【正文】 相應(yīng)的功能操作。按照電機(jī)員使用此系統(tǒng)的步驟進(jìn)行模擬測(cè)試，檢驗(yàn)此系統(tǒng)是否實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的自動(dòng)起動(dòng)，并車運(yùn)行，調(diào)頻調(diào)載，重載詢問，自動(dòng)解列和自動(dòng)停車，自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警，安全保護(hù)動(dòng)作的產(chǎn)生等等問題，通過一次次的查錯(cuò)、修改，最終完成了的目標(biāo)。系統(tǒng)調(diào)試基本包括系統(tǒng)功能調(diào)試、可靠性調(diào)試和環(huán)境適應(yīng)性調(diào)試。由于長(zhǎng)時(shí)間的顛簸或者是受到各種腐蝕，系統(tǒng)線路容易發(fā)生老化產(chǎn)生短路或斷路，該系統(tǒng)必須要能夠保證線路和各個(gè)器件的可靠性，確保系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的工作。 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) 34 致 謝 大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，交通學(xué)院的學(xué)習(xí)生活。在此基礎(chǔ)上，選擇在基于 PLC 控制的船舶電站集散式管理系統(tǒng)。 可靠性測(cè)試主要測(cè)試系統(tǒng)的可靠性。 控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)：系統(tǒng)運(yùn)行后，打開主控模塊的電源主開關(guān)，系統(tǒng)可自動(dòng)進(jìn)行起動(dòng)，并車等一系列的控制操作。船舶電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，可能出現(xiàn)各種不正常運(yùn)行和故障情況，主要有過 載、短路、過壓、欠壓、過頻、欠頻和逆功率故障等。本系統(tǒng)整定過壓報(bào)警限值為 10％Ue 。 本系統(tǒng)取 125％ Ie 為保護(hù)動(dòng)作限值，延時(shí)確認(rèn)時(shí)間為 20 秒。但在某些情況下，如電網(wǎng)突加負(fù)載時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓可能下降 很大，這時(shí)應(yīng)視為正常，欠壓保護(hù)不該動(dòng)作。上位機(jī)的這些界面使得整個(gè)電站系統(tǒng)處于管理人員的實(shí)時(shí)監(jiān)管之下，也使得管理人員的工作更加便捷。 (2)原理界面：在此界面可 以很清楚的知道與機(jī)組相關(guān)設(shè)備的系統(tǒng)原理圖，各處開關(guān)的分、合閘情況，和有各種重要參數(shù)的顯示。 工業(yè) PC 機(jī)控制軟件和監(jiān)測(cè)軟件結(jié)構(gòu) 控制軟件由三個(gè)層次構(gòu)成：功能模塊層，可以實(shí)現(xiàn)電站各種管理要求；數(shù)據(jù)傳輸層，采集各數(shù)字、模擬量的數(shù)據(jù)；管理層，通過對(duì)下兩層之程序的調(diào)用，完成主程序的調(diào)度、管理功能。上位機(jī)不斷地從下位機(jī)讀取數(shù)據(jù)，并判斷數(shù)據(jù)是否在設(shè)定的范圍內(nèi)，從而完成遠(yuǎn)程監(jiān)控任務(wù)。 T M R起 起 起 起 起 起 起 起 起S 5 1 0 1 U o r D B 6起 起 起 起起 起 起 起 起 起 起 起起 起 起 D B 起1 . 0 1 s T I M E R 2 . 0 0 U s e r t e x t起 起 起 起 起 T M RE N T起 起 起 起 起起E N T起 起 圖 定時(shí)器的操作流程 The operation of the timer process 如果修改時(shí)間數(shù)據(jù)時(shí)該定時(shí)器尚未啟動(dòng)，則該定時(shí)器一旦啟動(dòng)則按新的給山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 定時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，如果修改時(shí)，該定時(shí)器已啟動(dòng)正在計(jì)時(shí)，則這次定時(shí)器仍按老的給定時(shí)間計(jì)時(shí)，該定時(shí)器下次啟動(dòng)時(shí)將啟動(dòng)新的給定時(shí)間。其典型顯示如圖： 1 2.54 .7 s0sT I M E R 1 01* 5 0當(dāng) 前 值 或 文 本整 定 值 或 P L C 狀 態(tài)錯(cuò) 誤 信 息說(shuō) 明 文 本 圖 OP393液晶顯示屏 OP393Liquid crystal display OP393 的操作鍵盤如下圖所示： 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) 22 T M RC T RF C TO NO F FT X T T S T D B D I A E N TC 1234567 8 9+ / 圖 OP393鍵盤 OP393Keyboard OP393 的連接與登錄 將 OP393 的接插連接器插進(jìn) S5115U的編程口連接器， OP393 液晶顯示屏顯示如下： O P3 9 3 I I IV x ,y OP393 上電一會(huì)后，顯示初始狀態(tài)信息 T M R / C T R / T X T / F C TD I A / D B / T S T ? 