【正文】 、電網(wǎng)無(wú)功功率和電壓的自動(dòng)調(diào)整，確保電網(wǎng)的運(yùn)行 穩(wěn)定。歐美國(guó)家制造的 PLC大多是大中型 ， 在一些大型的系統(tǒng)中 會(huì)經(jīng)常采用。 PLC 在船舶電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用前景 可編程序監(jiān)控器 (PLC)是通用型工業(yè)監(jiān)控器件，因其抗干擾能力強(qiáng)、功能齊全、應(yīng)用 靈活、使用方便、維修簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，能夠直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，因此得到廣泛的應(yīng)用。 (3) 編程簡(jiǎn)單易學(xué) ， 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試周期短 現(xiàn)在我們所設(shè)計(jì)的船舶電站選用 FX 系列功能最強(qiáng)、速度最快的微型可編程監(jiān)控器 FX2N,可以用于 I/O 點(diǎn)數(shù)多、監(jiān)控功能復(fù)雜、要求聯(lián)網(wǎng)通信的系統(tǒng)。接線方便，只需用扁平電纜線連接，各模塊的高度及寬度都 相同，只是長(zhǎng)度不一樣，安裝后非常的整齊美觀?？刂茻艄獾牧涟悼梢圆捎?PLC內(nèi)的脈寬調(diào)制 ， 即 PWM功能。舟山擁有眾多良好的深水港資源，這些成為工業(yè)發(fā)展所需能源、原材 料及外貿(mào)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)闹饕修D(zhuǎn)港 ,未來(lái)的發(fā)展方向是成為以水水中轉(zhuǎn)和工業(yè)港為特色的綜 合性港口《 隨著船舶業(yè)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代技術(shù)的不斷更新 ， 研究船舶電站的自動(dòng)化控制有著非常 重要的意義 .而電站在船舶中占領(lǐng)著非常重要的地位，一旦電站出現(xiàn)嚴(yán)重故陣，整所船會(huì) 處于癱瘓狀態(tài) ， 人的生命安全得不到保 障。相互間還可通 過(guò)數(shù)據(jù)連成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。 模塊，此模塊可以把輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。 (3) EXCEL 無(wú)法使用其他應(yīng)用元件 將 PLC 的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送給其他計(jì)算機(jī)時(shí) ， 則必須應(yīng)用其他軟件（如 VB)來(lái) 完成。 (2) 以一問(wèn)一答的通信方式取得各臺(tái) PLC 元件的數(shù)據(jù)； (3) 能寫入各臺(tái) PLC 元件數(shù)據(jù)； (4) 利用 MCGS 的圖形表示 PLC 元件數(shù)據(jù)： ?? (5) 利用程序?qū)?PLC 元件的數(shù)據(jù)記錄或存于數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)； (6) 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳送 PLC 元件的數(shù)據(jù)。 4. 發(fā)電機(jī)組自動(dòng)準(zhǔn)同步并車。但 當(dāng)發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障并停機(jī)后，系統(tǒng)會(huì)發(fā)生分級(jí)卸載 ， 逐漸卸去次要負(fù)荷，保證對(duì)船舶上 重要設(shè)備的連續(xù)供電。當(dāng)某一較大的負(fù)荷停止運(yùn)行后，為了實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)的管理就需 要對(duì)機(jī)組進(jìn)行解列。 機(jī)組的自動(dòng)準(zhǔn)同步并車 并車種類 船舶在不同運(yùn)行工況下所需的電量是不同的，隨時(shí)進(jìn)行增減機(jī)組，通過(guò)主配電板匯流 排共同向所有設(shè)備供電。 設(shè)待并發(fā)電機(jī)的瞬時(shí)電壓 =^sin(6)r/+v/0i?)187。 以內(nèi)。只有相位不符合時(shí)，捕捉相位條件直到條件滿足。 基于差頻電壓原理得到的各種電壓信號(hào)都是模擬量，需要專門的電路來(lái)采集，變換過(guò) 程中會(huì)有一定的變形 ， 造成測(cè)量誤差，這些問(wèn)題實(shí)際上是可以由 PLC控制器來(lái)解決 。