【正文】 運(yùn)行模塊及流程圖 ........................................................................................... 14 調(diào)頻調(diào)載模塊及流程圖 ........................................................................................... 17 重載詢問模塊及流程圖 ........................................................................................... 18 自動(dòng)解列和自動(dòng)停機(jī)模塊及流程圖 ....................................................................... 19 電力管理系統(tǒng)參數(shù)在線監(jiān)視與在線修改 ............................................................... 20 OP393 的連接與登錄 ..................................................................................... 22 定時(shí)器的在線監(jiān)視與在線修改 .................................................................... 23 數(shù)據(jù)塊的在線監(jiān)視與在線修改 .................................................................... 25 船舶電站管理系統(tǒng)的監(jiān)控單元設(shè)計(jì) ....................................................................... 26 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能 .................................................................................... 26 工業(yè) PC 機(jī)控制軟件和監(jiān)測(cè)軟件結(jié)構(gòu) ......................................................... 27 監(jiān)控界面簡(jiǎn)介 ................................................................................................ 28 安全保護(hù)系統(tǒng) ........................................................................................................... 29 IV 欠壓保護(hù) ........................................................................................................ 29 過流保護(hù) ........................................................................................................ 29 逆功率保護(hù) .................................................................................................... 29 故障報(bào)警的設(shè)置 ............................................................................................ 30 4 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)與測(cè)試 .................................................................................................................. 31 系統(tǒng)仿真 ................................................................................................................... 31 系統(tǒng)調(diào)試 ................................................................................................................... 32 總 結(jié) ...................................................................................................................................... 33 致 謝 ...................................................................................................................................... 34 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 35 附 錄 ...................................................................................................................................... 36 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 前 言 為實(shí)現(xiàn)船舶電站自動(dòng)化的各種 功能，船舶電站自動(dòng)化技術(shù)經(jīng)歷了由繼電器、接觸器組成的有觸點(diǎn)控制系統(tǒng)到有分立元件和集成元件組成的無觸點(diǎn)控制系統(tǒng)。到 80 年代中后期，隨著微機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日趨成熟，國(guó)外眾多國(guó)家相繼開發(fā)研制多微機(jī)分布式網(wǎng)絡(luò)型自動(dòng)化控制系統(tǒng)，如：西門子、 AEG 等國(guó)際著名的大公司近期的產(chǎn)品，是目前國(guó)際上最新技術(shù)產(chǎn)品。 S7200 PLC 具有豐富的指令集成和內(nèi)置集成功能，如高速計(jì)數(shù)器 HSC、自整定 PID 和脈沖輸出PTO/PWN 等，實(shí)時(shí)特性和通訊能力強(qiáng)，擴(kuò)展模塊豐富，可靠性高。 船舶電站的主要特點(diǎn)是容量相對(duì)較小。 (2)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化 如今，數(shù)字化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟。未來船舶電站的自動(dòng)化系統(tǒng)會(huì)向著自動(dòng)故障預(yù)測(cè)、自診斷的方向發(fā)展，上位機(jī)將會(huì)實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)等智能連接。 PLC 的硬件系統(tǒng)由主機(jī)、輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備及外部設(shè)備三部分組成。這種循環(huán)掃描的方式，不斷地對(duì)輸入和輸出變量進(jìn)行收集、計(jì)算和輸出，使得變量滿足程序條件，并且相應(yīng)的輸出使執(zhí)行結(jié)構(gòu)動(dòng)作。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(guān)系著船舶日常工作的順利進(jìn)行。 本文的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排 本文主要內(nèi)容是以兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組的電站為例，采用 PLC 的工業(yè)控制技術(shù)和工業(yè) PC 機(jī)，設(shè)計(jì)了基于 PLC 控制的船舶電站自動(dòng)化的集散式管理系統(tǒng)。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，控制系統(tǒng)可自動(dòng)地使處于備用狀態(tài)的機(jī)組迅速起動(dòng) (不超過 45s)，自動(dòng)準(zhǔn)同步投入電網(wǎng)運(yùn)行；并網(wǎng)成功后，故障機(jī)組將負(fù)荷降低至不大于額定功率的 10%時(shí)，自動(dòng) 脫離電網(wǎng)。 