然后按下鑰匙鍵，輸入 5位數(shù)字密碼，再按 ENT鍵。解列機(jī)組時(shí)，退出電網(wǎng)的機(jī)組把負(fù)荷轉(zhuǎn)移到運(yùn)行機(jī)組上，當(dāng)退出機(jī)組的功率小于 10%額定功率時(shí)，主開關(guān)脫開，緊接著發(fā)出停機(jī)指令。當(dāng)偏差值的絕對(duì)值小于設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)過程結(jié)束，若偏差值小于零 時(shí)，開大柴油機(jī)油門，使柴油機(jī)加速；當(dāng)偏差值大于零時(shí)，減小柴油機(jī)油門，使柴油機(jī)減速。圖中的 A 值由系統(tǒng)的調(diào)節(jié) 精度決定，一般按并小于177。在待并機(jī)頻率大于電網(wǎng)的頻率的情況下， Δt值是不斷的在減小的，所以測(cè)得 Δt 值小于計(jì)算出的 Δt 值時(shí)發(fā)出合閘脈沖。；相位差為 15176。 并車運(yùn)行模塊及流程圖 投入電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，不能與電網(wǎng)立即接通，否則將導(dǎo)致并車失敗，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致全船失電，機(jī)組也會(huì)受到電磁的和機(jī)械的有害沖擊。對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的電站就會(huì)自動(dòng)發(fā)出起動(dòng)指令。 (4)PLC 測(cè)控單元的控制信號(hào) (模擬量和開關(guān)量 ) 柴油機(jī)組升速和減速脈沖、柴油機(jī)組起動(dòng)和停機(jī)、發(fā)電機(jī)并網(wǎng)合閘和脫網(wǎng)。 本文所設(shè)計(jì)的集散式電站管理系統(tǒng)將各臺(tái)發(fā)電機(jī)組的控制功能分散化。 (11)運(yùn)行系統(tǒng)給定參數(shù)的監(jiān)視與修改：系統(tǒng)支持 參數(shù)的監(jiān)視與在線修改，PLC 技術(shù)可將設(shè)計(jì)編制的程序及各種參數(shù)存放在隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM 中，方便在線修改。 (6)重載詢問：大功率負(fù)荷起動(dòng)大，管理系統(tǒng)將判斷電網(wǎng)負(fù)荷與起動(dòng)的大功率負(fù)荷是否超過運(yùn)行機(jī)組的最大允許負(fù)荷率。 (3)安全系統(tǒng)：自動(dòng)化電站應(yīng)設(shè)安全系統(tǒng)。 (2)在集散式系統(tǒng)下，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了 PLC 控制的發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)起動(dòng)、自動(dòng)并車運(yùn)行、自動(dòng)頻率和負(fù)載調(diào)節(jié)，重載詢問、自動(dòng)解列以及自動(dòng)停車的流程。 由于 PLC 可靠性高、耐惡劣環(huán)境、使用極為靈活，功能擴(kuò)展方便。同時(shí)， PLC 在船舶電站抗干擾方面也有其極大的優(yōu)越性。用戶程序包括各類畫面的操作顯示程序，也有人機(jī)界面的有關(guān)軟件，用戶可以根據(jù)制造商提供的軟件使用說(shuō)明進(jìn)行操作站的系統(tǒng)畫面組態(tài)和編制相應(yīng)的應(yīng)用程序?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)”。各子系統(tǒng)的功能由系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，把數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)分散功能結(jié)合，但每個(gè)系統(tǒng)又是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，在某系統(tǒng)局部受損時(shí)不影響其他系統(tǒng)獨(dú)立完成工基于 PLC 的船舶電站自動(dòng)化系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4 作，采用網(wǎng)絡(luò) 冗余和設(shè)備冗余設(shè)計(jì)及不間斷后備電源，增強(qiáng)系統(tǒng)控制能力。其核心思想是集中管理、分散控制，即管理與控制相分離，上位機(jī)用于集中監(jiān)視管理功能，下位機(jī)分散到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分布式控制。 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 1 課題的組成及背景 船舶電站自動(dòng)化系統(tǒng)的定義、組成和特點(diǎn) 船舶電力系統(tǒng)是孤立于陸地的獨(dú)立電網(wǎng)，它是產(chǎn)生、輸送、分配、使用電能的裝置和用電網(wǎng)絡(luò)的總稱，它由用電設(shè)備、裝配電裝置、發(fā)電裝置和電纜等組成。這就需要研究控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等，船舶電站正以標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化等方式向船舶電站綜合自動(dòng)化這樣高級(jí)階段發(fā)展。 