【正文】 以上七步就是船舶電站自動化系統(tǒng)運行的整體過 程。重載則再次調(diào)用自動并車模塊。四 ，監(jiān)測待并發(fā)電機與電網(wǎng)的電壓差、頻率差、相位差 ， 調(diào)用自動調(diào)頻模塊，三個 條件都符合后并上電網(wǎng)運行供電，如此臺發(fā)電機不符合條件，則啟用備用發(fā)電機 .五，并 示備 顯動組 繁起機 報并用 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 車條件符合后調(diào)用自動并車模塊，運行后調(diào)用自動調(diào)頻調(diào)載模塊，維護發(fā)電機供電平衡。二，首次起動發(fā)電機無需考慮并車模塊的條件 ， 每臺發(fā)電機都有三次起動機會 , 第一臺起動失敗后程序轉(zhuǎn)入起動第二臺機組，再次失敗再起動備用電機，如果三臺都失敗 則報 *。 MJm LMLJ —— 圖 PLC 監(jiān)控系統(tǒng)流程圖 如圖 所示。整個船舶 電站自動 化系統(tǒng)要做的工作如下：采集來自各柴油機、發(fā)電機、斷路器、匯流排以及各主浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 咍解 .劃 塊 I 要負載的參數(shù) ， 信號處理板加以分析 ， 把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成工業(yè)的標準信號輸給 PLC 判斷，在一 定條件下，自動的采取符合邏輯的措施 ， 處理電站運行中可能發(fā)生的故陣情況，確保電力 系統(tǒng)安全可靠、經(jīng)濟的運行。 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 PLC的各監(jiān)控個程序子程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，運行 時便于主程序的調(diào)用。梯形圖中的常開和常閉開關(guān)可以被無限制的適用。 梯形圖 :就是利用 PLC的梯形圖符號來連接輸入輸出 ,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際繼電器相同的符號 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言。 程序：指 PLC指令的有序集合。指 令就是告訴 PLC 該怎么做，使用的也是二進制， 8位代表一個字節(jié)， 16 位組成一個字。指令表能夠使用操作器來現(xiàn)場修改指令，可 以脫離計算機編程。 梯形圖是 PLC使用最廣泛的編程語言，它的界面與電氣控制的流程非常的相似，工程 技術(shù)人員很容易掌握 ， 可以快速的開發(fā) ，有單 片機基礎(chǔ)的人員開發(fā)起來非常方面 ， 在理解方面也會非?？焖?。再者分析了并車運行后電壓及無功功率自動調(diào) 整、頻率及有功功率自動調(diào)整，對其他的模塊作了簡單的分析，并對干擾問題提出了解決 方案。 組成網(wǎng)絡(luò)的雙絞線具有很強的抗干擾能力 ， 但在敷設(shè)時，應(yīng)該注意雙絞線與電磁干擾 的距離。在系統(tǒng)設(shè)計中所選用的工控機的主頻是 166MHz,試驗中可以較 好地進行實時監(jiān)控。而其中影響最大的是電磁干擾，大約占整個干擾源的 70%。但是對于某些具有特大負荷的船舶來說，當某些大功率設(shè)備，如集裝箱船上的 側(cè)推器 ， 請求起動時還會產(chǎn)生增加兩臺備用機組的命令。 重載詢問 即對大功率負荷投入時進行管理。 ? 單機運行監(jiān)控 在艦船電力系統(tǒng)僅有一臺發(fā)電機運行時，系統(tǒng)自動檢測此時的電網(wǎng)電壓和頻率。正常運行時，油壓、水溫不符合要求時 , 也指示報瞀。起動過程為 電網(wǎng)電壓消失 0? 1分鐘 后，自動起動模塊投入工作，機組低速起動 (可連續(xù)起動三次 )， 然后加速至全速。 】 ,完成起動準備、起動和報警各項任務(wù) , 使起動操作過程自動化，在電站中某臺柴油發(fā)電機組發(fā)生故陣的情況下，備用機組不僅應(yīng) 該自動起動，而且必須起動迅速。 