【正文】 的系統(tǒng)，通過數(shù)碼撥盤也只能修改極少量的參數(shù)；微機(jī)控制的系統(tǒng)，船員一般做不到，對于 PLC 通過 專用的通信模塊才能實現(xiàn)。 1.8.50ssT I M E R3N G以 秒 為 單 位 整 定 值IAR TS T用 戶 文 本3 號 定 時 器以 秒 為 單 位 整 定 值 圖 定時器典型顯示格式 Typical timer display format 如該定時器未啟動，則顯示 0，如起動則立即顯示設(shè)定時間值，然后按倒計時進(jìn)行計時，可看到時間數(shù)字按秒變化；左下部分顯示設(shè)定時間數(shù)據(jù)，右下基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 24 部分顯示該定時器的文本信息。 D B起 起 起 起 起 起D B 起 起 ~ 起 起D W 起 x yD B 起 起起 起 起 起起 起 起 起起 D B 起起 起 D B 1 1 0 1 2 0 D W 起 2 0D B 1 1 0 + 1 2 3 4 5 D B / D W x y+ 1 2 3 4 5 U s e r t e x t 起 起起 起 起 起起D BE N T 圖 數(shù)據(jù)塊的操作流程 Date block in the operation process 基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 26 (2)在線修改 首先進(jìn)入在線監(jiān)視模式，如需修改該數(shù)據(jù)字的數(shù)據(jù)，可通過操作鍵盤上的數(shù)字鍵，按下新的數(shù)值，再按 ENT鍵。上位工業(yè) PC 機(jī)得監(jiān)控系統(tǒng)為下位控制系統(tǒng)提供了友好的人機(jī)界面，它有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，方便了電站操作人員的操作、維護(hù)等。 監(jiān)控界面簡介 自動化的船舶電站，應(yīng)該有用戶操作的可視化界面，通過用戶界面可以隨時觀察、了解并掌握整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，也可設(shè)定參數(shù)和向控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號?？蓪崟r報表和歷史報表進(jìn)行打印，方便了管理人員的統(tǒng)計分析。發(fā)電機(jī)組在欠壓情況下運(yùn)行將引起電機(jī)的電流增加、電動機(jī)轉(zhuǎn)矩下降、發(fā)電機(jī)過熱、絕緣損壞，這對發(fā)電機(jī)組本身和異步電動機(jī)的運(yùn)行等都是不利的。長時間過流會引起發(fā)電機(jī)組過熱、絕緣老化及損壞等，這對電站運(yùn)行的壽命影響很大。 本系統(tǒng)整定逆功限值為 10％ Pe ，延時確認(rèn)時間為 5 秒。本系統(tǒng)設(shè)置頻率預(yù)調(diào)時間限為 10 秒。 圖 系統(tǒng)的仿真界面 The simulation interface of the system 軟件 新建項目的初始界面如圖所示，將程序語句準(zhǔn)確無誤的輸入到該項目中，進(jìn)行錯誤檢測后運(yùn)行。 系統(tǒng)調(diào)試 在仿真的基礎(chǔ)上對系統(tǒng) 進(jìn)行調(diào)試時非常重要的一環(huán)，該環(huán)節(jié)能夠針對系統(tǒng)仿真中出現(xiàn)的問題對系統(tǒng)進(jìn)行完善和修改，從而逐步使本方案更能滿足現(xiàn)實需要。船舶在海上航行時，會受到各種惡劣環(huán)境的考驗，必須確保該系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定的工作。機(jī)組運(yùn)行時自動記錄數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫，與打印機(jī)連接后，可以打印歷史和當(dāng)前的數(shù)據(jù)，以便 管理人員進(jìn)行處理和分析。 集散式管理系統(tǒng)的 特點是分散管理、集中控制，其中某控制模塊出現(xiàn)問題不會影響其他控制模塊。一個是定時器的可靠性，另一個是報警信號的可靠性。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(jī)組迅速 起動 (不超過 45s)，自動準(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，自動脫離電網(wǎng)。這些不正常運(yùn)行或故障發(fā)生以后，往往會造成重要設(shè)備損壞或供電中斷，從而帶來極大的損失。 (2)欠頻 當(dāng)電 網(wǎng)頻率過低時，給出欠頻報警指示。 逆功率保護(hù) 發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時，若其中一臺發(fā)電機(jī)組因調(diào)速器故障使燃油供油中斷，或調(diào)頻調(diào)載功能發(fā)生故障，會造成發(fā)電機(jī)組的逆功率運(yùn)行，該同步發(fā)電機(jī)組并不是發(fā)出有功功率，而是從電網(wǎng)吸收功率。程序中通過適當(dāng)整定欠壓限值和主開關(guān)動作時限來回避欠壓保護(hù)環(huán)節(jié)的誤動作。 安全保護(hù)系統(tǒng) 為了保證船舶電力系統(tǒng)安全可靠的供電，需要在電力系統(tǒng)中設(shè)置安全檢測及保護(hù)功能 [8]，避免不正常運(yùn)行或故障情況的發(fā)生。 (3)并車界面：監(jiān)測各機(jī)組的頻率和電壓且設(shè)有同步指示燈，還有各機(jī)組并車、解列的功能按鈕，實現(xiàn)監(jiān)控界面的操作。