國(guó)外船舶自動(dòng)化一開始大多是從電氣部分著手，從最原始的手動(dòng)本地操縱進(jìn)化成手動(dòng)遙控操縱， 再進(jìn)一步發(fā)展成半自動(dòng)控制，最后發(fā)展到目前的最高水平電站全自動(dòng)控制的無(wú)人值班機(jī)艙。本文將電站的控制功能模塊化，再設(shè)計(jì)出各模塊的流程，然后將各模塊有機(jī)的結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)電站的綜合自動(dòng)控制。下位機(jī)以 PLC作為主要控制裝置，上位機(jī)用工業(yè) PC機(jī)作為管理裝置。計(jì)算機(jī)控制由大型機(jī)集中控制方式發(fā)展到多微機(jī)分散控制方式，工作可靠性 提高 ；進(jìn)而出現(xiàn)由多級(jí)計(jì)算機(jī)構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)，應(yīng)用光纖通訊和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等 。船舶自動(dòng)化電站是集自動(dòng)控制、報(bào)警和監(jiān)測(cè)于一體化的監(jiān)控系統(tǒng)，涉及到現(xiàn)代控制技術(shù)、通訊、信息處理、數(shù)字化信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科和技術(shù)。 目前我國(guó)的船舶電站自動(dòng)化系統(tǒng)還處于研究階段，只有在局部的環(huán)節(jié)取得成果，尚不能投入全面使用，所以研究船舶電站自動(dòng)化，早日實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化意義重大。集散式系統(tǒng)就是集計(jì)算機(jī)、通信、顯示和控制技術(shù)于一體的系統(tǒng)。從分散危險(xiǎn)的原則上，設(shè)置獨(dú)立的控制子網(wǎng)。 PLC 在船舶電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用 PLC 概述 國(guó)際電工委員會(huì) (IEC)頒布的可編程控制器的標(biāo)準(zhǔn)及其定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的儲(chǔ)存器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏 輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等操作的命令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。系統(tǒng)程序包括系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和系統(tǒng)調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)程序模塊等。一般的 PLC 都有幾百個(gè)內(nèi)部輔助繼電器，而且還有多種專用的內(nèi)部繼電器，可以滿足一般的控制要求，唯一需要做的就是對(duì) PLC 進(jìn)行編程。闡述了基于 S7200 PLC 的船舶電站自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)電力管理系統(tǒng)參基于 PLC 的船舶電站自動(dòng)化系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 6 數(shù)的在線監(jiān)視與在線修改 [1]。 結(jié)構(gòu)的安排： (1)首先充分論述自動(dòng)化電站的組成、原理、功能、要求，在了解控制器功能和監(jiān)測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，選擇了集散式船舶管理系統(tǒng)。最后，系統(tǒng)可以對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行記錄、打印，并對(duì)超限參數(shù)進(jìn)行記錄。 (5)運(yùn)行 機(jī)組臺(tái)數(shù)的管理：在完全滿足船舶電站供電質(zhì)量的前提下，使機(jī)組以經(jīng)濟(jì)的管理模式運(yùn)行，充分利用每臺(tái)機(jī)組的功率，降低發(fā)電成本。總之，觸摸屏不僅有顯示功能，而且還有操作功能。系統(tǒng)操作站是系統(tǒng)的人機(jī)接口，是控制系統(tǒng)與操作管理人員的接口界面。 (3)關(guān)于柴油機(jī)的信號(hào) 起動(dòng)空氣瓶壓力、滑油溫度和壓力、 各缸排煙溫度、排煙總管溫度、冷卻水壓力和溫度和柴油機(jī)飛輪轉(zhuǎn)速。 機(jī)組的自動(dòng)起動(dòng)模塊及流程圖 要起動(dòng)發(fā)電機(jī)機(jī)組的情況有：電站儲(chǔ)備功率不足需要增加機(jī)組時(shí)、運(yùn)行機(jī)組故障需要換機(jī)時(shí)、或者電網(wǎng)失去電時(shí)。若電壓成功建立，則轉(zhuǎn)入單機(jī)調(diào)頻程序或自動(dòng)并聯(lián)程序。5 ％ U 額定；頻率差整定范圍為 177。