當(dāng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí) ,某臺(tái)機(jī)組所承擔(dān)的無(wú)功功率過(guò)多或過(guò)少 , 說(shuō)明它的電壓調(diào)整曲線要比其他機(jī)組的特性曲線硬 ,可通過(guò)調(diào)節(jié)環(huán)流補(bǔ)償裝置中的可調(diào)電 阻，改變電壓調(diào)整特性的頻率。 各機(jī)組所承擔(dān)的有功負(fù)載與總負(fù)載按機(jī)組額定比例分配值之差 ， 應(yīng)該在一定范圍內(nèi) , 數(shù)據(jù)如下： (1) 各個(gè)機(jī)組額定有功功率的 177。起動(dòng)過(guò)程為 電網(wǎng)電壓消失 0? 1分鐘 后，自動(dòng)起動(dòng)模塊投入工作，機(jī)組低速起動(dòng) (可連續(xù)起動(dòng)三次 )， 然后加速至全速。但是對(duì)于某些具有特大負(fù)荷的船舶來(lái)說(shuō)，當(dāng)某些大功率設(shè)備，如集裝箱船上的 側(cè)推器 ， 請(qǐng)求起動(dòng)時(shí)還會(huì)產(chǎn)生增加兩臺(tái)備用機(jī)組的命令。再者分析了并車運(yùn)行后電壓及無(wú)功功率自動(dòng)調(diào) 整、頻率及有功功率自動(dòng)調(diào)整，對(duì)其他的模塊作了簡(jiǎn)單的分析，并對(duì)干擾問(wèn)題提出了解決 方案。 程序：指 PLC指令的有序集合。整個(gè)船舶 電站自動(dòng) 化系統(tǒng)要做的工作如下：采集來(lái)自各柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、斷路器、匯流排以及各主浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 咍解 .劃 塊 I 要負(fù)載的參數(shù) ， 信號(hào)處理板加以分析 ， 把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸給 PLC 判斷，在一 定條件下，自動(dòng)的采取符合邏輯的措施 ， 處理電站運(yùn)行中可能發(fā)生的故陣情況，確保電力 系統(tǒng)安全可靠、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。重載則再次調(diào)用自動(dòng)并車模塊。四 ，監(jiān)測(cè)待并發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的電壓差、頻率差、相位差 ， 調(diào)用自動(dòng)調(diào)頻模塊，三個(gè) 條件都符合后并上電網(wǎng)運(yùn)行供電，如此臺(tái)發(fā)電機(jī)不符合條件，則啟用備用發(fā)電機(jī) .五，并 示備 顯動(dòng)組 繁起機(jī) 報(bào)并用 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 車條件符合后調(diào)用自動(dòng)并車模塊，運(yùn)行后調(diào)用自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載模塊，維護(hù)發(fā)電機(jī)供電平衡。 PLC 監(jiān)控系統(tǒng)程序總體框架 本文用模塊結(jié)構(gòu)分析下位機(jī) PLC的各監(jiān)控個(gè)程序子程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，運(yùn)行 時(shí)便于主程序的調(diào)用。指 令就是告訴 PLC 該怎么做，使用的也是二進(jìn)制， 8位代表一個(gè)字節(jié)， 16 位組成一個(gè)字。 組成網(wǎng)絡(luò)的雙絞線具有很強(qiáng)的抗干擾能力 ， 但在敷設(shè)時(shí)，應(yīng)該注意雙絞線與電磁干擾 的距離。 重載詢問(wèn) 即對(duì)大功率負(fù)荷投入時(shí)進(jìn)行管理。 】 ,完成起動(dòng)準(zhǔn)備、起動(dòng)和報(bào)警各項(xiàng)任務(wù) , 使起動(dòng)操作過(guò)程自動(dòng)化，在電站中某臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)生故陣的情況下，備用機(jī)組不僅應(yīng) 該自動(dòng)起動(dòng)，而且必須起動(dòng)迅速。對(duì)于并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組來(lái)說(shuō)，每臺(tái)發(fā)電機(jī)輸出功率都由自身的頻率決定 , 頻率與有功功率的分配是相關(guān)聯(lián)的。無(wú)功功率 的自動(dòng)分配可通過(guò)均壓線、環(huán)流補(bǔ)償裝置或者帶差動(dòng)電流互感器的環(huán)流補(bǔ)償裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。 