【正文】 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設計與實現(xiàn) 26 (2)在線修改 首先進入在線監(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。系統(tǒng)參數(shù)的在線監(jiān)視與在線修改，一般數(shù)字在模擬集成電路構成的系統(tǒng)中做不到，有些較好的、經(jīng)改良后的系統(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)。 電站頻率的調(diào)節(jié)分為單機調(diào)節(jié)和并機調(diào)節(jié)，其實質(zhì)都是改變柴油機油門的開度的大小。而 PLC 控制器的運算數(shù)度都在每千步邏輯指令在 1ms 以內(nèi)。 下圖為具有三次起動功能的起動流程 ： 基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設計與實現(xiàn) 14 起 起 起 起起 起 起 起起 起 起起 起 起 起T 起 起 起起 起 起T 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 起起起起起起起起起起起 圖 發(fā)電機組起動程序流程圖 Generator set start program flow chart 在起動備用機組用完的情況下，發(fā)出“備用機組用完”的指示報警。 信號的采集及處理 PLC 與發(fā)電機組之間的信號傳輸與電網(wǎng)、發(fā)電機和柴油機之間傳遞的信號如下圖所示： 山東交通學院畢業(yè)設計 (論文 ) 11 柴 油 機 發(fā) 電 機 電 網(wǎng)氣瓶壓力滑油壓力排煙溫度冷卻水溫度電 壓電流有功功率相位差繞組溫度電壓電流頻率有功功率可 編 程 控 制 器調(diào) 速 器 起 、 停 執(zhí) 行 單 元 主 開 關減速模 擬 轉 換 器加速起動停車頻率并網(wǎng)脫網(wǎng) 圖 PLC 與發(fā)電機組之間的信號傳遞圖 Signal transmission between PLC and generating set figure (1)關于電網(wǎng)的信號 電網(wǎng)電壓、總電流、總電網(wǎng)頻率、頻率和有功功率及各空氣開關線圈的開關狀態(tài)。 (9)機組的保護：自動化電站除了設有和基本電站一樣的過載、短路、欠壓和逆功率保護外，還設有欠頻保護、高壓保護、次要負荷的分級卸載等，進一步的提高了供電質(zhì)量和電網(wǎng)的連續(xù)供電。 (2)自動檢測報警系統(tǒng)：此系統(tǒng)的主要功能是自動地實施監(jiān)測電站各設備運行狀態(tài)和參數(shù)，有原動機、發(fā)電機、配電系統(tǒng)的電氣參數(shù)、機械參數(shù)和運行狀態(tài)，檢測量包括開關量和模擬量。 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)的線路復雜、可靠性差、維修工作量大等缺點，甚至在情況嚴重下，會造成系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)，因此開發(fā)一套穩(wěn)定、高效、實時的基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)，是迫切需要的。主機由中央控制單元 、存儲器、輸入輸出單元、輸入輸出擴展總線接口、外部設備接口以及電源等組成，各部件通過由電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線構成的內(nèi)部系統(tǒng)總線進行連接；輸入輸出擴展機是輸入輸出單元的擴展部件；外部設備主要是編程器、圖形顯示器等?，F(xiàn)場控制設備和控制系統(tǒng)之間的雙向網(wǎng)絡通信靠現(xiàn)場總線來實現(xiàn)?；?PLC的船舶電站系統(tǒng)采用模塊化設計，結構緊湊，便于在線故障診斷。大規(guī)模集成電路的結構化、模塊化，還可以使微機控制系統(tǒng)的體積、重量大大減少，工作可靠性提高。同時，上位機的人機界面可以顯示、記錄機組的運行狀態(tài)和主要參數(shù)?，F(xiàn)代 PLC 控制技術因其可靠性高、耐惡劣環(huán)境、基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設計與實現(xiàn) 2 使用極為靈活方便三大特點，廣泛應用在自動化控制系統(tǒng)領域，船舶自動化控制系統(tǒng)更是如此。 船舶電氣自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢： (1)系統(tǒng)監(jiān)控的綜合化 由于電氣設備已經(jīng)日趨通用化、模塊化、系列化，組態(tài)靈活；上位控制機所有功能可通過屏幕軟件按 鈕來完成，為系統(tǒng)監(jiān)控的綜合化提供了必要的基礎。