基于 PLC 的船舶電站自動(dòng)化系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8 (2)發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)起動(dòng)：當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷增加使運(yùn)行機(jī)組重載時(shí)、運(yùn)行機(jī)組發(fā)生機(jī)電故障和某機(jī)組起動(dòng)失敗或不能合閘時(shí)，電站管理系統(tǒng)能自動(dòng)地發(fā)出起動(dòng)指令使備用機(jī)組迅速自動(dòng)起動(dòng)，在起動(dòng)成功后建立壓力后投入電網(wǎng)供電。 (8)機(jī)組自動(dòng)、故障狀態(tài)下解列、停機(jī)控制： 輕載或故障需要停機(jī)時(shí)，并網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組先自動(dòng)轉(zhuǎn)移負(fù)載，再按順序使運(yùn)行機(jī)組逐臺(tái)退出電網(wǎng)，然后停車。 工業(yè) PC 控制機(jī)置于集控中，作為操作系統(tǒng)的操作管理裝置。采用了標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)展十分方便。 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (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(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)這些子程序的流程圖，然后，主程序?qū)⑦@些子程序有機(jī)結(jié)合，來完成對(duì)電站的自動(dòng)化管理。同時(shí)，發(fā)出“起動(dòng)失敗”的聲光報(bào)警。 (3)當(dāng)相位差、電壓差和頻率差在系統(tǒng)設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，提前發(fā)出合閘指令，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)準(zhǔn)同步并聯(lián)運(yùn)行。合閘時(shí)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(yùn)算周期就是 PLC 的掃描周期。發(fā)電柴油機(jī)本身具有調(diào)速器，可以保證轉(zhuǎn)速處于規(guī)范之內(nèi)。維持電網(wǎng)頻率恒定及有功功率轉(zhuǎn)移可由原動(dòng)機(jī)調(diào)速器改變油門的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可另設(shè)調(diào)頻調(diào)載單元。 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (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(dòng)的沖擊對(duì)電網(wǎng)造成故障，從而達(dá)到電站穩(wěn)定連續(xù)供電的要求。對(duì)發(fā)電機(jī)的過載、過流、失壓、超速、逆功率保護(hù)的各項(xiàng)整定值，其中各項(xiàng)動(dòng)作整定值可以允許用戶調(diào)整，而從運(yùn)行安全方面考慮時(shí)，通常在安裝調(diào)試時(shí)設(shè)定，一般不允許用戶修改。右上部分顯示定時(shí)器編號(hào)；左上 部分顯示定時(shí)器當(dāng)前值。右上部分顯示數(shù)據(jù)塊編號(hào) DBxy；左上部分顯示該數(shù)據(jù)字的當(dāng)前內(nèi)容；左下部分顯示數(shù)據(jù)字設(shè)定內(nèi)容；右下部分顯示該數(shù)據(jù)字的文本信息。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下 : 集控室組態(tài)軟件工業(yè)P C機(jī)發(fā)電機(jī)組P L C控制器打 印 機(jī)鍵 盤鼠 標(biāo)圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 System structure diagram 自動(dòng)控制系統(tǒng)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成了電 站自動(dòng)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(shí)山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 27 現(xiàn)共享。 監(jiān)測(cè)軟件框圖如下所示： 基于 PLC 的船舶電站自動(dòng)化系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與實(shí)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(kù)模塊圖 Database module figure 整個(gè)監(jiān)測(cè)軟件以數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，各個(gè) 功能模塊圍繞數(shù)據(jù)庫(kù)，形成星型狀態(tài)連接，這使軟件有很強(qiáng)的可移值性和維護(hù)性，可獨(dú)立對(duì)部分程序模塊替換、修改，而不會(huì)影響其它模塊。 (5)數(shù)據(jù)報(bào)表界面：一個(gè)可以反應(yīng)過程中的數(shù)據(jù)、狀態(tài)等，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。 欠壓保護(hù) 當(dāng)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。 過流保護(hù) 當(dāng)電網(wǎng)負(fù)載過大或并聯(lián)機(jī)組間負(fù)荷分配很不均勻等原因，可造成發(fā)電機(jī)過流。同時(shí)發(fā)出報(bào)警指示。頻率預(yù)調(diào)應(yīng)在一定的調(diào)節(jié)時(shí)間內(nèi)完成，否則視為預(yù)調(diào)故障。將系統(tǒng)上電，把各個(gè)模擬報(bào)警器和開關(guān)、按鈕準(zhǔn)確無誤的與 PLC 的 I/O 相連接。 系統(tǒng)仿真的結(jié)果說明本設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的目標(biāo)，滿足設(shè)計(jì)的要求。 環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試也是必不可少的一個(gè)重要測(cè)試。作為上位機(jī)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(jī)組出現(xiàn)故障時(shí)，報(bào)警和相應(yīng)的處理，通過工業(yè)電腦也能實(shí)施控制動(dòng)作。本文設(shè)計(jì)了一兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組為例的船舶電站，分別由PLC 控制，以 PLC 為下位機(jī)與以工業(yè)電腦為上位機(jī)通過組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)通信。本系統(tǒng)用到多種定時(shí)器，要確保該定時(shí)器能夠在時(shí)間上準(zhǔn)確無誤的發(fā)出信號(hào)指令。 自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng) [10]功能的實(shí)現(xiàn)：人為的設(shè)置機(jī)組故障，觀察自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)是否發(fā)出一系列的聲光報(bào)警信號(hào)，并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行記錄、打印，對(duì)超限參數(shù)進(jìn)行記錄。因此，在所設(shè)計(jì)成果投入使用之前，對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行仿真與調(diào)試是非常必要的。本系統(tǒng)整定欠頻報(bào)警限值為 46Hz。發(fā)電機(jī)組在逆功情況下 運(yùn)行對(duì)原動(dòng)機(jī)是不利的，也會(huì)造成另一臺(tái)機(jī)組因過載而跳閘，引起全船供電中斷。根據(jù)船舶規(guī)范規(guī)定 :“當(dāng)電壓降低至額定電壓的 70％ 35％時(shí)，應(yīng)經(jīng)系統(tǒng)選擇性保護(hù)要求的延時(shí)后動(dòng)作 ”。在本系統(tǒng)的安全監(jiān)測(cè)及保護(hù)程序中，對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)生參數(shù)越限，立 即執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作并給出報(bào)警指示。 (4)故障報(bào)警界面：設(shè)置各項(xiàng)報(bào)警指示燈，在故障時(shí)，指示燈由綠變紅。程序框圖如下所示：