【正文】 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(guò)載、過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)流保護(hù) 當(dāng)電網(wǎng)負(fù)載過(guò)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(guò)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(wú)誤的與 PLC 的 I/O 相連接。 系統(tǒng)仿真的結(jié)果說(shuō)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(guò)工業(yè)電腦也能實(shí)施控制動(dòng)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)生活將成為我人生中一段重要旅程。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。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。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(guò)一次次的查錯(cuò)、修改，最終完成了的目標(biāo)。 若出現(xiàn)以上報(bào)警，則通過(guò)報(bào)警復(fù)位開關(guān)復(fù)位后，程序重新運(yùn)行，完成相應(yīng)的功能操作。 故障報(bào)警的設(shè)置 除了啟動(dòng)失敗、并車失敗和電站逆功率報(bào)警外，電站自動(dòng)化系統(tǒng)還要設(shè)置過(guò)壓、欠頻和頻率預(yù)調(diào)故障報(bào)警。所以應(yīng)設(shè)置保護(hù)環(huán)節(jié)，當(dāng)電流 參數(shù)越限時(shí)，延時(shí)確認(rèn)后主開關(guān)跳閘。所以一旦出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象，立即采取保護(hù)措施。 通過(guò)與上位機(jī)連接的鼠標(biāo)和鍵盤，可以查看各個(gè)界面，也可以在這些界面上實(shí)行操 作，讀數(shù)據(jù)在線修改以滿足對(duì)系統(tǒng)新的要求。監(jiān)控界面 [7]包括： (1)主監(jiān)控界面：用來(lái)監(jiān)控每臺(tái)機(jī)組并顯示機(jī)組和電網(wǎng)的各項(xiàng)參數(shù)。監(jiān)控系統(tǒng)可以顯示測(cè)量值、設(shè)定值、趨勢(shì)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(bào)警界面、數(shù)據(jù)報(bào)表界面，流程圖畫面。上圖為數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)的監(jiān)視與修改操作流程。 (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(shí)器的給定時(shí)間，可通過(guò)操作鍵盤上的數(shù)字鍵，按下新的給定時(shí)間數(shù)值，再按 ENT 鍵。在本設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)參數(shù)的在線監(jiān)視與修改 [5]是通過(guò) PMA52 自動(dòng)電力管理系統(tǒng)中的便攜式用戶操作器 OP393 實(shí)現(xiàn)的。所謂自動(dòng)停機(jī)，就是并網(wǎng)輕負(fù)荷時(shí)的自動(dòng)減機(jī)，出現(xiàn)嚴(yán)重故障停機(jī)時(shí)處理方法是立即跳閘停電。單機(jī)調(diào)節(jié)比較簡(jiǎn)單，只是調(diào)用單機(jī)調(diào)頻程序，在此不用再做討論。頻載調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)是頻率差與功率差的合成信號(hào)，經(jīng)放大、判別后控制伺服電機(jī)，來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)油門來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)速。 用恒定超前時(shí)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(guò)波形變化變?yōu)橥l方波，然后對(duì)電網(wǎng)電壓和待并機(jī)的電壓檢測(cè)計(jì)算，來(lái)得到合閘指令提前時(shí)間。規(guī)范要求的并車條 件：電壓差整定范圍為 177。機(jī)組起動(dòng)成功后，在一定時(shí)間未建立電 壓，則停機(jī)和發(fā)出聲光報(bào)警。 系統(tǒng)主程序的工作原理：自動(dòng)巡回檢測(cè)電站的主要參數(shù)和工作狀態(tài)，針對(duì)不同的參數(shù)和狀態(tài)做出邏輯分析和綜合計(jì)算，判斷當(dāng)前需要完成哪些工作，從而決定調(diào)用哪一個(gè)功能子程序來(lái)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(cè)，整個(gè)系統(tǒng)就 如此反復(fù)地運(yùn)行。 (2)關(guān)于發(fā)電機(jī)的信號(hào) 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。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(lái)對(duì)電站運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行控制。 (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(guò)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)。 (4)并聯(lián)運(yùn)行中的功率分配與頻率調(diào)整：兩臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行供電時(shí)，通過(guò)原動(dòng)機(jī)調(diào)速器和自動(dòng)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。其次，系統(tǒng)會(huì)將監(jiān)測(cè)量實(shí)時(shí)與設(shè)定的限制值進(jìn)行比較，若被測(cè)量超限，將發(fā)出相應(yīng)的聲光報(bào)警信號(hào)。上位機(jī)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)機(jī)各種界面，在設(shè)計(jì)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(guò)各種界面能觀察和操作機(jī)組。為解決船舶電站自動(dòng)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(diǎn)，給出了解決方案。 PLC 在船舶電站自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì) 船舶電站控制有控制動(dòng)作復(fù)雜、頻繁的特點(diǎn)，且有較多的接觸器作為執(zhí)行器。 PLC 軟件由系統(tǒng)程序、和用戶程序兩大部分組成。而這些技術(shù)的發(fā)展會(huì)使船舶工業(yè)向著智能綜合自動(dòng)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(dòng)化領(lǐng)域延伸得更深。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)。 船舶 電站自動(dòng)化的發(fā)展與展望 隨著船舶自動(dòng)化程度的不斷提高，電站自動(dòng)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?；?PLC 技術(shù)設(shè)計(jì)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(jià)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(dòng)化中推廣。隨著計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)的發(fā)展，船舶電站自動(dòng)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 。控制方式由硬件控制變?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。 論文作者 (簽字 )： 日期： 年 月 I 摘 要 本文以兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組的船舶電站為例，在論述自動(dòng)化電站功能和要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了集散控制式系統(tǒng)。