這三個層次的關(guān)系是，數(shù)據(jù)傳輸層進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，功能模塊層在數(shù)據(jù)層之上是完成各種特定功能的子程序，管理層調(diào)用下兩層程序，實現(xiàn)主程序的調(diào)度和管理功能。 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能 現(xiàn)場 PLC 控制器對電站各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)自動的 進(jìn)行實時監(jiān)測，它的檢測量可以是開關(guān)量即接通與斷開所對應(yīng)的值，也可以是模擬量如溫度、壓力等。 若需監(jiān)視或修改相鄰的定時器，可按鍵盤中的上下箭頭即可，如需監(jiān)視或修改的定時器編號與當(dāng)前的定時器編號相差較遠(yuǎn)，則應(yīng)重新按 TMR 鍵操作。操作步驟及液晶顯示如圖所示： 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 23 按 下 鑰 匙鍵P A S S W O R D L O G I NE N TP A S S W O R DO K? ? . 圖 OP393登錄操作 The login operation 輸入 PASSWORD 正確顯示無誤 OK 后，就可以進(jìn)入監(jiān)視、修改操作。機(jī)組停機(jī)電磁閥動作之前先空轉(zhuǎn)運(yùn)行 10 到 20 分鐘，若故障停機(jī)則停機(jī)電磁閥立即動作。在兩臺機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時，電站負(fù)荷的頻繁變化會引起電站頻率的變化，而且負(fù)荷的分配也要比例，否則會造成逆功率，危害電站穩(wěn)定供電。2%、功率差小于177。 調(diào)頻調(diào)載模塊及流程圖 調(diào)頻調(diào)載又叫自動負(fù)荷分配，它的基本功能是自動維持電網(wǎng)的頻率恒定，按參與并聯(lián)運(yùn)行各機(jī)組的容量以既定的比例分配各機(jī)組的負(fù)荷。的電角度。因此，并車時應(yīng)使合閘沖擊電流最小，合閘后能迅速進(jìn)入同步并聯(lián)運(yùn)行。 當(dāng)系統(tǒng)檢測到電站儲備功率不夠時，就會產(chǎn)生增機(jī)指令，與此同時需起動機(jī)組起動的邏輯條件也應(yīng)被檢測，只有起動的邏輯條件滿足，才發(fā)出起動指令。 檢測單元的設(shè)計 機(jī)組的測量控制單元包括模擬量輸出／輸入、開關(guān)量輸出／輸入、鍵盤輸入、聲光報警等。兩臺 PLC 的控制作用由工業(yè) PC 機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)，來完成整個電站的監(jiān)控任務(wù)。 自動化系統(tǒng)的方框圖如下： 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 9 發(fā) 電 機(jī) 組狀 態(tài)電 網(wǎng)自 動巡 回檢 測電站監(jiān)測電 站 自 動 化 系 統(tǒng)負(fù)載管理負(fù) 載 自 動 切 入重 載 詢 問自 動 并 車自 動調(diào) 頻 調(diào) 載發(fā) 電 機(jī) 組自 動 起 動 控 制功 率自 動 分 配自 動 解 列機(jī) 組 控 制 圖 電站自動化系統(tǒng)方框圖 Power plant automation system block diagram 集散式船舶電站管理系統(tǒng) 集散控制形式是每臺發(fā)電機(jī)組配置 PLC(或微機(jī) )控制裝置，主要控制發(fā)電機(jī)組的起動、停機(jī)以及處理機(jī)電故障等，上面有一套 PLC(或 微機(jī) )控制裝置主要進(jìn)行并聯(lián)運(yùn)行、功率管理及信息通信等管理控制。若滿足，則允許其啟動，否則，應(yīng)先起動另一臺備用發(fā)電機(jī)，使之并網(wǎng)，然后允許其起動。如果電站控制和監(jiān)測系統(tǒng)在運(yùn)行過程中發(fā)生危及電站系統(tǒng)的各主要設(shè)備安全的嚴(yán)重故障時，安全系統(tǒng)能自動產(chǎn)生保護(hù)動作，避免事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。 (3)在上位機(jī)上提出幾種設(shè)計界面設(shè)計，實現(xiàn)對電站的分散控制和集中管理功能。在 船舶電站自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用 S7200PLC 實現(xiàn)船舶電站的邏輯控制和總體控制，替代繼電器系統(tǒng)和電子電路控制系統(tǒng)，故障率大大減少。另外， PLC 與繼電器控制比較有運(yùn)行速度快、可靠性和壽命高的優(yōu)點。 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 PLC 的工 作原理 PLC 的工作原理與計算機(jī)的工作原理是基本相似，它通過執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)控制任務(wù)。 可編程控制器 (Programmable Logic Controller)簡稱 PLC，是一種工業(yè)控制器件。利用圖像控制功能，在人機(jī)界面實現(xiàn)良好的對話效果。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(kuò)展，上位機(jī)根據(jù)需要增減下位機(jī)臺數(shù)。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。 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。 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(fù)荷分配裝置。