在船舶電站中 ， 頻率的調(diào)整和 有功功率分配依靠原動機調(diào)速器的調(diào)節(jié)。 浙江工業(yè)大學(xué)碩 i?學(xué)位論文 (2) 最大機組額定有功功率的 177。 各機組所承擔(dān)的有功負載與總負載按機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) 各個機組額定有功功率的 177。對于并聯(lián)運行機組來說，每臺發(fā)電機輸出功率都由自身的頻率決定 , 頻率與有功功率的分配是相關(guān)聯(lián)的。當磁化曲線飽和，磁 化電流增加要比磁通增加的多，引起繞組和鐵芯發(fā)熱。頻率波動會影響船舶電站的可靠運行，除了干擾設(shè)備的正常工作外還導(dǎo)致 電動機運行惡化。當并聯(lián)運行時 ,某臺機組所承擔(dān)的無功功率過多或過少 , 說明它的電壓調(diào)整曲線要比其他機組的特性曲線硬 ,可通過調(diào)節(jié)環(huán)流補償裝置中的可調(diào)電 阻，改變電壓調(diào)整特性的頻率。無功功率 的自動分配可通過均壓線、環(huán)流補償裝置或者帶差動電流互感器的環(huán)流補償裝置來實現(xiàn)。 通過改變發(fā)電機的勵磁電流可實現(xiàn)對無功功率的 調(diào)整。 浙江工業(yè)大學(xué)碩 i?學(xué)位論文 電壓及無功功率自動調(diào)整 由于并聯(lián)運行的同步發(fā)電機間的電勢不相等 .導(dǎo)致環(huán)流產(chǎn)生與直流電機不同，直 流電機間的環(huán)流影響的是有功功率的分配 ， 而交流電機的環(huán)流主要影響無功功率的分配。 基于差頻電壓原理得到的各種電壓信號都是模擬量，需要專門的電路來采集，變換過 程中會有一定的變形 ， 造成測量誤差，這些問題實際上是可以由 PLC控制器來解決 。 r,代表主幵關(guān)固有動作時間， b 代表并車 裝置的動作時間， k代表提前量時間， \代表并車允許的頻率差。這種設(shè)計可以保證在規(guī)定的越前時間內(nèi)發(fā)出指令 ， 但也存在一定的誤差 ， 包括自動裝 187。發(fā)電機主開關(guān)在接到合閘信號到主觸頭閉合需要 一定的時間，假設(shè)沒有一個提前量，那么主開關(guān)就會錯過相角差為零的時刻 .這就需要在 差頻脈沖電壓過零之前發(fā)出指令，有兩種裝置 ：恒定超前時間和恒定超前相角。只有相位不符合時，捕捉相位條件直到條件滿足。 15. 浙江工業(yè)大學(xué)碩 i?學(xué)位論文 自動準同步并車裝置 根據(jù)檢測到的待并機組與電網(wǎng)的電壓差、頻率差以及相位差，并車裝置判斷每個條件 是否符合，假如都不符合禁止并車。 (31) S =15,1 165。 實際并車條件歸總?cè)缦拢? ^U\U^U2\^177。 以內(nèi)。 以內(nèi)。 =/〃 待并發(fā)電機電壓相量與電網(wǎng)電壓相量完全重合則需滿足上面三個條件 ,此時并車的沖 擊電流為零，這種為理想的準同步并車。待并發(fā)電機與運行機組之間并車 條件為： (1) 待并機組的電壓與電網(wǎng)電壓一致，即 (2) 待并機 組的相位與電網(wǎng)相位一致，即 5= 1^^=0。 設(shè)待并發(fā)電機的瞬時電壓 =^sin(6)r/+v/0i?)187。但在實際操作中，要達到理想的條件不可能的。實際上準同 步時，待并發(fā)電機與電網(wǎng)的頻差并不一定理想，也就是說在觀察同步表的轉(zhuǎn)向及旋轉(zhuǎn)速度 時并不一致，但此時只要它們的沖擊電流在一定的范圍內(nèi)，是可以同步的 ?這種準同步并 車的方式產(chǎn)生的沖擊電流小 ， 但操作時間有些過長 ， 對于船舶電站來說，安全第一，要保 障供電的連續(xù)性，因此廣泛采用的是此方式 ㈨ ? 船舶同步發(fā)電機組的并聯(lián)運行主要有三大部分內(nèi)容：并車時的操作、并聯(lián)運行時的無 功功率自動分配、有功功率的自動分配及頻率調(diào)整。自同步投入快但沖擊電流大。 機組的自動準同步并車 并車種類 船舶在不同運行工況下所需的電量是不同的，隨時進行增減機組，通過主配電板匯流 排共同向所有設(shè)備供電。