【正文】 的影響 這里就提前量的獲取作詳細(xì)的分析。對于 數(shù)字化自動并車裝 *來說 ,只需執(zhí)行三大步 (頻率檢測、待并機組頻率調(diào)整、相位差檢測 ), 就可實現(xiàn)并車功能，而且不需要 A/D、 D/A變換，結(jié)構(gòu)簡單。在自動控制系統(tǒng)中，這些環(huán)節(jié)可通過發(fā)電機主開關(guān)中的常 閉副觸電來實現(xiàn)， 頻率及有功功率自動調(diào)整 船舶電站負(fù)載突然變化時，破壞了原動機的驅(qū)動功率與機組負(fù)載功率的平衡 ， 引起發(fā) 電機組轉(zhuǎn)速的變化，電網(wǎng)頻率隨之改變 (/np/60), 電力系統(tǒng)運行的兩項質(zhì)童指標(biāo)是電壓和頻率，所以頻率要保持穩(wěn)定 ， 波動盡量控制在 很小的范圍內(nèi)。 25%。若三次 啟動均失敗，裝置停止工作 ， 發(fā)出聲、光報警。所以在啟動大功率設(shè)備前都要進(jìn) 行系統(tǒng)詢問，檢測此時電網(wǎng)的功率是否符合啟動 . 系統(tǒng)抗干擾能力問題 監(jiān)控系統(tǒng)的研制到實際應(yīng)用的過程中，一個需要重點解決的問題，就是抗干擾，同浙江工業(yè)大學(xué)碩 i?學(xué)位論文 時 , 這也是追求系統(tǒng)可靠性的重要手段對于艦船應(yīng)用設(shè)備來說 ，它將受到許多的外界環(huán)境 因素影響。第 4 章電站自動化系統(tǒng)的 PLC 設(shè)計 PLC 編程語言 PLC 的匯編語言一共有 5種 ： 梯形圖、順序功能圖、指令表、功 能塊圖、結(jié)構(gòu)文本 . 其中梯形圖和指令表是最常用的匯編語言 fw)。用指令表編的程序不容易閱讀，大多數(shù)復(fù)雜的程序使 用的編程語言還是梯形圖。本系統(tǒng)的主要模塊有：機組的自起動模塊、自動并車模塊、 自動調(diào)頻調(diào)頻模塊、重載詢問模塊、自動解列模塊等。七，故障停車或者是啟 動失敗都設(shè)置聲光報警，最好程序返回。三，任一臺發(fā)電機起動成功后合閘供電 ， 循環(huán)監(jiān)測是否重載，如重載再調(diào)用并車 模塊。注意 的是輸入繼電器不能出現(xiàn)在梯形圖中，它取決于外部電路的通斷。各個廠家的 PLC 編程只能使用自身開發(fā)的軟件 * 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 編程指令：跟單片機類似 ， PLC里的數(shù)據(jù)寄存器相當(dāng)于單片機的 RAM數(shù)據(jù)存儲器。因此，系統(tǒng)配《的工控機建議在主頻為 100? 166 MHz下工作 ， 并且 盡量使外頻低一些，倍頻高一些，這既能保證可靠性，又能降低千擾 C 不間斷電源 （ Uninterruptible Power System)裝置的特點室當(dāng)電網(wǎng)不正?；虬l(fā)生中斷 故陣室，能夠不間斷地提供高性能指標(biāo)和高可靠性地電源 U2】 .利用不間斷電源 （ UPS)既可 以保證系統(tǒng)監(jiān)控核心的正常工作，又可以提供優(yōu)質(zhì)的電力，減少對微機的電磁干擾，工業(yè) 監(jiān)控機的特殊電源在一定程度上也起到相同的作用。當(dāng)電 壓超出允許范圍時，發(fā)出報警信號：當(dāng)頻率偏高額定值超過允許范圍時 ， 根據(jù)偏差大小自 動地選擇不同的脈寬進(jìn)行調(diào)速，直至頻率符 合要求為止。船級社規(guī)定 : 突然卸去負(fù)荷 ， 原動機瞬間調(diào)速率小于 10%:穩(wěn)定調(diào)速率小于 5%. 其它監(jiān)控功能的實現(xiàn)策略 發(fā)電機組的自動起動 自動起動裝置接到起動指令后立即投入工作 176。高于電網(wǎng)額定頻率時 ， 電動機轉(zhuǎn)速 升高，力矩不變情況下輸出功率增加，電機過載；端電壓不變 的情況下磁通減少，起動轉(zhuǎn) 矩降低⑷， 要保持電網(wǎng)電壓的恒定需要隨時調(diào)節(jié)原動機的轉(zhuǎn)速 ,柴油機噴油量的大小決定了一定 轉(zhuǎn)速下的輸出功率。并聯(lián)運行時電網(wǎng)上的機組端電 壓是相同的，但電勢隨著承擔(dān)的無功功率的不同而不同 ， 可通過歷次電流改變。檢測誤差、主開關(guān)動作誤差、電網(wǎng)可能存在的頻率不穩(wěn)定等誤差 ， 而且也延長了并車時 (2)恒定超前相角 不同差頻條件下，相角的提前量容易獲取。