗干擾方面也有其極大的優(yōu)越性。作為船舶上重要的裝備，船舶電站有著極其重要的作用；除了為船舶提供日常用電之外，還關系著船舶日常 工作的順利進行。 由于 PLC 可靠性高、耐惡劣環(huán)境、使用極為靈活 ，功能擴展方便。 本文的主要內(nèi)容和結構安排 本文主要內(nèi)容是以兩臺發(fā)電機組的電站為例，采用 PLC 的工業(yè)控制技術和工業(yè) PC 機，設計了基于 PLC 控制的船舶電站自動化的集散式管理系統(tǒng)。 (2)在集散式系統(tǒng)下，設計實現(xiàn)了 PLC 控制的發(fā)電機組的自動起動、自動并車運行、自動頻率和負載調(diào)節(jié)，重載詢問、自動解列以及自動停車的流程。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，控制系統(tǒng)可自動地使處于備用狀態(tài)的機組迅速起動 (不超過 45s)，自動準同步投入電網(wǎng)運行；并網(wǎng)成功后，故障機組將負荷降低至不大于額定功 率的 10%時，自動脫離電網(wǎng)。 (3)安全系統(tǒng)：自動化電站應設安全系統(tǒng)。 基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設計與實現(xiàn) 8 (2)發(fā)電機組的自動起動：當電網(wǎng)負荷增加使運行機組重載時、運行機組發(fā)生機電故障和某機組起動失敗或不能合閘時，電站管理系統(tǒng)能自動地發(fā)出起動指令使備用機組迅速自動起動，在起動成功后建立壓力后投入電網(wǎng)供電。 (6)重載詢問：大功率負荷起動大，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允許負荷率。 (8)機組自動、故障狀態(tài) 下解列、停機控制：輕載或故障需要停機時，并網(wǎng)運行機組先自動轉移負載，再按順序使運行機組逐臺退出電網(wǎng)，然后停車。 (11)運行系統(tǒng)給定參數(shù)的監(jiān) 視與修改：系統(tǒng)支持參數(shù)的監(jiān)視與在線修改，PLC 技術可將設計編制的程序及各種參數(shù)存放在隨機存儲器 RAM 中，方便在線修改。 工業(yè) PC 控制機置于集控中，作為操作系統(tǒng)的操作管理裝置。 本文所設計的集散式電站管理系統(tǒng)將各臺發(fā)電機組的控制功能分散化。采用了標準的硬件模塊和軟件模塊，可以靈活組建，而且采用了局域網(wǎng)，系統(tǒng)擴展十分方便。 (4)PLC 測控單元的控制信號 (模擬量和開關量 ) 柴油機組升速和減速脈沖、柴油機組起動和停機、發(fā)電機并網(wǎng)合閘和脫網(wǎng)。 山東交通學院畢業(yè)設計 (論文 ) 13 3 集散式船舶電站管理系統(tǒng)的功能流程 本文首先把集散式船舶電站管理系統(tǒng)的功能劃分為不同的模塊，并把它們作為子程序，設計實現(xiàn)這些子程序的流程圖，然后，主程序?qū)⑦@些子程序有機結合，來完成對電站的自動化管理。對自動化系統(tǒng)的電站就會自動發(fā)出起動指令。同時，發(fā)出“起動失敗”的聲光報警。 并車運行模塊及流程圖 投入電網(wǎng)并聯(lián)運行的發(fā)電機，不能與電網(wǎng)立即接通，否則將導致并車失敗，嚴重時會導致全船失電，機組也會受到電磁的和機械的有害沖擊。 (3)當相位差、電壓差和頻率差在系統(tǒng)設定范圍內(nèi)時，提前發(fā)出合閘指令，實現(xiàn)自動準同步并聯(lián)運行。；相位差為 15176。合閘時間越短則越有利于同步操作，而 PLC 按掃描的原理工作，因此 PLC 系統(tǒng)的運算周期就是 PLC 的掃描周期。在待并機頻率大于電網(wǎng)的頻率的情況下， Δt值是不斷的在減小的，所以測得 Δt 值小于計算出的 Δt 值時發(fā)出合閘脈沖。發(fā)電柴油機本身具有調(diào)速器，可以保證轉速處于規(guī)范之內(nèi)。圖中的 A 值由系統(tǒng)的調(diào)節(jié) 精度決定，一般按并小于177。維持電網(wǎng)頻率恒定及有功功率轉移可由原動機調(diào)速器改變油門的大小進行調(diào)節(jié)，也可另設調(diào)頻調(diào)載單元。當偏差值的絕對值小于設定值時，調(diào)節(jié)過程結束，若偏差值小于零 時，開大柴油機油門，使柴油機加速；當偏差值大于零時，減小柴油機油門，使柴油機減速。 