【正文】 功功率分配依靠原動(dòng)機(jī)調(diào)速器的調(diào)節(jié)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所選用的工控機(jī)的主頻是 166MHz,試驗(yàn)中可以較 好地進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。梯形圖中的常開(kāi)和常閉開(kāi)關(guān)可以被無(wú)限制的適用。以上七步就是船舶電站自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的整體過(guò) 程。 梯形圖 :就是利用 PLC的梯形圖符號(hào)來(lái)連接輸入輸出 ,與繼電器控制電氣的方式相近 , 有前后順序，而且梯形圖里使用了跟實(shí)際繼電器相同的符號(hào) M,包括輸入繼電器、輸出繼 電器、輔助繼電器等 ， 要注意的 是它并不是物理繼電器，只是軟件里使用的編程語(yǔ)言。而其中影響最大的是電磁干擾，大約占整個(gè)干擾源的 70%。 浙江工業(yè)大學(xué)碩 i?學(xué)位論文 (2) 最大機(jī)組額定有功功率的 177。 浙江工業(yè)大學(xué)碩 i?學(xué)位論文 電壓及無(wú)功功率自動(dòng)調(diào)整 由于并聯(lián)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)間的電勢(shì)不相等 .導(dǎo)致環(huán)流產(chǎn)生與直流電機(jī)不同，直 流電機(jī)間的環(huán)流影響的是有功功率的分配 ， 而交流電機(jī)的環(huán)流主要影響無(wú)功功率的分配。 實(shí)際并車條件歸總?cè)缦拢? ^U\U^U2\^177。自同步投入快但沖擊電流大。通過(guò)改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流也就是改變發(fā)電機(jī)的電勢(shì)來(lái)調(diào)整無(wú) 功功率 ， 方法有均壓線、環(huán)流補(bǔ)償裝置以及帶差動(dòng)電流互感器的環(huán)流補(bǔ)償裝置? 10. 自我保護(hù)。 PLC 的計(jì)算機(jī)通信模式以計(jì)算機(jī)為通信對(duì)象，故在計(jì)算機(jī)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(shū)寫(xiě)；能設(shè)計(jì)可視化的圖形界面：具有數(shù)據(jù)庫(kù)管理的功能及 能與其他軟件整合等功能。船舶電站大體的一些工作是：機(jī)組啟動(dòng)、并車、 解列 .這些步驟要按規(guī)定的程序執(zhí)行，之前要對(duì)一些條件進(jìn)行判斷 ， 依據(jù)就是各種檢測(cè)到 的數(shù)據(jù) ， 包括電壓、電流、溫度、壓力等。它包含了船舶電站自動(dòng)化應(yīng)具備的各項(xiàng) 功能，由總體控制把它們有機(jī)組織在一起 ， 各種功能相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，共同完成船舶 電站的自動(dòng)化運(yùn)行。 (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(kuò)展單元、控制模塊 *根據(jù)輸入 輸出點(diǎn)數(shù)的不同，基本模塊有 FX2N16MR00 FX2N32MR00 FX2N48MR00 FX2N64MR001 等，擴(kuò)展單元有 FXlN2Ah2BD(模擬量輸入擴(kuò)展扳 )、 FX1N1DA2BD (模擬 貴輸出擴(kuò)展板 )、 FX1N8AVBD(模擬量設(shè)定功能擴(kuò)展板 )等，擴(kuò)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?！?： (1)可靠性高 一臺(tái)可編程控制器能夠連續(xù)運(yùn)行 30 萬(wàn) h,也就是 30 多年而不出故陣，目前還沒(méi)有其 它的工業(yè)控制系統(tǒng)能夠超過(guò) PLC。我國(guó)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。它包括主動(dòng)力系統(tǒng)、發(fā) 電系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)的監(jiān)控 ， 需要研究電力電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、原動(dòng)機(jī)技術(shù)，還有船 舶電站要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理，那么網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是不可缺少 ?計(jì)算機(jī)與控制器之間的通信 ， 根據(jù) 實(shí)際設(shè)備需要采用何種數(shù)據(jù)線，計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間互通都需要認(rèn)真研究。 總的來(lái)說(shuō)船舶電站可分為以下四種 】 ： (1) 主電站 ， 平時(shí)對(duì)整所船舶的電氣設(shè)備進(jìn)行供電。 MCGS* 174。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體 ， 均已在文中 以明確方式標(biāo)明。 