177。但實際是不可能的，只能要求電壓差、相位差和 頻率差都在規(guī)定的允許范圍內(nèi)就可合閘并車 . 電壓差過大會產(chǎn)生很大的沖擊電流 ， 在并車操作中壓差要小于土 10%B相位差過大導(dǎo) 致壓差 AU 也大，由此產(chǎn)生的沖擊電流在機軸上發(fā)生大的沖擊轉(zhuǎn)矩 ， 對于慣性不大的船用 電機來說很容易使轉(zhuǎn)子扭曲 ， 相位差一般在 土 15176。在自動運行 時要注意電網(wǎng)上無電壓時 不需考慮同步條件，解列時要先進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移再安全停機 *浙江工業(yè)大學(xué)硬士學(xué)位論文 準(zhǔn)同步并車條件 三相同步發(fā)電機在準(zhǔn)同步并車前需要滿足三個條件⑽：待并發(fā)電機組與電網(wǎng)的電壓、 頻率、相位相一致，這是理想的并車操作。 浙江工業(yè)大學(xué)碩 i?學(xué)位論文 第 3 章電站自動化系統(tǒng)的工作分析 在設(shè)計船舶電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)之前應(yīng)對船舶 自動電力管理系統(tǒng)有深刻的理解。 12. 重載詢問。 6. 無功功率自動分配和自動恒壓。在 45S 內(nèi)，備用發(fā)電機組也能隨時自起動投入電網(wǎng)供電。日常生活中?？梢姷揭恍躁P(guān)及儀表，如船舶 的發(fā)電機、報瞥器等，非常形象而且方面使用，從而使得這些開關(guān)及儀表有了人性浙江工業(yè)大學(xué)碩 i?學(xué)位論文 化的功 能，利用這些人性化的儀表、開關(guān)設(shè)計圖形監(jiān)控時 ， 即能產(chǎn)生可視化的效果，即可視化的 圖形監(jiān)控，從而使得操作人員能一目了然地監(jiān)控整個設(shè)備。這里選用工控組態(tài)軟件 MCGS 來設(shè)計上位機監(jiān)控系統(tǒng)。 如圖 所示，船舶電站系統(tǒng)跟 PLC之間的開關(guān) 1是之間傳輸?shù)?， 這是因為開關(guān)量 是二進(jìn)制信息 ， 不是 “ 1” 就是 “ 0” ， 可以不作任何處理就直接傳給控制器 *這里的模擬量信 號應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)電壓、電流信號 ,在進(jìn)入 PLC的 CPU處理之前應(yīng)該連接一個浙江工業(yè)大學(xué)碩十學(xué)位論文 FX0N3A浙江工業(yè)大學(xué)頒十學(xué)位論文 12 tour 電 ，壓 潤滑壓力 ’ _電流 冷卻水溫 ? €電壓 氣瓶床力 ft煙溢甩 ,相位差 柴 4 有功功率 發(fā) 油 升速 PLC 電 機 ^降速 機 并車 . 倖車 解列 _ _ 圖 PLC與發(fā)電機組之間倌號圖 有 功 (1) 電網(wǎng)信號：電壓、電流、頻率、總的有功功率等。 圖 中，三臺 PLC(FX2N)分別監(jiān)控各自的柴油發(fā)電機組，每臺 PLC的硬件連接和 程序設(shè)計相對于其他 PLC 是獨立的，它們各自通過各種轉(zhuǎn)換器、變送器等智能儀器儀表采 集數(shù)據(jù) ， 并獨立完成指令的運行，運算后的數(shù)據(jù)傳送到各自的執(zhí)行結(jié)構(gòu)，由它們來控制設(shè) 備的運行。 因地理位置的特殊性 ， 造船業(yè)一直是舟山工業(yè)的重要支柱 ， 修造業(yè)發(fā)達(dá)，許多國內(nèi)外 浙江工業(yè)大學(xué)碩上學(xué)位論文 船只?？吭诒?風(fēng)港整修。 PLC 有形式多樣的數(shù)據(jù)存取單元 ，可 以顯示字符、監(jiān)控裝置等。 (1)體積小 FX2N 的長度為 150mm,寬度為 90mm,高度為 85mm,非常小巧，很適合在機電一體化產(chǎn) 品中使用。 軟件方面， PLC 有自診斷功能 ， 一旦程序系統(tǒng)或者硬件設(shè)備出現(xiàn)故障， CPU 能夠及時 采取有效措施，防止事態(tài)擴大； PLC有監(jiān)視定時器，假設(shè)程序跑飛或者執(zhí)行時間過長，進(jìn) 9 入死循環(huán)，能夠報警。 PLC 可對機械工業(yè)的幵關(guān)量進(jìn)行監(jiān)控，機械工業(yè)的快速發(fā)展就為 PLC提供 了空間 ,反過來 PLC也提升了機械工業(yè)的自動化程度。