它是微機技術和繼電器常規(guī)控制結合的產(chǎn)物。 PLC 與其他工業(yè)控制系統(tǒng)比較具有許多優(yōu)點： (1)更改 控制邏輯只需修改軟件，無需對硬件做改動； (2)程序可以復制，批量生產(chǎn)容易； (3)電氣硬件設計大大簡化； (4)由于 PLC 除有繼電器功能外，尚有多種其他功能，可以實現(xiàn)繼電器無法實現(xiàn)的控制功能，實現(xiàn)某種程度上的智能化，并有可能使機構簡化； (5)可靠性高； (6)具有擴展單元或擴展模塊，當需要較多的 I/O 時可以方便的擴展。 (4)通過實際操作，發(fā)現(xiàn)設計中的不足之處，對不足之處進行改正。 (7)機組故障的自動處理與報警及負載自動分級：系統(tǒng)設有故障處理模式與對應的故障相匹配。 總體框圖如下圖所示： 基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設計與實現(xiàn) 10 顯 示 打 印 工 業(yè) P C 機 監(jiān) 測 報 警可 編 程 控 制 器 可 編 程 控 制 器電壓的調(diào)節(jié)柴 油 機和調(diào) 速 器控 制參數(shù)監(jiān)控功能自動并車功能頻 率調(diào) 節(jié)和功 率分 配參數(shù)監(jiān)控功能柴 油 機和調(diào) 速 器功 能電壓的調(diào)節(jié)自動并車功能頻 率調(diào) 節(jié)和功 率分 配 圖 電站管理系統(tǒng)的總體功能框圖 Plant overall management system functional block diagram 集散式船舶電站管理系統(tǒng)的主要優(yōu)點是以數(shù)據(jù)通信為紐帶，完成過程的分散控制、監(jiān)控和信息集中管理等一系列工作。當檢測到機、電故障時，根據(jù)故障的級別進行處理，若是嚴重故障，先停故障機，在起動備用機；若是較嚴重故障，先起動備用機組，并網(wǎng)后解列故障機。主開關接到指令后，從開始動作到主觸頭閉合要經(jīng)過一定的時間，考慮的這個問題，合閘指令應該提前發(fā)出。 5%的標準來設定。 電力管理系統(tǒng)參數(shù)在線監(jiān)視與在線修改 為適合不同類型的柴油發(fā)電機組，及隨著機組累計運行時問加大而致機組性能的變化，系統(tǒng)參數(shù)的在線監(jiān)視以及機組當前運行工況的變化隨時做出相應的修改是必要的。計數(shù)器的有關操作與此類似，在此不做具體說明。程序框圖如下所示： 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起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起起 圖 控制結構框圖 Control structure block diagram 控制軟件是一個實時性很強的軟件，為了實現(xiàn)機組并車等特定功能，對計算速度要求嚴格。在本系統(tǒng)的安全監(jiān)測及保護程序中，對各種參數(shù)進行監(jiān)測，一旦發(fā)生參數(shù)越限，立 即執(zhí)行相應的保護動作并給出報警指示。發(fā)電機組在逆功情況下 運行對原動機是不利的，也會造成另一臺機組因過載而跳閘，引起全船供電中斷。因此，在所設計成果投入使用之前，對本系統(tǒng)進行仿真與調(diào)試是非常必要的。本系統(tǒng)用到多種定時器，要確保該定時器能夠在時間上準確無誤的發(fā)出信號指令。作為上位機的工業(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)，在機組出現(xiàn)故障時，報警和相應的處理，通過工業(yè)電腦也能實施控制動作。 系統(tǒng)仿真的結果說明本設計基本實現(xiàn)了設計的目標，滿足設計的要求。頻率預調(diào)應在一定的調(diào)節(jié)時間內(nèi)完成，否則視為預調(diào)故障。 過流保護 當電網(wǎng)負載過大或并聯(lián)機組間負荷分配很不均勻等原因，可造成發(fā)電機過流。 (5)數(shù)據(jù)報表界面：一個可以反應過程中的數(shù)據(jù)、狀態(tài)等，并對數(shù)據(jù)進行記錄。系統(tǒng)結構圖如下 : 集控室組態(tài)軟件工業(yè)P C機發(fā)電機組P L C控制器打 印 機鍵 盤鼠 標圖 系統(tǒng)結構簡圖 System structure diagram 自動控制系統(tǒng)和自動監(jiān)測系統(tǒng)組成了電 站自動化系統(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，通過連線把彼此之間數(shù)據(jù)實山東交通學院畢業(yè)設計 (論文 ) 27 現(xiàn)共享。