【正文】 運行的發(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)重時會導(dǎo)致全船失電，機(jī)組也會受到電磁的和機(jī)械的有害沖擊。機(jī)組起動成功后，在一定時間未建立電 壓，則停機(jī)和發(fā)出聲光報警。同時，發(fā)出“起動失敗”的聲光報警。當(dāng)檢測到機(jī)、電故障時，根據(jù)故障的級別進(jìn)行處理，若是嚴(yán)重故障，先停故障機(jī)，在起動備用機(jī)；若是較嚴(yán)重故障，先起動備用機(jī)組，并網(wǎng)后解列故障機(jī)。對自動化系統(tǒng)的電站就會自動發(fā)出起動指令。 系統(tǒng)主程序的工作原理：自動巡回檢測電站的主要參數(shù)和工作狀態(tài)，針對不同的參數(shù)和狀態(tài)做出邏輯分析和綜合計算，判斷當(dāng)前需要完成哪些工作，從而決定調(diào)用哪一個功能子程序來完成該工作，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，整個系統(tǒng)就 如此反復(fù)地運行。 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)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(shè)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(jī)結(jié)合，來完成對電站的自動化管理。測量控制單元原理框圖如圖下所示 ： 基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 12 數(shù) 據(jù)采 集單 元電 站控 制執(zhí) 行單 元可編程控制器電 源鍵 盤 輸 入工 業(yè) P C 機(jī)通 信 通 道模 擬 量 信 號開 關(guān) 量 輸 入開 關(guān) 量 輸 出模 擬 執(zhí) 行 部 件 圖 測量控制單元原理圖 The principle diagram of the measurement control unit 數(shù)據(jù)采集單元主要采集信息有：電壓、頻率、相位、溫度、壓力、液位、轉(zhuǎn)速和功率等，及時反映控制對象的狀態(tài)，發(fā)出必要的調(diào)節(jié)指令，以滿足控制要求。 (4)PLC 測控單元的控制信號 (模擬量和開關(guān)量 ) 柴油機(jī)組升速和減速脈沖、柴油機(jī)組起動和停機(jī)、發(fā)電機(jī)并網(wǎng)合閘和脫網(wǎng)。 (2)關(guān)于發(fā)電機(jī)的信號 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。采用了標(biāo)準(zhǔn)的硬件模塊和軟件模塊，可以靈活組建，而且采用了局域網(wǎng)，系統(tǒng)擴(kuò)展十分方便。 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(shè)計與實現(xiàn) 10 顯 示 打 印 工 業(yè) P C 機(jī) 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(jī)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(jī)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。 本文所設(shè)計的集散式電站管理系統(tǒng)將各臺發(fā)電機(jī)組的控制功能分散化。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，來對電站運行過程進(jìn)行控制。 工業(yè) PC 控制機(jī)置于集控中，作為操作系統(tǒng)的操作管理裝置。此外，系統(tǒng)的通訊接口可以與個人電腦相連，在電腦顯示屏用文字和圖形來顯示各種參數(shù)及相關(guān)機(jī)組、主開關(guān)等電器狀態(tài)。 (11)運行系統(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)計編制的程序及各種參數(shù)存放在隨機(jī)存儲器 RAM 中，方便在線修改。 (10)運行狀態(tài)顯示及故障監(jiān)視：現(xiàn)代電子觸摸屏通過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)。 (8)機(jī)組自動、故障狀態(tài)下解列、停機(jī)控制： 輕載或故障需要停機(jī)時，并網(wǎng)運行機(jī)組先自動轉(zhuǎn)移負(fù)載，再按順序使運行機(jī)組逐臺退出電網(wǎng)，然后停車。 (7)機(jī)組故障的自動處理與報警及負(fù)載自動分級：系統(tǒng)設(shè)有故障處理模式與對應(yīng)的故障相匹配。 (6)重載詢問：大功率負(fù)荷起動大，管理系統(tǒng)將判斷電網(wǎng)負(fù)荷與起動的大功率負(fù)荷是否超過運行機(jī)組的最大允許負(fù)荷率。 (4)并聯(lián)運行中的功率分配與頻率調(diào)整：兩臺機(jī)組并聯(lián)運行供電時，通過原動機(jī)調(diào)速器和自動調(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)運行機(jī)組按容量成比例的承擔(dān)負(fù)載。 基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 8 (2)發(fā)電機(jī)組的自動起動：當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷增加使運行機(jī)組重載時、運行機(jī)組發(fā)生機(jī)電故障和某機(jī)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(jī)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。