此外，本文還就所設(shè)計(jì)的船舶電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的抗電磁千擾、機(jī)械振動(dòng)干擾以及 溫度和濕度干擾等問(wèn)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(lái)有效解 決各種千擾對(duì)電氣設(shè)備的影響，以提高電站供電的穩(wěn)定性與可靠性。汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)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。所有的母站、子站都可通過(guò)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(shí)現(xiàn)分散控制和集中管理。這些良好的設(shè)備條件為船舶電站自動(dòng)化的研究鋪展了道路，推 進(jìn)了船舶電站的發(fā)展。 PLC 可對(duì)機(jī)械工業(yè)的幵關(guān)量進(jìn)行監(jiān)控，機(jī)械工業(yè)的快速發(fā)展就為 PLC提供 了空間 ,反過(guò)來(lái) PLC也提升了機(jī)械工業(yè)的自動(dòng)化程度。 (1)體積小 FX2N 的長(zhǎng)度為 150mm,寬度為 90mm,高度為 85mm,非常小巧，很適合在機(jī)電一體化產(chǎn) 品中使用。 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(guó)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。 如圖 所示，船舶電站系統(tǒng)跟 PLC之間的開(kāi)關(guān) 1是之間傳輸?shù)?， 這是因?yàn)殚_(kāi)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(hào)應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)電壓、電流信號(hào) ,在進(jìn)入 PLC的 CPU處理之前應(yīng)該連接一個(gè)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(rùn)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(jī) ^降速 機(jī) 并車 . 倖車 解列 _ _ 圖 PLC與發(fā)電機(jī)組之間倌號(hào)圖 有 功 (1) 電網(wǎng)信號(hào)：電壓、電流、頻率、總的有功功率等。日常生活中?？梢?jiàn)到一些幵關(guān)及儀表，如船舶 的發(fā)電機(jī)、報(bào)瞥器等，非常形象而且方面使用，從而使得這些開(kāi)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(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)圖形監(jiān)控時(shí) ， 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(gè)設(shè)備。 6. 無(wú)功功率自動(dòng)分配和自動(dòng)恒壓。 浙江工業(yè)大學(xué)碩 i?學(xué)位論文 第 3 章電站自動(dòng)化系統(tǒng)的工作分析 在設(shè)計(jì)船舶電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)之前應(yīng)對(duì)船舶 自動(dòng)電力管理系統(tǒng)有深刻的理解。但實(shí)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(guò)大會(huì)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(guò)大導(dǎo) 致壓差 AU 也大，由此產(chǎn)生的沖擊電流在機(jī)軸上發(fā)生大的沖擊轉(zhuǎn)矩 ， 對(duì)于慣性不大的船用 電機(jī)來(lái)說(shuō)很容易使轉(zhuǎn)子扭曲 ， 相位差一般在 土 15176。檢測(cè)誤差、主開(kāi)關(guān)動(dòng)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(zhǎng)了并車時(shí) (2)恒定超前相角 不同差頻條件下，相角的提前量容易獲取。高于電網(wǎng)額定頻率時(shí) ， 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 升高，力矩不變情況下輸出功率增加，電機(jī)過(guò)載；端電壓不變 的情況下磁通減少，起動(dòng)轉(zhuǎn) 矩降低⑷， 要保持電網(wǎng)電壓的恒定需要隨時(shí)調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 ,柴油機(jī)噴油量的大小決定了一定 轉(zhuǎn)速下的輸出功率。當(dāng)電 壓超出允許范圍時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)：當(dāng)頻率偏高額定值超過(guò)允許范圍時(shí) ， 根據(jù)偏差大小自 動(dòng)地選擇不同的脈寬進(jìn)行調(diào)速，直至頻率符 合要求為止。