船舶 電站的自動化管理系統(tǒng)主要包括以下幾個方面：發(fā)電機組的自起動、自動并車、功率的自 動分配、根據(jù)負荷率增 /減機、負荷的自動分級、運行狀態(tài)顯示以及故障報警。經(jīng)過對其他軟件的比較，最終選 擇了功能強大、操作簡單的工控組態(tài)軟件 MCGS來設(shè)計上位機的監(jiān)控畫面。包括自動停機和故障停機兩種情況 小結(jié) 針對船舶電站自動化系統(tǒng)的特點，設(shè)計了以上位機為中心， 3 臺 PLC 控制器為子設(shè)備 的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的方案，構(gòu)造了有設(shè)備層、監(jiān)控層和網(wǎng)絡(luò)層的三層網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。當某一較大的負荷停止運行后，為了實現(xiàn)最經(jīng)濟的管理就需 要對機組進行解列。在啟動大功率設(shè)備之前會自動檢測現(xiàn)有的發(fā)電機組能否滿足運行，如 果有余量會直接啟動設(shè)備，否則先并上另一臺機組后再啟動此設(shè)備，以免重載情況發(fā)生。 11. 應(yīng)急電站和主電站的自動轉(zhuǎn)換。通過改變發(fā)電機的勵磁電流也就是改變發(fā)電機的電勢來調(diào)整無 功功率 ， 方法有均壓線、環(huán)流補償裝置以及帶差動電流互感器的環(huán)流補償裝置? 10. 自我保護。但 當發(fā)電機組出現(xiàn)故障并停機后，系統(tǒng)會發(fā)生分級卸載 ， 逐漸卸去次要負荷，保證對船舶上 重要設(shè)備的連續(xù)供電。 7. 負載自動分級啟動 ?分為兩個方面：（一 )當自動卸載發(fā)生后，隨著備用發(fā)電機組的 投入電網(wǎng)供電 ， 己卸去的次要負荷不能同時 投入，要保證發(fā)電機組不能再次過載：（二 ) 電網(wǎng)從斷電恢復(fù)到重新供電時，負載不能一次性投入 ， 應(yīng)分級、分批投入，重要的負載先 啟動 ? 8. 自動分級卸載。單機運行時不存在功率分配問題，只有頻率的二次 調(diào)整，恒頻精度在土 ,并聯(lián)運行時，既有頻率調(diào)整也有功率分配 ， 原動浙江工業(yè)大學(xué)碩 i?學(xué)位論文 機調(diào)速器和 自動調(diào)頻調(diào)載裝 S共同工作，使頻差小于士 ,功差小于土 %。新機組起動后系統(tǒng)要檢脷電網(wǎng)與機組之間的頻率差，當頻差 小于規(guī)定范圍時新機組自動并上電網(wǎng)供電。 4. 發(fā)電機組自動準同步并車。 2?當匯流排不帶電時 ， 發(fā)電機組自動并入電網(wǎng)。在監(jiān)控程序的管理下 ， 當主發(fā)電站發(fā)生故障（比如阻塞）時 能自動的起動另一臺機組。 PLC 的計算機通信模式以計算機為通信對象，故在計算機中所使用的軟件必須具備能作串 行口控制的性能：能做程序的書寫；能設(shè)計可視化的圖形界面：具有數(shù)據(jù)庫管理的功能及 能與其他軟件整合等功能。 (2) 以一問一答的通信方式取得各臺 PLC 元件的數(shù)據(jù)； (3) 能寫入各臺 PLC 元件數(shù)據(jù)； (4) 利用 MCGS 的圖形表示 PLC 元件數(shù)據(jù)： ?? (5) 利用程序?qū)?PLC 元件的數(shù)據(jù)記錄或存于數(shù)據(jù)庫內(nèi)； (6) 通過網(wǎng)絡(luò)來傳送 PLC 元件的數(shù)據(jù)。 計算機通信模式中，因其通信的數(shù)據(jù)有固定的格式，可以用 16 臺 PLC與 1臺計算機 來構(gòu)成一個集中監(jiān)控系統(tǒng)，這里我們只選用了 3臺 PLC,所以可以使用。 搡作者經(jīng)過計算機顯示的圖像了解或控制設(shè)備的動作 ,而且監(jiān)控中的圖像具有可視化 的效果 ， 則可以大幅提升操作者 的使用性。 為解決上述問題，可選用 MCGS (Monitor and Control Generated System,通用監(jiān) 控系統(tǒng) ） 軟件來設(shè)計人機交互界面，達到 FX 系列 PLC與計算機鏈接的可視化圖形集中監(jiān) 控相同的目的。 (3) EXCEL 無法使用其他應(yīng)用元件 將 PLC 的監(jiān)控數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送給其他計算機時 ， 則必須應(yīng)用其他軟件（如 VB)來 完成。 利用三菱公司提供的 SW3D5F軟件可以實現(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 ， 此種方式可以迅速達成 PLC集中監(jiān)控的目的，但是此種監(jiān)控 模式還存在下列問題 【 18】 ： (1) 無可視 化的效果 EXCEL 窗口中僅能以數(shù)值來表示設(shè)備的狀態(tài)，無法用壓力表、指示燈及按紐開關(guān)等設(shè) 計可視化的圖形監(jiān)控。 上位機的選擇 自動化產(chǎn)業(yè)中 ， PLC因適用性高所以常用于第一線的控制器，但尚有一些功能上的限 制，如存儲器容童、數(shù)據(jù)處理分析能力、報表打印，而這些限制可以利用 Computer Link 解決。船舶電站大體的一些工作是：機組啟動、并車、 解列 .這些步驟要按規(guī)定的程序執(zhí)行，之前要對一些條件進行判斷 ， 依據(jù)就是各種檢測到 的數(shù)據(jù) ， 包括電壓、電流、溫度、壓力等。 模塊，此模塊可以把輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。 (2) 柴油機信號：溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等。這些測控模塊包括模擬量輸 入 /輸出模塊、溫度調(diào)節(jié)模塊、數(shù)字置輸入 /輸出模塊、報警系統(tǒng)等 【 |39。 測控單元設(shè)計 (1)測控單元原理 平常測量儀表只能檢測到發(fā)電機組的電壓、電流以及電網(wǎng)的電壓、電流，而并車時需 要機組與電壓間的電壓差、頻率差以及相位差，這些 童都需要相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路才能得到。相互間還可通 過數(shù)據(jù)連成一個網(wǎng)絡(luò)。因為它們相互間沒有數(shù)據(jù)的來往，非常獨立，即使某臺 PLC出現(xiàn)故陣，也不 會 影響到其他的控制器，實現(xiàn)了集散控制中的分散控制。采用 RS485方式實現(xiàn)上位機與下位機 PLC 的通信 ， 主站與船舶總監(jiān)控室 (工 程師工作站 )以及船長室、輪機長室監(jiān)控機的通信可由工控組態(tài)軟件 MCGS的網(wǎng)絡(luò)版實現(xiàn) ? 本系統(tǒng)選用三臺三菱 FX2N 來分別監(jiān)控三臺柴油發(fā)電機組，根據(jù)實際情況來選擇發(fā)電 機組的臺數(shù)，正常運行時 只起動一臺機組 ， 當重載時并上一臺機組，或者在行機組發(fā)生故 率和分 頻整功 率和分 頻整功 動車置 自并裝 調(diào)有配 調(diào)有配 動車置 自并裝 調(diào)有配 韋和分 頻整功 浙江工業(yè)大學(xué)碩十學(xué)位論文 障時并上一臺機組而自身解列，兩臺機組因某些原因而無法起動時運行備用機組。它包含了船舶電站自動化應(yīng)具備的各項 功能，由總體控制把它們有機組織在一起 ， 各種功能相互獨立又相互聯(lián)系，共同完成船舶 電站的自動化運行。舟山擁有眾多良好的深水港資源，這些成為工業(yè)發(fā)展所需能源、原材 料及外貿(mào)物質(zhì)運輸?shù)闹饕修D(zhuǎn)港 ,未來的發(fā)展方向是成為以水水中轉(zhuǎn)和工業(yè)港為特色的綜 合性港口《 隨著船舶業(yè)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代技術(shù)的不斷更新 ， 研究船舶電站的自動化控制有著非常 重要的意義 .而電站在船舶中占領(lǐng)著非常重要的地位，一旦電站出現(xiàn)嚴重故陣，整所船會 處于癱瘓狀態(tài) ， 人的生命安全得不到保 障。舟山群島位于我國東南沿海