【正文】 35％時，應(yīng)經(jīng)系統(tǒng)選擇性保護要求的延時后動作 ”。所以一旦出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象，立即采取保護措施。在本系統(tǒng)的安全監(jiān)測及保護程序中，對各種參數(shù)進行監(jiān)測，一旦發(fā)生參數(shù)越限，立 即執(zhí)行相應(yīng)的保護動作并給出報警指示。 通過與上位機連接的鼠標(biāo)和鍵盤，可以查看各個界面，也可以在這些界面上實行操 作，讀數(shù)據(jù)在線修改以滿足對系統(tǒng)新的要求。 (4)故障報警界面：設(shè)置各項報警指示燈，在故障時，指示燈由綠變紅。監(jiān)控界面 [7]包括： (1)主監(jiān)控界面：用來監(jiān)控每臺機組并顯示機組和電網(wǎng)的各項參數(shù)。程序框圖如下所示： 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起起起起起起起起起 圖 控制結(jié)構(gòu)框圖 Control structure block diagram 控制軟件是一個實時性很強的軟件，為了實現(xiàn)機組并車等特定功能，對計算速度要求嚴格。監(jiān)控系統(tǒng)可以顯示測量值、設(shè)定值、趨勢曲線、故障狀態(tài)、控制輸出值等，還可以設(shè)置主監(jiān)控界面、原理界面、并車界面、故障報警界面、數(shù)據(jù)報表界面，流程圖畫面。上位 PC 機把下位機得到的數(shù)據(jù)進行計算，判斷系統(tǒng)是否正常。上圖為數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)的監(jiān)視與修改操作流程。計數(shù)器的有關(guān)操作與此類似，在此不做具體說明。 (2)在線修改 首先進入在線監(jiān)視顯示方式，如需修改定時器的給定時間，可通過操作鍵盤上的數(shù)字鍵，按下新的給定時間數(shù)值，再按 ENT 鍵。 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。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。 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。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。 恒頻和成比例分功流程控制圖如下： 基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 18 起 起 起 起 起 起起起 起 起 起1 起 起 起 起 2 起 起 起 起Δ e 1 = Δ f 1 + Δ P 1 Δ e 2 = Δ f 2 + Δ P 2| Δ e 1 | 起 A | Δ e 2 | 起 AΔ e 1 起 0 Δ e 2 起 0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 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。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。 5%的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)定。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。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)。 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。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。規(guī)范要求的并車條 件：電壓差整定范圍為 177。為此并車必須滿足的下列條件： 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 15 (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。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。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。 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。測量控制單元原理框圖如圖下所示 ： 基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 12 數(shù) 據(jù)采 集單 元電 站控 制執(zhí) 行單 元可編程控制器電 源鍵 盤 輸 入工 業(yè) P C 機通 信 通 道模 擬 量 信 號開 關(guān) 量 輸 入開 關(guān) 量 輸 出模 擬 執(zhí) 行 部 件 圖 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。 (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。 總體框圖如下圖所示： 基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 10 顯 示 打 印 工 業(yè) P C 機 監(jiān) 測 報 警可 編 程 控 制 器 可 編 程 控 制 器電壓的調(diào)節(jié)柴 油 機和調(diào) 速 器控 制參數(shù)監(jiān)控功能自動并車功能頻 率調(diào) 節(jié)和功 率分 配參數(shù)監(jiān)控功能柴 油 機和調(diào) 速 器功 能電壓的調(diào)節(jié)自動并車功能頻 率調(diào) 節(jié)和功 率分 配 圖 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。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。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)。 (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)。 (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。 (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。自動化管理系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如下圖： 打 印 設(shè) 備 檢 測 報 警 系 統(tǒng) 控 制 系 統(tǒng) 發(fā) 電 機 組安 全 系 統(tǒng) 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。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。 (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。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。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。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。 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。 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。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 軟件由系統(tǒng)程序、和用戶程序兩大部分組成。它是微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制結(jié)合的產(chǎn)物。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。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。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)。 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)。 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?；?PLC 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?，F(xiàn)代 PLC 控制技術(shù)因其可靠性高、耐惡劣環(huán)境、基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 2 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。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 。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)?？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。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)。 論文作者 (簽字 )： 日期： 年 月 I 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)。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。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。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。 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。 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。 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?；?PLC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。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。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。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)。現(xiàn)場