右上部分顯示定時器編號；左上 部分顯示定時器當前值。 山東交通學院畢業(yè)設計 (論文 ) 19 其流程圖如下： 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 起 起起 起 起 起起起起起起起 圖 重載詢問流程圖 Overloading about flow chart 重載詢問模塊的功能是合理的管理電站 ，防止重載起動的沖擊對電網(wǎng)造成故障，從而達到電站穩(wěn)定連續(xù)供電的要求。發(fā)電柴油機本身具有調(diào)速器，可以保證轉速處于規(guī)范之內(nèi)。 (3)當相位差、電壓差和頻率差在系統(tǒng)設定范圍內(nèi)時，提前發(fā)出合閘指令，實現(xiàn)自動準同步并聯(lián)運行。 山東交通學院畢業(yè)設計 (論文 ) 13 3 集散式船舶電站管理系統(tǒng)的功能流程 本文首先把集散式船舶電站管理系統(tǒng)的功能劃分為不同的模塊，并把它們作為子程序，設計實現(xiàn)這些子程序的流程圖，然后，主程序?qū)⑦@些子程序有機結合，來完成對電站的自動化管理。 工業(yè) PC 控制機置于集控中，作為操作系統(tǒng)的操作管理裝置。 基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設計與實現(xiàn) 8 (2)發(fā)電機組的自動起動：當電網(wǎng)負荷增加使運行機組重載時、運行機組發(fā)生機電故障和某機組起動失敗或不能合閘時，電站管理系統(tǒng)能自動地發(fā)出起動指令使備用機組迅速自動起動，在起動成功后建立壓力后投入電網(wǎng)供電。 本文的主要內(nèi)容和結構安排 本文主要內(nèi)容是以兩臺發(fā)電機組的電站為例，采用 PLC 的工業(yè)控制技術和工業(yè) PC 機，設計了基于 PLC 控制的船舶電站自動化的集散式管理系統(tǒng)。這種循環(huán)掃描的方式，不斷地對輸入和輸出變量進行收集、計算和輸出，使得變量滿足程序條件，并且相應的輸出使執(zhí)行結構動作。未來船舶電站的自動化系統(tǒng)會向著自動故障預測、自診斷的方向發(fā)展，上位機將會實現(xiàn)專家系統(tǒng)等智能連接。 船舶電站的主要特點是容量相對較小。到 80 年代中后期，隨著微機網(wǎng)絡技術的日趨成熟，國外眾多國家相繼開發(fā)研制多微機分布式網(wǎng)絡型自動化控制系統(tǒng)，如：西門子、 AEG 等國際著名的大公司近期的產(chǎn)品，是目前國際上最新技術產(chǎn)品。 山東交通學院 2020 屆畢業(yè)生畢業(yè)論文（設計） 題目：基于 PLC 的船舶電站自動化 系統(tǒng)方案設計與實現(xiàn) 院 (系 )別 信息科學與電氣工程學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 學 號 姓 名 指導教師 二○一三年六月 原 創(chuàng) 聲 明 本人 李枝賀鄭重聲明：所呈交的論文“基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設計與實現(xiàn)”，是本人在導師劉洋的指導下開展研究工作所取得的成果。隨著微型計算機的發(fā)展和推廣應用，在 80 年代初期國外研制成功了微型計算機單機控制系統(tǒng)，如：用 在我國 “ 德大 ” 輪上的日本大發(fā)公司配套的電站自動化控制系統(tǒng)，廣州遠洋公司 15000 噸上使用的丹麥 SEMCO 公司的 APM 電動自動化系統(tǒng)。發(fā)電機組是把機械能轉化成電能的發(fā)電設備；配電裝置是接收船舶發(fā)電機組所產(chǎn)生的電能，并對所有電力負載進行配電的開關和控制設備的組合裝置，也是對電力系統(tǒng)進行測量、監(jiān)視、保護的控制裝置。 船舶電氣自動化領域展望，在計算機、通信、顯示和控制技術迅速發(fā)展且互相交叉滲透，還有人工智能和模糊技術的應用將會給船舶電站自動化帶來重大的變革。循環(huán)掃描方式是指在執(zhí)行程序的過程中，對各個過程輸入信號進行收集，對收集信號進行處理和計算，并把計算結果輸出到生產(chǎn)過程的執(zhí)行機構去。PLC 船舶電站控制系統(tǒng)便于系統(tǒng)參數(shù)的在線監(jiān)視與在線修改。關鍵的準備工作是發(fā)電柴油機的預熱和預潤滑。 集散式電站 集散式管理系統(tǒng) [3]由 PLC 控制機組，然后再把信息與工業(yè) PC 機共享，它們共同來完成電站運行的自動控制和自動管理。上位的工業(yè)控制機可以實現(xiàn)控制、顯示、記錄和打印的功能。 (2)檢測電網(wǎng)與待并發(fā)電機的電壓頻率差，并根據(jù)