各個(gè)廠家的 PLC 編程只能使用自身開(kāi)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(jī)類似 ， PLC里的數(shù)據(jù)寄存器相當(dāng)于單片機(jī)的 RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。三，任一臺(tái)發(fā)電機(jī)起動(dòng)成功后合閘供電 ， 循環(huán)監(jiān)測(cè)是否重載，如重載再調(diào)用并車 模塊。本系統(tǒng)的主要模塊有：機(jī)組的自起動(dòng)模塊、自動(dòng)并車模塊、 自動(dòng)調(diào)頻調(diào)頻模塊、重載詢問(wèn)模塊、自動(dòng)解列模塊等。第 4 章電站自動(dòng)化系統(tǒng)的 PLC 設(shè)計(jì) PLC 編程語(yǔ)言 PLC 的匯編語(yǔ)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(yǔ)言 fw)。若三次 啟動(dòng)均失敗，裝置停止工作 ， 發(fā)出聲、光報(bào)警。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，這些環(huán)節(jié)可通過(guò)發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)中的常 閉副觸電來(lái)實(shí)現(xiàn)， 頻率及有功功率自動(dòng)調(diào)整 船舶電站負(fù)載突然變化時(shí)，破壞了原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率與機(jī)組負(fù)載功率的平衡 ， 引起發(fā) 電機(jī)組轉(zhuǎn)速的變化，電網(wǎng)頻率隨之改變 (/np/60), 電力系統(tǒng)運(yùn)行的兩項(xiàng)質(zhì)童指標(biāo)是電壓和頻率，所以頻率要保持穩(wěn)定 ， 波動(dòng)盡量控制在 很小的范圍內(nèi)。當(dāng)所有的條件都滿足時(shí) , 發(fā)合閘指令，但電機(jī)開(kāi)關(guān)有固有延時(shí)時(shí)間 ， 需要在指令前有一個(gè)提前量，保證以最小的相 位差并車，減小沖擊電流對(duì)設(shè)備的影響 這里就提前量的獲取作詳細(xì)的分析。 =V+V^h)， 其中 g代表待并發(fā)電機(jī)， n代表電網(wǎng) ,0)角頻率 ， ％初相位。減機(jī)的負(fù)荷率大約可以選擇 ,自動(dòng)停機(jī)解列時(shí)應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)逐 漸執(zhí)行電荷的轉(zhuǎn)移，故障狀態(tài)下則需立刻轉(zhuǎn)移負(fù)荷，最終使剩余的機(jī)組脫離輕載狀態(tài) ? 14. 發(fā)電機(jī)組自動(dòng) 停機(jī)。當(dāng)電網(wǎng)上己有一臺(tái)發(fā)電機(jī)組在供電 ， 此時(shí)有重載情況發(fā) 生，需要再并上另一臺(tái)機(jī)組。 (4) 響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng) 每個(gè) PLC 元件在 EXCEL 存儲(chǔ)表格中響應(yīng)的時(shí)間很長(zhǎng) ， 平均需要 Is 以上，所以在要求 響應(yīng)速度快的監(jiān)控系統(tǒng)中無(wú)法滿足需要。 本文設(shè)計(jì)的船舶電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)用到的主要硬件有 :三菱 FX2N、 工業(yè)監(jiān)控 PC機(jī)、 各種傳感器和變送器、以及打印機(jī)等。它擁有的安全機(jī)制非 常高，可以設(shè) *密碼，防止程序被誤操作或者被別人盜用。 PLC 的編程 方式簡(jiǎn)單 易學(xué)，可以采用梯形模式結(jié)構(gòu)，工程技術(shù)人員不需要掌握高深的計(jì)算機(jī)技術(shù)就能夠編程。 PLC 在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有著巨大的潛力 ， 國(guó)內(nèi)大多數(shù)的小型企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程依舊沒(méi)有 使用自 動(dòng)化系統(tǒng)，比如機(jī)械行業(yè) ， 八成以上的設(shè)備還是采用接觸器或者繼電器進(jìn)行監(jiān)控。 上世紀(jì)末，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，各個(gè)行業(yè)的發(fā)展都得到了質(zhì)的飛躍。船舶電站在這種形式下，也大多采用計(jì)算機(jī)技術(shù)并廣泛應(yīng)用。到 2020 年，中國(guó)或?qū)⒊烧憬I(yè)大學(xué)碩上學(xué)位論文 為造船強(qiáng)國(guó)，擁有世界上最先進(jìn)的造船技術(shù)。隨蓍電子信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā) 展，監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用日 益廣泛，船舶大型化和自動(dòng)化 ， 對(duì)其電站的自動(dòng)化提出更高的要求 , 電站又是船舶的關(guān)鍵部位之一，船舶電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)承載著非常重要的角色。 