r,代表主幵關(guān)固有動(dòng)作時(shí)間， b 代表并車 裝置的動(dòng)作時(shí)間， k代表提前量時(shí)間， \代表并車允許的頻率差。 15. 浙江工業(yè)大學(xué)碩 i?學(xué)位論文 自動(dòng)準(zhǔn)同步并車裝置 根據(jù)檢測(cè)到的待并機(jī)組與電網(wǎng)的電壓差、頻率差以及相位差，并車裝置判斷每個(gè)條件 是否符合，假如都不符合禁止并車。 以內(nèi)。但在實(shí)際操作中，要達(dá)到理想的條件不可能的。船舶 電站的自動(dòng)化管理系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)方面：發(fā)電機(jī)組的自起動(dòng)、自動(dòng)并車、功率的自 動(dòng)分配、根據(jù)負(fù)荷率增 /減機(jī)、負(fù)荷的自動(dòng)分級(jí)、運(yùn)行狀態(tài)顯示以及故障報(bào)警。在啟動(dòng)大功率設(shè)備之前會(huì)自動(dòng)檢測(cè)現(xiàn)有的發(fā)電機(jī)組能否滿足運(yùn)行，如 果有余量會(huì)直接啟動(dòng)設(shè)備，否則先并上另一臺(tái)機(jī)組后再啟動(dòng)此設(shè)備，以免重載情況發(fā)生。 7. 負(fù)載自動(dòng)分級(jí)啟動(dòng) ?分為兩個(gè)方面：（一 )當(dāng)自動(dòng)卸載發(fā)生后，隨著備用發(fā)電機(jī)組的 投入電網(wǎng)供電 ， 己卸去的次要負(fù)荷不能同時(shí) 投入，要保證發(fā)電機(jī)組不能再次過(guò)載：（二 ) 電網(wǎng)從斷電恢復(fù)到重新供電時(shí)，負(fù)載不能一次性投入 ， 應(yīng)分級(jí)、分批投入，重要的負(fù)載先 啟動(dòng) ? 8. 自動(dòng)分級(jí)卸載。 2?當(dāng)匯流排不帶電時(shí) ， 發(fā)電機(jī)組自動(dòng)并入電網(wǎng)。 計(jì)算機(jī)通信模式中，因其通信的數(shù)據(jù)有固定的格式，可以用 16 臺(tái) PLC與 1臺(tái)計(jì)算機(jī) 來(lái)構(gòu)成一個(gè)集中監(jiān)控系統(tǒng)，這里我們只選用了 3臺(tái) PLC,所以可以使用。 利用三菱公司提供的 SW3D5F軟件可以實(shí)現(xiàn) EXCEL監(jiān)控，而且僅需要作應(yīng)用軟件的設(shè) 置而不需要復(fù)雜的程序設(shè)計(jì) ， 此種方式可以迅速達(dá)成 PLC集中監(jiān)控的目的，但是此種監(jiān)控 模式還存在下列問(wèn)題 【 18】 ： (1) 無(wú)可視 化的效果 EXCEL 窗口中僅能以數(shù)值來(lái)表示設(shè)備的狀態(tài)，無(wú)法用壓力表、指示燈及按紐開關(guān)等設(shè) 計(jì)可視化的圖形監(jiān)控。 (2) 柴油機(jī)信號(hào)：溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等。因?yàn)樗鼈兿嗷ラg沒有數(shù)據(jù)的來(lái)往，非常獨(dú)立，即使某臺(tái) PLC出現(xiàn)故陣，也不 會(huì) 影響到其他的控制器，實(shí)現(xiàn)了集散控制中的分散控制。舟山群島位于我國(guó)東南沿海 ， 處于南北海岸線的中心 1M】 。 ? (5) 功能強(qiáng)大，方便使用⑽ FX 系列的 PLC雖然體積小，但是有很強(qiáng)大的功能 ， 內(nèi)部有上千個(gè)編程單元共工程技 術(shù)人員使用，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。小型 PLC 可以為外部的電子傳感器以及內(nèi)部的輸入電路提供直流 24V電源。 (2) 用戶所需備件數(shù)量少 只需要準(zhǔn)備一塊信號(hào)處理板。在信息化帶動(dòng)工業(yè)化的指導(dǎo)方針下 , PLC能夠把大量的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造成為先進(jìn)的自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)，提升了企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)童，提高了 企業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)力，節(jié)約了成本，企業(yè)能夠獲取大的經(jīng)濟(jì)效益。年銷售額超千萬(wàn)的有上海正航、深 圳合信、無(wú)錫信捷等，銷售額超億的有臺(tái)灣臺(tái)達(dá)，但所有的這些廠家的 PLC市場(chǎng)占有率大 概只有 5%【 9】 。