國內(nèi)也有 單位研 究 PLC,但是因各種原因沒有快速的發(fā)展起來。這些良好的設(shè)備條件為船舶電站自動化的研究鋪展了道路，推 進(jìn)了船舶電站的發(fā)展。 隨著船舶行業(yè)的快速發(fā)展，船舶的大型化和高科技日趨顯著信息處理技術(shù)以及自 動浙江工業(yè)大學(xué)碩上學(xué)位論文 監(jiān)控技術(shù)的提高，促進(jìn)了船舶電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的迅速發(fā)展。所有的母站、子站都可通過特定的通信網(wǎng)絡(luò)連接 ， 相互之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通 信，實現(xiàn)分散控制和集中管理。例如需要弱 電供電的數(shù)據(jù)采集卡采集過來的信號 （ 電壓、 電流、頻率等 ）， 經(jīng)過信號處理板后成為控制器所認(rèn)識的數(shù)據(jù)，以供控制器監(jiān)控，有 助于船舶電站的可靠工作。汽輪機驅(qū)動的發(fā)電機可以 供給整所船的電氣設(shè)備，容量在 500 千瓦到 2500 千瓦之間?，F(xiàn)今全球經(jīng)濟一體化 ， 船舶承擔(dān)著 大部分上的國際貿(mào)易貨物運輸量，適應(yīng)新的航運要求的船舶不斷出現(xiàn)。 此外，本文還就所設(shè)計的船舶電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的抗電磁千擾、機械振動干擾以及 溫度和濕度干擾等問題進(jìn)行研究，采用硬件抗干擾和軟件抗干擾相結(jié)合的方法，來有效解 決各種千擾對電氣設(shè)備的影響，以提高電站供電的穩(wěn)定性與可靠性。本 人授權(quán)浙江工業(yè)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢 索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。對本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個人和集體 ， 均已在文中 以明確方式標(biāo)明。本文設(shè) 計了一種基于 PLC 的船舶電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)。 MCGS* 174。 船舶電站由原動機、發(fā)電機以及配電板、信號處理板等組成，是船上重要的電 力輔助裝置，供給整所船連續(xù)不斷的電能 ， 因此它是船舶電力系統(tǒng)的重要裝置。 總的來說船舶電站可分為以下四種 】 ： (1) 主電站 ， 平時對整所船舶的電氣設(shè)備進(jìn)行供電。船舶綜合 自動化是將來的發(fā)展趨勢，包括信息一 體化、航行自動化、裝載自動化、機艙自動化等 船舶綜合自動化系統(tǒng)一般包括兩個工作母站，一個設(shè)在駕駛室，另一個設(shè)在機艙室。它包括主動力系統(tǒng)、發(fā) 電系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)的監(jiān)控 ， 需要研究電力電子技術(shù)、單片機技術(shù)、原動機技術(shù)，還有船 舶電站要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理，那么網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是不可缺少 ?計算機與控制器之間的通信 ， 根據(jù) 實際設(shè)備需要采用何種數(shù)據(jù)線，計算機與計算機之間互通都需要認(rèn)真研究。船舶 電站也有了很大的發(fā)展，其突出標(biāo)志是高容量和自動化 0隨著網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的出現(xiàn)，機艙自 動化逐漸向無人值守過程發(fā)展，整個船舶連成一個系統(tǒng)，集成和分享所有信息 ， 形成計算 機局域網(wǎng)絡(luò)。我國的船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)總體上還處于研究階段 ，技術(shù)水平不 高，達(dá)不到世界船舶規(guī)范。