在這種點對點的控制系統(tǒng)中，下位機(jī)可以完成發(fā)電機(jī)組的起動、停機(jī)控制、調(diào)頻調(diào)載以及機(jī)、電故障處理等；上位機(jī)進(jìn)行機(jī)組的并聯(lián)運(yùn)行、解列、重載詢問等。 論文作者 (簽字 )： 日期： 年 月 I 摘 要 本文以兩臺發(fā)電機(jī)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)?？刂品绞接捎布刂谱?yōu)檐浖刂茷橹?，使功能的組合、擴(kuò)展或修改變得容易：模塊化、通用性好。隨著計算 機(jī)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 ?；?PLC 技術(shù)設(shè)計的人機(jī)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(yuǎn)洋船舶得到了成功應(yīng)用，表明 PLC 技術(shù)值得在輪機(jī)自動化中推廣。 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。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)。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(jī)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。 PLC 軟件由系統(tǒng)程序、和用戶程序兩大部分組成。 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。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。上位機(jī)的人機(jī)界面設(shè)計機(jī)各種界面，在設(shè)計的界面上可以顯示機(jī)組的狀態(tài)和各主要參數(shù)，輪機(jī)員通過各種界面能觀察和操作機(jī)組。其次，系統(tǒng)會將監(jiān)測量實時與設(shè)定的限制值進(jìn)行比較，若被測量超限，將發(fā)出相應(yīng)的聲光報警信號。 (4)并聯(lián)運(yùn)行中的功率分配與頻率調(diào)整：兩臺機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行供電時，通過原動機(jī)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(yùn)行機(jī)組按容量成比例的承擔(dān)負(fù)載。 (10)運(yùn)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(jī)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)。在上位機(jī)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(jī)中，來對電站運(yùn)行過程進(jìn)行控制。 (2)關(guān)于發(fā)電機(jī)的信號 發(fā)電機(jī)端電壓、電流、頻率、有功功率、發(fā)電機(jī)電壓與電網(wǎng)電壓的相位差和發(fā)電機(jī)繞組溫度。 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(yùn)行。機(jī)組起動成功后，在一定時間未建立電 壓，則停機(jī)和發(fā)出聲光報警。規(guī)范要求的并車條 件：電壓差整定范圍為 177。 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(jī) 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(jī)的電壓檢測計算，來得到合閘指令提前時間。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(jī)，來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)油門來調(diào)整轉(zhuǎn)速。單機(jī)調(diào)節(jié)比較簡單，只是調(diào)用單機(jī)調(diào)頻程序，在此不用再做討論。所謂自動停機(jī)，就是并網(wǎng)輕負(fù)荷時的自動減機(jī)，出現(xiàn)嚴(yán)重故障停機(jī)時處理方法是立即跳閘停電。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。 (2)在線修改 首先進(jìn)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。上圖為數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)的監(jiān)視與修改操作流程。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。監(jiān)控界面 [7]包括： (1)主監(jiān)控界面：用來監(jiān)控每臺機(jī)組并顯示機(jī)組和電網(wǎng)的各項參數(shù)。 通過與上位機(jī)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。所以一旦出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象，立即采取保護(hù)措施。所以應(yīng)設(shè)置保護(hù)環(huán)節(jié)，當(dāng)電流 參數(shù)越限時，延時確認(rèn)后主開關(guān)跳閘。 故障報警的設(shè)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(shè)置過壓、欠頻和頻率預(yù)調(diào)故障報警。 若出現(xiàn)以上報警，則通過報警復(fù)位開關(guān)復(fù)位后，程序重新運(yùn)行，完成