另外雄厚的開發(fā)資金 也是國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)望塵奠及的 . 集散型監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生后，國(guó)外陸續(xù)推出了采用局域網(wǎng)絡(luò)的船舶監(jiān)控系統(tǒng)。在船舶電力系統(tǒng)及其自 動(dòng)化裝 *發(fā)面，出現(xiàn)了新技術(shù)、新設(shè)備、新觀念。另外，整個(gè)工作站又可作為一個(gè)整體，借助發(fā)達(dá)的計(jì)算機(jī) 技術(shù)實(shí)現(xiàn)船與船之間，船與陸地之間的通信 ， 進(jìn)行信息交流 ， 比如船舶管理、資料査詢、 故障維修等。 (4) 停泊電站，當(dāng)船舶回港口后整修 ， 一些設(shè)備不需要供電 ， 比如舵機(jī)。柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)組 一般是采用 2? 3臺(tái)發(fā)電機(jī)，根據(jù)整所船舶的設(shè)備容量來(lái)選擇，一般是在幾百千瓦， 比陸上的 電力系統(tǒng)小了很多。 從 2020 年到 2020年 5年間，我國(guó)的造船產(chǎn)童每年增長(zhǎng)約 20%。 本文設(shè)計(jì)的船舶電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)適用于中小型船舶 ,試用表明能達(dá)到船舶電站監(jiān) 控要求。 本學(xué)位論文屬于 保密 □ , 在 ___ 年解密后適用本授權(quán)書。除文中已經(jīng)加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外 ， 本論文不包含其他個(gè)人或 集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果 ， 也不含為獲得浙江工業(yè)大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的 學(xué)位證書而使用過(guò)的材料。隨蓍電子信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā) 展，監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用日 益廣泛，船舶大型化和自動(dòng)化 ， 對(duì)其電站的自動(dòng)化提出更高的要求 , 電站又是船舶的關(guān)鍵部位之一，船舶電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)承載著非常重要的角色。 PLC。到 2020 年，中國(guó)或?qū)⒊烧憬I(yè)大學(xué)碩上學(xué)位論文 為造船強(qiáng)國(guó)，擁有世界上最先進(jìn)的造船技術(shù)。 配電板給船上的舵機(jī)、空調(diào)、 照明、信號(hào)等合理分配電力 ， 平時(shí)還配備 24V 的后備電源，以防電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)能夠給一些應(yīng)急設(shè)備供電，比如照明。船舶電站在這種形式下，也大多采用計(jì)算機(jī)技術(shù)并廣泛應(yīng)用。船舶機(jī)艙自動(dòng)化是船舶工業(yè)發(fā)展的重要方向，涉及的技術(shù)面很廣，比如計(jì)算機(jī)技術(shù)、 信號(hào)處理技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)，以及各類的傳感器、光纖等多門學(xué)科。 上世紀(jì)末，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，各個(gè)行業(yè)的發(fā)展都得到了質(zhì)的飛躍。但是由于船舶電站的研究成本高，技術(shù)難度大，國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品和世界主要造船國(guó)家 相 比，還存在著較大的差距。 PLC 在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有著巨大的潛力 ， 國(guó)內(nèi)大多數(shù)的小型企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程依舊沒有 使用自 動(dòng)化系統(tǒng)，比如機(jī)械行業(yè) ， 八成以上的設(shè)備還是采用接觸器或者繼電器進(jìn)行監(jiān)控。基 于 PLC 的船舶電站自動(dòng)化系統(tǒng)與基于單片機(jī)的船舶電站自 動(dòng)化系統(tǒng)相比有以下優(yōu)點(diǎn) 11浙江工業(yè)大學(xué)碩上學(xué)位論文 176。 