本學(xué)位論文屬于 保密 □ , 在 ___ 年解密后適用本授權(quán)書(shū)。 從 2020 年到 2020年 5年間，我國(guó)的造船產(chǎn)童每年增長(zhǎng)約 20%。 (4) 停泊電站，當(dāng)船舶回港口后整修 ， 一些設(shè)備不需要供電 ， 比如舵機(jī)。在船舶電力系統(tǒng)及其自 動(dòng)化裝 *發(fā)面，出現(xiàn)了新技術(shù)、新設(shè)備、新觀念。年銷售額超千萬(wàn)的有上海正航、深 圳合信、無(wú)錫信捷等，銷售額超億的有臺(tái)灣臺(tái)達(dá)，但所有的這些廠家的 PLC市場(chǎng)占有率大 概只有 5%【 9】 。 (2) 用戶所需備件數(shù)量少 只需要準(zhǔn)備一塊信號(hào)處理板。 ? (5) 功能強(qiáng)大，方便使用⑽ FX 系列的 PLC雖然體積小，但是有很強(qiáng)大的功能 ， 內(nèi)部有上千個(gè)編程單元共工程技 術(shù)人員使用，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。因?yàn)樗鼈兿嗷ラg沒(méi)有數(shù)據(jù)的來(lái)往，非常獨(dú)立，即使某臺(tái) PLC出現(xiàn)故陣，也不 會(huì) 影響到其他的控制器，實(shí)現(xiàn)了集散控制中的分散控制。 利用三菱公司提供的 SW3D5F軟件可以實(shí)現(xiàn) EXCEL監(jiān)控，而且僅需要作應(yīng)用軟件的設(shè) 置而不需要復(fù)雜的程序設(shè)計(jì) ， 此種方式可以迅速達(dá)成 PLC集中監(jiān)控的目的，但是此種監(jiān)控 模式還存在下列問(wèn)題 【 18】 ： (1) 無(wú)可視 化的效果 EXCEL 窗口中僅能以數(shù)值來(lái)表示設(shè)備的狀態(tài)，無(wú)法用壓力表、指示燈及按紐開(kāi)關(guān)等設(shè) 計(jì)可視化的圖形監(jiān)控。 2?當(dāng)匯流排不帶電時(shí) ， 發(fā)電機(jī)組自動(dòng)并入電網(wǎng)。在啟動(dòng)大功率設(shè)備之前會(huì)自動(dòng)檢測(cè)現(xiàn)有的發(fā)電機(jī)組能否滿足運(yùn)行，如 果有余量會(huì)直接啟動(dòng)設(shè)備，否則先并上另一臺(tái)機(jī)組后再啟動(dòng)此設(shè)備，以免重載情況發(fā)生。但在實(shí)際操作中，要達(dá)到理想的條件不可能的。 15. 浙江工業(yè)大學(xué)碩 i?學(xué)位論文 自動(dòng)準(zhǔn)同步并車裝置 根據(jù)檢測(cè)到的待并機(jī)組與電網(wǎng)的電壓差、頻率差以及相位差，并車裝置判斷每個(gè)條件 是否符合，假如都不符合禁止并車。無(wú)功功率 的自動(dòng)分配可通過(guò)均壓線、環(huán)流補(bǔ)償裝置或者帶差動(dòng)電流互感器的環(huán)流補(bǔ)償裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。 】 ,完成起動(dòng)準(zhǔn)備、起動(dòng)和報(bào)警各項(xiàng)任務(wù) , 使起動(dòng)操作過(guò)程自動(dòng)化，在電站中某臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)生故陣的情況下，備用機(jī)組不僅應(yīng) 該自動(dòng)起動(dòng)，而且必須起動(dòng)迅速。 組成網(wǎng)絡(luò)的雙絞線具有很強(qiáng)的抗干擾能力 ， 但在敷設(shè)時(shí)，應(yīng)該注意雙絞線與電磁干擾 的距離。 PLC 監(jiān)控系統(tǒng)程序總體框架 本文用模塊結(jié)構(gòu)分析下位機(jī) PLC的各監(jiān)控個(gè)程序子程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，運(yùn)行 時(shí)便于主程序的調(diào)用。重載則再次調(diào)用自動(dòng)并車模塊。 程序：指 PLC指令的有序集合。但是對(duì)于某些具有特大負(fù)荷的船舶來(lái)說(shuō)，當(dāng)某些大功率設(shè)備，如集裝箱船上的 側(cè)推器 ， 請(qǐng)求起動(dòng)時(shí)還會(huì)產(chǎn)生增加兩臺(tái)備用機(jī)組的命令。 各機(jī)組所承擔(dān)的有功負(fù)載與總負(fù)載按機(jī)組額定比例分配值之差 ， 應(yīng)該在一定范圍內(nèi) , 數(shù)據(jù)如下： (1) 各個(gè)機(jī)組額定有功功率的 177。 基于差頻電壓原理得到的各種電壓信號(hào)都是模擬量，需要專門的電路來(lái)采集，變換過(guò) 程中會(huì)有一定的變形 ， 造成測(cè)量誤差，這些問(wèn)題實(shí)際上是可以由 PLC控制器來(lái)解決 。 以內(nèi)。 機(jī)組的自動(dòng)準(zhǔn)同步并車 并車種類 船舶在不同運(yùn)行工況下所需的電量是不同的，隨時(shí)進(jìn)行增減機(jī)組，通過(guò)主配電板匯流 排共同向所有設(shè)備供電。但 當(dāng)發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障并停機(jī)后，系統(tǒng)會(huì)發(fā)生分級(jí)卸載 ， 逐漸卸去次要負(fù)荷，保證對(duì)船舶上 重要設(shè)備的連續(xù)供電。 (2) 以一問(wèn)