山東交通學院畢業(yè)設計 (論文 ) 19 其流程圖如下： 起 起 起 起起 起 起 起 起起 起 起 起起 起 起 起起 起 起 起 起 起 起 起起 起 起 起 起起 起 起 起起 起 起 起起 起 起 起起 起 起 起 起起 起 起 起起起起起起起 圖 重載詢問流程圖 Overloading about flow chart 重載詢問模塊的功能是合理的管理電站 ，防止重載起動的沖擊對電網(wǎng)造成故障，從而達到電站穩(wěn)定連續(xù)供電的要求。解列機組時，退出電網(wǎng)的機組把負荷轉移到運行機組上，當退出機組的功率小于 10%額定功率時，主開關脫開，緊接著發(fā)出停機指令。對發(fā)電機的過載、過流、失壓、超速、逆功率保護的各項整定值，其中各項動作整定值可以允許用戶調(diào)整，而從運行安全方面考慮時，通常在安裝調(diào)試時設定，一般不允許用戶修改。其典型顯示如圖： 1 2.54 .7 s0sT I M E R 1 01* 5 0當 前 值 或 文 本整 定 值 或 P L C 狀 態(tài)錯 誤 信 息說 明 文 本 圖 OP393液晶顯示屏 OP393Liquid crystal display OP393 的操作鍵盤如下圖所示： 基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設計與實現(xiàn) 22 T M RC T RF C TO NO F FT X T T S T D B D I A E N TC 1234567 8 9+ / 圖 OP393鍵盤 OP393Keyboard OP393 的連接與登錄 將 OP393 的接插連接器插進 S5115U 的編程口連接器， OP393 液晶顯示屏顯示如下： O P3 9 3 I I IV x ,y OP393 上電一會后，顯示初始狀態(tài)信息 T M R / C T R / T X T / F C TD I A / D B / T S T ? 然后按下鑰匙鍵，輸入 5位數(shù)字密碼，再按 ENT鍵。右上部分顯示定時器編號；左上 部分顯示定時器當前值。 T M R起 起 起 起 起 起 起 起 起S 5 1 0 1 U o r D B 6起 起 起 起起 起 起 起 起 起 起 起起 起 起 D B 起1 . 0 1 s T I M E R 2 . 0 0 U s e r t e x t起 起 起 起 起 T M RE N T起 起 起 起 起起E N T起 起 圖 定時器的操作流程 The operation of the timer process 如果修改時間數(shù)據(jù)時該定時器尚未啟動，則該定時器一旦啟動則按新的給山東交通學院畢業(yè)設計 (論文 ) 25 定時間進行計時，如果修改時，該定時器已啟動正在計時，則這次定時器仍按老的給定時間計時，該定時器下次啟動時將啟動新的給定時間。右上部分顯示數(shù)據(jù)塊編號 DBxy；左上部分顯示該數(shù)據(jù)字的當前內(nèi)容；左下部分顯示數(shù)據(jù)字設定內(nèi)容；右下部分顯示該數(shù)據(jù)字的文本信息。上位機不斷地從下位機讀取數(shù)據(jù)，并判斷數(shù)據(jù)是否在設定的范圍內(nèi)，從而完成遠程監(jiān)控任務。系統(tǒng)結構圖如下 : 集控室組態(tài)軟件工業(yè)P C機發(fā)電機組P L C控制器打 印 機鍵 盤鼠 標圖 系統(tǒng)結構簡圖 System structure diagram 自動控制系統(tǒng)和自動監(jiān)測系統(tǒng)組成了電 站自動化系統(tǒng)，集散式電站的上位PC 監(jiān)控系統(tǒng)與下位 PLC 控制系統(tǒng)一起同步工作，通過連線把彼此之間數(shù)據(jù)實山東交通學院畢業(yè)設計 (論文 ) 27 現(xiàn)共享。 工業(yè) PC 機控制軟件和監(jiān)測軟件結構 控制軟件由三個層次構成：功能模塊層，可以實現(xiàn)電站各種管理要求；數(shù)據(jù)傳輸層，采集各數(shù)字、模擬量的數(shù)據(jù)；管理層，通過對下兩層之程序的調(diào)用，完成主程序的調(diào)度、管理功能。 監(jiān)測軟件框圖如下所示： 基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設計與實現(xiàn) 28 起 起 起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起 圖 數(shù)據(jù)庫模塊圖 Database module figure 整個監(jiān)測軟件以數(shù)據(jù)庫為核心，各個 功能模塊圍繞數(shù)據(jù)庫，形成星型狀態(tài)連接，這使軟件有很強的可移值性和維護性，可獨立對部分程序模塊替換、修改，而不會影響其它模塊。 (2)原理界面：在此界面可 以很清楚的知道與機組相關設備的系統(tǒng)原理圖，各處開關的分、合閘情況，和有各種重要參數(shù)的顯示。 (5)數(shù)據(jù)報表界面：一個可以反應過程中的數(shù)據(jù)、狀態(tài)等，并對數(shù)據(jù)進行記錄。上位機的這些界面使得整個電站系統(tǒng)處于管理人員的實時監(jiān)管之下，也使得管理人員的工作更加便捷。 欠壓保護 當調(diào)壓器失靈或電網(wǎng)中發(fā)生持續(xù)性短路故障等原因，都將出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象。但在某些情況下，如電網(wǎng)突加負載時，發(fā)電機電壓可能下降 很大，這時應視為正常，欠壓保護不該動作。 過流保護 當電網(wǎng)負載過大或并聯(lián)機組間負荷分配很不均勻等原因，可造成發(fā)電機過流。 本系統(tǒng)取 125％ Ie 為保護動作限值，延時確認時間為 20 秒。同時發(fā)出報警指示。本系統(tǒng)整定過壓報警限值為 10％Ue 。頻率預調(diào)應在一定的調(diào)節(jié)時間內(nèi)完成，否則視為預調(diào)故障。船舶電力系統(tǒng)在運行中，可能出現(xiàn)各種不正常運行和故障情況，主要有過 載、短路、過壓、欠壓、過頻、欠頻和逆功率故障等。將系統(tǒng)上電，把各個模擬報警器和開關、按鈕準確無誤的與 PLC 的 I/O 相連接。 控制系統(tǒng)功能的實現(xiàn)：系統(tǒng)運行后，打開主控模塊的電源主開關，系統(tǒng)可自動進行起動，并車等一系列的控制操作。 系統(tǒng)仿真的結果說明本設計基本實現(xiàn)了設計的目標，滿足設計的要求。 可靠性測試主要測試系統(tǒng)的可靠性。 環(huán)境適應性測試也是必不可少的一個重要測試。在此基礎上，選擇在基于 PLC 控制的船舶電站集散式管理系統(tǒng)。作為上位機的工業(yè)電腦與控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，在不同的控制界面可以顯示和修改控制參數(shù)，在機組出現(xiàn)故障時，報警和相應的處理，通過工業(yè)電腦也能實施控制動作。正是由于你們，我才能在專業(yè)知識方面取得顯著的進步，在此向你們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！ 。 基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設計與實現(xiàn) 34 致 謝 大學四年的學習生活即將結束，交通學院的學習生活將成為我人生中一段重要旅程。本文設計了一兩臺發(fā)電機組為例的船舶電站，分別由PLC 控制，以 PLC 為下位機與以工業(yè)電腦為上位機通過組態(tài)軟件實現(xiàn)通信。由于長時間的顛簸或者是受到各種腐蝕，系統(tǒng)線路容易發(fā)生老化產(chǎn)生短路或斷路，該系統(tǒng)必須要能夠保證線路和各個器件的可靠性，確保系統(tǒng)能夠長時間穩(wěn)定的工作。本系統(tǒng)用到多種定時器，要確保該定時器能夠在時間上準確無誤的發(fā)出信號指令。系統(tǒng)調(diào)試基本包括系統(tǒng)功能調(diào)試、可靠性調(diào)試和環(huán)境適應性調(diào)試。 自動檢測報警系統(tǒng) [10]功能的實現(xiàn)：人為的設置機組故障，觀察自動檢測報警系統(tǒng)是否發(fā)出一系列的聲光報警信號，并對監(jiān)測結果進行記錄、打印，對超限參數(shù)進行記錄。按照電機員使用此系統(tǒng)的步驟進行模擬測試，檢驗此系統(tǒng)是否實現(xiàn)了機組的自動起動，并車運行，調(diào)頻調(diào)載，重載詢問，自動解列和自動停車，自動檢測報警，安全保護動作的產(chǎn)生等等問題，通過一次次的查錯、修改，最終完成了的目標。因此，在所設計成果投入使用之前，對本系統(tǒng)進行仿真與調(diào)試是非常必要的。 若出現(xiàn)以上報警，則通過報警復位開關復位后，程序重新運行，完成相應的功能操作。本系統(tǒng)整定欠頻報警限值為 46Hz。 故障報警的設置 除了啟動失敗、并車失敗和電站逆功率報警外，電站自動化系統(tǒng)還要設置過壓、欠頻和頻率預調(diào)故障報警。發(fā)電機組在逆功情況下 運行對原動機是不利的，也會造成另一臺機組因過載而跳閘，引起全船供電中斷。所以應設置保護環(huán)節(jié)，當電流 參數(shù)越限時，延時確認后主開關跳閘。根據(jù)船舶規(guī)范規(guī)定 :“當電壓降低至額定電壓的 70％