自動化管理系 統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如下圖： 打 印 設(shè) 備 檢 測 報 警 系 統(tǒng) 控 制 系 統(tǒng) 發(fā) 電 機(jī) 組安 全 系 統(tǒng) 圖 自動化系統(tǒng)的組成 Composition of automation system 船舶電站自動化管理系統(tǒng)主要功能 自動化電站管理的主要內(nèi)容包括 [2]： (1)發(fā)電機(jī)組起動前的準(zhǔn)備工作 :中國船級社對自動化船舶的有關(guān)規(guī)定是船舶電網(wǎng)失電應(yīng)在 45s(國外有些是 30s)內(nèi)恢復(fù)供電，所以自動化電站停車狀態(tài)下的備用機(jī)組應(yīng)事先做好準(zhǔn)備工作。 (3)安全系統(tǒng)：自動化電站應(yīng)設(shè)安全系統(tǒng)。其次，系統(tǒng)會將監(jiān)測量實時與設(shè)定的限制值進(jìn)行比較，若被測量超限，將發(fā)出相應(yīng)的聲光報警信號。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，控制系統(tǒng)可自動地使處于備用狀態(tài)的機(jī)組迅速起動 (不超過 45s)，自動準(zhǔn)同步投入電網(wǎng)運行；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，自動 脫離電網(wǎng)。 (4)通過實際操作，發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的不足之處，對不足之處進(jìn)行改正。 (2)在集散式系統(tǒng)下，設(shè)計實現(xiàn)了 PLC 控制的發(fā)電機(jī)組的自動起動、自動并車運行、自動頻率和負(fù)載調(diào)節(jié)，重載詢問、自動解列以及自動停車的流程。上位機(jī)的人機(jī)界面設(shè)計機(jī)各種界面，在設(shè)計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)員通過各種界面能觀察和操作機(jī)組。 本文的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排 本文主要內(nèi)容是以兩臺發(fā)電機(jī)組的電站為例，采用 PLC 的工業(yè)控制技術(shù)和工業(yè) PC 機(jī)，設(shè)計了基于 PLC 控制的船舶電站自動化的集散式管理系統(tǒng)。在 PLC 內(nèi)部實現(xiàn)自整定PID 算法控制轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，驅(qū)動直流伺服電動機(jī)執(zhí)行，負(fù)荷分配及時均衡。 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。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(fù)雜、可靠性差、維修工作量大等缺點，給出了解決方案。作為船舶上重要的裝備，船舶電站有著極其重要的作用；除了為船舶提供日常用電之外，還關(guān)系著船舶日常工作的順利進(jìn)行。 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(fù)制，批量生產(chǎn)容易； (3)電氣硬件設(shè)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(jī)構(gòu)簡化； (5)可靠性高； (6)具有擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，當(dāng)需要較多的 I/O 時可以方便的擴(kuò)展。同時， PLC 在船舶電站抗干擾方面也有其極大的優(yōu)越性。 PLC 在船舶電站自動化系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)勢 船舶電站控制有控制動作復(fù)雜、頻繁的特點，且有較多的接觸器作為執(zhí)行器。這種循環(huán)掃描的方式，不斷地對輸入和輸出變量進(jìn)行收集、計算和輸出，使得變量滿足程序條件，并且相應(yīng)的輸出使執(zhí)行結(jié)構(gòu)動作。但是，在時間上 PLC 執(zhí)行的任務(wù)是串行的，與繼電器邏輯控制系統(tǒng)中控制任務(wù)的執(zhí)行有所不同， PLC 整個工作過程是以循環(huán)掃描的方式進(jìn)行。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。 PLC 軟件由系統(tǒng)程序、和用戶程序兩大部分組成。 PLC 的硬件系統(tǒng)由主機(jī)、輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備及外部設(shè)備三部分組成。它是微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制結(jié)合的產(chǎn)物?？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)連成一個整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計”。而這些技術(shù)的發(fā)展會使船舶工業(yè)向著智能綜合自動化、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、全船自動化領(lǐng)域延伸得更深。