在這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制系統(tǒng)中，下位機(jī)可以完成發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)、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。 早在 60 年代初期，日本、德國(guó)、英國(guó)等國(guó)就有電站單元自動(dòng)化裝置，如：英國(guó)的 MMF 自動(dòng)并車裝置，日本的 XET 自動(dòng)并車裝置和 XPT 自動(dòng)負(fù)荷分配裝置。 隨著工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，自電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域的重要組成部分PLC 問世以來(lái)，引起了國(guó)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(xiàng)高新技術(shù)產(chǎn)品。其中船舶電站是船舶所需的全部電能的來(lái) 源，處于船舶電力系統(tǒng)的核心地位。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(tái)數(shù)。利用圖像控制功能，在人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)良好的對(duì)話效果。 可編程控制器 (Programmable Logic Controller)簡(jiǎn)稱 PLC，是一種工業(yè)控制器件。 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 PLC 的工作原理 PLC 的工作原理與計(jì)算機(jī)的工作原理是基本相似，它通過(guò)執(zhí)行用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)。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(diǎn)。在船舶電站自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用 S7200PLC 實(shí)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。 (3)在上位機(jī)上提出幾種設(shè)計(jì)界面設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電站的分散控制和集中 管理功能。如果電站控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)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(shí)，安全系統(tǒng)能自動(dòng)產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作，避免事故的進(jìn)一步 擴(kuò)大。若滿足，則允許其啟動(dòng)，否則，應(yīng)先起動(dòng)另一臺(tái)備用發(fā)電機(jī)，使之并網(wǎng)，然后允許其起動(dòng)。 自動(dòng)化系統(tǒng)的方框圖如下： 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 發(fā) 電 機(jī) 組狀 態(tài)電 網(wǎng)自 動(dòng)巡 回檢 測(cè)電站監(jiān)測(cè)電 站 自 動(dòng) 化 系 統(tǒng)負(fù)載管理負(fù) 載 自 動(dòng) 切 入重 載 詢 問自 動(dòng) 并 車自 動(dòng)調(diào) 頻 調(diào) 載發(fā) 電 機(jī) 組自 動(dòng) 起 動(dòng) 控 制功 率自 動(dòng) 分 配自 動(dòng) 解 列機(jī) 組 控 制 圖 電站自動(dòng)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(tái)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(dòng)、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。兩臺(tái) PLC 的控制作用由工業(yè) PC 機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)，來(lái)完成整個(gè)電站的監(jiān)控任務(wù)。 檢測(cè)單元的設(shè)計(jì) 機(jī)組的測(cè)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(bào)警等。 當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到電站儲(chǔ)備功率不夠時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生增機(jī)指令，與此同時(shí)需起動(dòng)機(jī)組起動(dòng)的邏輯條件也應(yīng)被檢測(cè)，只有起動(dòng)的邏輯條件滿足，才發(fā)出起動(dòng)指令。因此，并車時(shí)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。的電角度。 調(diào)頻調(diào)載模塊及流程圖 調(diào)頻調(diào)載又叫自動(dòng)負(fù)荷分配，它的基本功能是自動(dòng)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。2%、功率差小于177。在兩臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，電站負(fù)荷的頻繁變化會(huì)引起電站頻率的變化，而且負(fù)荷的分配也要比例，否則會(huì)造成逆功率，危害電站穩(wěn)定供電。機(jī)組停機(jī)電磁閥動(dòng)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(dòng)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(jì) (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(wú)誤 OK 后，就可以進(jìn)入監(jiān)視、修改操作。 若需監(jiān)視或修改相鄰的定時(shí)器，可按鍵盤中的上下箭頭即可，如需監(jiān)視或修改的定時(shí)器編號(hào)與當(dāng)前的定時(shí)器編號(hào)相差較遠(yuǎn)，則應(yīng)重新按 TMR 鍵操作。 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能 現(xiàn)場(chǎng) PLC 控制器對(duì)電站各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)的 進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，它的檢測(cè)量可以是開關(guān)量即接通與斷開所對(duì)應(yīng)的值，也可以是模擬量如溫度、壓力等。這三個(gè)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(shí)現(xiàn)主程序的調(diào)度和管理功能。 (3)并車界面：監(jiān)測(cè)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(shí)現(xiàn)監(jiān)控界面的操作。 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(cè)及保護(hù)功能 [8]，避免不正常運(yùn)行或故障情況的發(fā)生。程序中通過(guò)適當(dāng)整定欠壓限值和主開關(guān)動(dòng)作時(shí)限來(lái)回避欠壓保護(hù)環(huán)節(jié)的誤動(dòng)作。 逆功率保護(hù) 發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，若其中一臺(tái)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(huì)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。 (2)欠頻 當(dāng)電 網(wǎng)頻率過(guò)低時(shí)，給出欠頻報(bào)警指示。這些不正常運(yùn)行或故障發(fā)生以后，往往會(huì)造成重要設(shè)備損壞或供電中斷，從而帶來(lái)極大的損失。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(guò) 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)。一個(gè)是定時(shí)器的可靠性，另一個(gè)是報(bào)警信號(hào)的可靠性。 集散式管理系統(tǒng)的 特點(diǎn)是分散管理、集中控制，其中某控制模塊出現(xiàn)問題不會(huì)影響其他控