原理如圖所示： U 電 網(wǎng)T 電tT 待 并 機(jī)U 電 網(wǎng)TOOt 圖 恒定時(shí)間的獲取 Constant time access 若設(shè)主開關(guān)的設(shè)定值為 t 則有如下關(guān)系： Δt= t (T 電網(wǎng)－ T 待并機(jī) )/T 待并機(jī) 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 從上式中可以 看出，用算出的 T 電網(wǎng)－ T 待并機(jī)和設(shè)定的主開關(guān)固有時(shí)間t，就可得出待并機(jī)滯后時(shí)間 Δt?？梢姡l率的調(diào)整及有功功率的分配可以有調(diào)速器和調(diào)頻載裝置共同來(lái)完成。并機(jī)調(diào)節(jié)比較復(fù)雜，要得到偏差值 Δe (由電網(wǎng)和待并機(jī)的頻率差和功率差組成 )，偏差值 Δe 作為調(diào)節(jié)信號(hào)。解列和故障停車流程如下圖： 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) 20 起 起 起 起起 起 起 起起 起 起 起 起 起 1 0 % 起起 起 起 起 起起 起 起 起 起起 起 起 起起 起 1 0 起 2 0 起 起起 起起 起 起 起 起起起起起起起 圖 解列和故障停機(jī)流程圖 Solution column and the flow chart of downtime 在并聯(lián)機(jī)組運(yùn)行輕載的 情況時(shí)，造成機(jī)組功率不能充分利用，所以，就要解列某臺(tái)機(jī)組。 OP393 的液晶顯示屏只能顯示 2 行，每行 16 個(gè)字符的信息。下圖為定時(shí)器的監(jiān)控與修改操作流程 。 船舶電站管理系統(tǒng)的監(jiān)控單元 [6]設(shè)計(jì) 本文的下位機(jī) PLC 控制器控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即發(fā)電機(jī)組，通過數(shù)據(jù)線把現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的參數(shù)送到上位機(jī)，上位機(jī)利用人機(jī)界面把數(shù)據(jù)顯示在屏幕上。操作人員通過操作站，可以監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)裝置的情況；可以實(shí)現(xiàn)各種狀態(tài)量的監(jiān)視和組態(tài)，極大地方便了人員的操作，從而實(shí)現(xiàn)了集中的操作和監(jiān)控管理 ?？稍O(shè)有報(bào)警顯示按鈕，出現(xiàn)故障時(shí)可點(diǎn)擊查看具體報(bào)警項(xiàng)，除此，也能限制某些用戶的權(quán)限，禁止或允許其對(duì)系統(tǒng)的操作。上位還要有自動(dòng) /手動(dòng)切換按鈕來(lái)轉(zhuǎn)換控制方式，自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)起動(dòng)、并機(jī)、解列和停車等控制功山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 29 能由系統(tǒng)的功能模塊程序自動(dòng)執(zhí)行；而手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，需管理人員在配電板的控制面板上操作。 程序檢測(cè)經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后的電壓值如低于保護(hù)動(dòng)作限值，進(jìn)行一次延時(shí)確認(rèn)，若仍欠壓，則將主開關(guān)斷開。規(guī)范規(guī)定：“電流過載 10％ 50％之間，經(jīng)少于 2min 的延時(shí)斷路器應(yīng)分?jǐn)?；建議整定在發(fā)電機(jī)額定電流的 125％ 135％，延時(shí) 1530 秒斷路器分?jǐn)唷薄? (1)過壓 當(dāng)電網(wǎng)電壓過高時(shí)，給出過壓報(bào)警指示。 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 31 4 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)與測(cè)試 為了對(duì)所設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)及所編程序的正確性進(jìn)行檢測(cè)，必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)調(diào)與仿真測(cè)試 [9]。初步完成了基于 PLC 的船舶電站及其自動(dòng)化基于 PLC 的船舶電站自動(dòng)化系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 32 系統(tǒng)的各種功能。 功能測(cè)試主要測(cè)試系統(tǒng)是否實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能，諸如能否實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，自動(dòng)檢測(cè)和報(bào)警以及在機(jī)組故障的時(shí)候產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作等。 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 33 總 結(jié) 本文從船舶電站的組成、功能和特點(diǎn)以及 PLC 工作原理開始論述，同時(shí)也分析了船舶電站自動(dòng)化管理系統(tǒng)的構(gòu)成和自動(dòng)管理系統(tǒng)