未來船舶電站的自動化系統(tǒng)會向著自動故障預(yù)測、自診斷的方向發(fā)展，上位機(jī)將會實現(xiàn)專家系統(tǒng)等智能連接。這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)勢在于采用數(shù)字化和高層次的自動化技術(shù)代替大量繁瑣的人工操作，它有助于減少頻繁操作和減輕人員疲勞，把船員從環(huán)境惡劣的工作場合中解放出來。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，但每個系統(tǒng)又是一個獨立的系統(tǒng)，在某系統(tǒng)局部受損時不影響其他系統(tǒng)獨立完成工基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 4 作，采用網(wǎng)絡(luò) 冗余和設(shè)備冗余設(shè)計及不間斷后備電源，增強(qiáng)系統(tǒng)控制能力。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)。 (2)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化 如今，數(shù)字化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟。 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(shè)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(jī)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(chǔ)。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)場進(jìn)行分布式控制。 船舶電站自動化的發(fā)展與 展望 隨著船舶自動化程度的不斷提高，電站自動化由局部控制發(fā)展到了綜合控制，由就地的控制發(fā)展到集中的控制。 船舶電站的主要特點是容量相對較小。 船舶電站由原動機(jī)、發(fā)電機(jī)和附屬設(shè)備 (組合成發(fā)電機(jī)組 )及配電裝置組成。 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 3 1 課題的組成及背景 船舶電站自動化系統(tǒng)的定義、組成和特點 船舶電力系統(tǒng)是孤立于陸地的獨立電網(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?；?PLC 技術(shù)設(shè)計的人機(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)自動化中推廣。 S7200 PLC 具有豐富的指令集成和內(nèi)置集成功能，如高速計數(shù)器 HSC、自整定 PID 和脈沖輸出PTO/PWN 等，實時特性和通訊能力強(qiáng)，擴(kuò)展模塊豐富，可靠性高?，F(xiàn)代 PLC 控制技術(shù)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(shè)計與實現(xiàn) 2 使用極為靈活方便三大特點，廣泛應(yīng)用在自動化控制系統(tǒng)領(lǐng)域，船舶自動化控制系統(tǒng)更是如此。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化這樣高級階段發(fā)展。隨著計算 機(jī)信息處理技術(shù)的發(fā)展，船舶電站自動化系統(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 。到 80 年代中后期，隨著微機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日趨成熟，國外眾多國家相繼開發(fā)研制多微機(jī)分布式網(wǎng)絡(luò)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(shù)產(chǎn)品。到 70 年代中后期，人們在單元自動化裝置的基礎(chǔ)上，把它們系統(tǒng)地組合成成套電站自動化設(shè)備，系統(tǒng)可在集控室進(jìn)行集中控制，如 “ 里言斯頓 ” 號船上的 SEPA 電站自動化控制系統(tǒng)，日本 “ 星光 ” 號船上電站自動化系統(tǒng)。 國外船舶自動化一開始大多是從電氣部分著手，從最原始的手動本地操縱進(jìn)化成手動遙控操縱， 再進(jìn)一步發(fā)展成半自動控制，最后發(fā)展到目前的最高水平電站全自動控制的無人值班機(jī)艙?？刂品绞接捎布刂谱?yōu)檐浖刂茷橹鳎构δ艿慕M合、擴(kuò)展或修改變得容易：模塊化、通用性好。 關(guān)鍵詞 ： 船舶電站，自動控制系統(tǒng)， PLC II Abstract This thesis take marine electric power plant which base on two generators for an example and designed a distributed control system after discussed the function and requirement of automatic ship power station. The station uses PLC as main control device and industrial puter as management device. This thesis make the control function modular firstly, and then designed each module control proce