PLC 的編程 方式簡(jiǎn)單 易學(xué)，可以采用梯形模式結(jié)構(gòu)，工程技術(shù)人員不需要掌握高深的計(jì)算機(jī)技術(shù)就能夠編程。 (3) 子系列豐富 比如 FX1S、 FX1N、 FX2N 系列 a其中 FX2N 的功能最強(qiáng)，可以用于要求很高的系統(tǒng)， 圖 FX2N側(cè)面 圖 FX2N正面 浙江丁 .業(yè)大學(xué)碩上學(xué)位論文 通 過(guò)子系統(tǒng)的不同組合可以得到不同的系統(tǒng) ， 避免功能浪費(fèi) ， 節(jié)約投資。它擁有的安全機(jī)制非 常高，可以設(shè) *密碼，防止程序被誤操作或者被別人盜用。這就是本文研究船舶電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的重 大意義所在 ?浙江工業(yè)大學(xué)碩十學(xué)位論文 第 2 章船舶電站自動(dòng)化系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 隨著船舶自動(dòng)化程度的不斷提高，電站自動(dòng)化由局部的、就地的監(jiān)控，發(fā)展到綜合的、 集中的電站自動(dòng)化 ? 電站自動(dòng)化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 本文根據(jù)船舶電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能要求 [||】 ，構(gòu)造了有設(shè)備層、監(jiān)控 層和網(wǎng)絡(luò) 層的三層網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，如圖 。 本文設(shè)計(jì)的船舶電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)用到的主要硬件有 :三菱 FX2N、 工業(yè)監(jiān)控 PC機(jī)、 各種傳感器和變送器、以及打印機(jī)等。 圖 (2) FX2N 控制信號(hào) 柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)以及電網(wǎng)都是以 PLC控制為中心，輸送數(shù)據(jù)到 PLC,再由 PLC 發(fā)送回 處理后的數(shù)據(jù) ， 以此連成一個(gè)控制系統(tǒng)。 (4) 響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng) 每個(gè) PLC 元件在 EXCEL 存儲(chǔ)表格中響應(yīng)的時(shí)間很長(zhǎng) ， 平均需要 Is 以上，所以在要求 響應(yīng)速度快的監(jiān)控系統(tǒng)中無(wú)法滿足需要。 PLC的計(jì)算機(jī)通信模式，其實(shí)是為了達(dá)成 PLC與計(jì)算機(jī)的 “ 集中圖形監(jiān)控 ” 的目的。當(dāng)電網(wǎng)上己有一臺(tái)發(fā)電機(jī)組在供電 ， 此時(shí)有重載情況發(fā) 生，需要再并上另一臺(tái)機(jī)組。 9. 自動(dòng)無(wú)功功率調(diào)整。減機(jī)的負(fù)荷率大約可以選擇 ,自動(dòng)停機(jī)解列時(shí)應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)逐 漸執(zhí)行電荷的轉(zhuǎn)移，故障狀態(tài)下則需立刻轉(zhuǎn)移負(fù)荷，最終使剩余的機(jī)組脫離輕載狀態(tài) ? 14. 發(fā)電機(jī)組自動(dòng) 停機(jī)。并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)很多 ， 比如連續(xù)供電增加電站的可靠性、合理利 用電能以及電機(jī)能夠運(yùn)行在最佳狀態(tài) .待并機(jī)組在投入電網(wǎng)前要進(jìn)行參數(shù)判斷，滿足要求 才被允許并車操作，進(jìn)入并聯(lián)運(yùn)行 [2\ * 并車方法有兩種：自同步和準(zhǔn)同步 自同步的方法是指待并發(fā)電機(jī)事先不加勵(lì)磁，等轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速后先投入電網(wǎng)后 加勵(lì)磁 ， 利用原動(dòng)機(jī)的力矩等作用進(jìn)入同步狀態(tài)。 =V+V^h)， 其中 g代表待并發(fā)電機(jī)， n代表電網(wǎng) ,0)角頻率 ， ％初相位。由此可知，不存在理想的并車，只要既能實(shí)現(xiàn)并車，又不損壞發(fā)電機(jī)組就可以了。當(dāng)所有的條件都滿足時(shí) , 發(fā)合閘指令，但電機(jī)開關(guān)有固有延時(shí)時(shí)間 ， 需要在指令前有一個(gè)提前量，保證以最小的相 位差并車，減小沖擊電流對(duì)設(shè)備