只有一 些大中型企業(yè)才采用了自動化系統(tǒng) ， 并把它應(yīng)用在生產(chǎn)過程中。】 ： (1)可靠性高 一臺可編程控制器能夠連續(xù)運行 30 萬 h,也就是 30 多年而不出故陣，目前還沒有其 它的工業(yè)控制系統(tǒng)能夠超過 PLC。 另外，由于 PLC是通過程序?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)控，所有設(shè)計人員可以在實驗室里設(shè)計和修改 程序，還可以在實驗室方便地進(jìn)行系統(tǒng)地模擬及運行調(diào)試，使現(xiàn)場的工作量大為減少 ? 浙江工業(yè)大學(xué)碩上學(xué)位論文 三菱 FX2N 的特點 ? FX2N 是日本三菱電機公司生產(chǎn)的小型 PLC, FX系列的基本單元、擴展模塊以及擴 浙江工業(yè)大學(xué)碩上學(xué)位論文 展單元的高度和長度一致 ?只有寬度不一樣，各模塊有 DIN導(dǎo)軌，相鄰模塊可用扁平電紙 連接。 (4) 系統(tǒng)配置靈活多變 FX 系列 PLC的系統(tǒng)配置靈活，具有多種基本單元、擴展單元、控制模塊 *根據(jù)輸入 輸出點數(shù)的不同，基本模塊有 FX2N16MR00 FX2N32MR00 FX2N48MR00 FX2N64MR001 等，擴展單元有 FXlN2Ah2BD(模擬量輸入擴展扳 )、 FX1N1DA2BD (模擬 貴輸出擴展板 )、 FX1N8AVBD(模擬量設(shè)定功能擴展板 )等，擴展模塊有 FX2N3A (模擬量 輸入 /輸出模塊 )、 FX2N4ADTC (熱電偶溫度傳感器用模擬量輸入模塊）等。 FX 系列的各 PLC產(chǎn)品都實現(xiàn) 了模塊化結(jié)構(gòu) ， 方便連接 * FX 系列 PLC可以在線修改程序，可以用調(diào)制解調(diào)器和電話線實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和編程 ， 元件注釋可以儲存在程序儲 存器中 ? 小結(jié) 本章主要針對船舶電站的可靠供電以及可視化圖形集中監(jiān)控的要求，計了一套基于 PLC 的船舶電站自動化監(jiān)控系統(tǒng) ， 以此來提高船舶電站的自動化水平。它包含了船舶電站自動化應(yīng)具備的各項 功能，由總體控制把它們有機組織在一起 ， 各種功能相互獨立又相互聯(lián)系，共同完成船舶 電站的自動化運行。 測控單元設(shè)計 (1)測控單元原理 平常測量儀表只能檢測到發(fā)電機組的電壓、電流以及電網(wǎng)的電壓、電流，而并車時需 要機組與電壓間的電壓差、頻率差以及相位差，這些 童都需要相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路才能得到。船舶電站大體的一些工作是：機組啟動、并車、 解列 .這些步驟要按規(guī)定的程序執(zhí)行，之前要對一些條件進(jìn)行判斷 ， 依據(jù)就是各種檢測到 的數(shù)據(jù) ， 包括電壓、電流、溫度、壓力等。 為解決上述問題，可選用 MCGS (Monitor and Control Generated System,通用監(jiān) 控系統(tǒng) ） 軟件來設(shè)計人機交互界面，達(dá)到 FX 系列 PLC與計算機鏈接的可視化圖形集中監(jiān) 控相同的目的。 PLC 的計算機通信模式以計算機為通信對象，故在計算機中所使用的軟件必須具備能作串 行口控制的性能：能做程序的書寫；能設(shè)計可視化的圖形界面：具有數(shù)據(jù)庫管理的功能及 能與其他軟件整合等功能。新機組起動后系統(tǒng)要檢脷電網(wǎng)與機組之間的頻率差，當(dāng)頻差 小于規(guī)定范圍時新機組自動并上電網(wǎng)供電。通過改變發(fā)電機的勵磁電流也就是改變發(fā)電機的電勢來調(diào)整無 功功率 ， 方法有均壓線、環(huán)流補償裝置以及帶差動電流互感器的環(huán)流補償裝置? 10. 自我保護(hù)。包括自動停機和故障停機兩種情況 小結(jié) 針對船舶電站自動化系統(tǒng)的特點，設(shè)計了以上位機為中心， 3 臺 PLC 控制器為子設(shè)備 的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的方案，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)。自同步投入快但沖擊電流大。待并發(fā)電機與運行機組之間并車 條件為：