【正文】 ?；赑LC的船舶電站系統(tǒng)采用模塊化設計，結(jié)構(gòu)緊湊，便于在線故障診斷。目前我國的船舶電站自動化系統(tǒng)還處于研究階段，只有在局部的環(huán)節(jié)取得成果，尚不能投入全面使用，所以研究船舶電站自動化，早日實現(xiàn)國產(chǎn)化意義重大。其中船舶電站是船舶所需的全部電能的來源，處于船舶電力系統(tǒng)的核心地位。發(fā)電機組是把機械能轉(zhuǎn)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(guān)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。當起動某些大容量負載起動時，發(fā)電機轉(zhuǎn)速下降，從而使發(fā)電頻率和電壓大幅波動，同時將沖擊電網(wǎng)，使電網(wǎng)電壓、頻率大幅度下降，因此，要求發(fā)電機組要具有較大的承載能力和維持電站穩(wěn)定運行的能力。集散式系統(tǒng)就是集計算機、通信、顯示和控制技術(shù)于一體的系統(tǒng)。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，且易于擴展，上位機根據(jù)需要增減下位機臺數(shù)。另外，采用綜合監(jiān)控的形式，可以構(gòu)成雙重或多重冗余，對提高系統(tǒng)或者全船整體可靠性是有積極意義的?，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)。從分散危險的原則上，設置獨立的控制子網(wǎng)。利用圖像控制功能，在人機界面實現(xiàn)良好的對話效果。船舶電氣自動化領域展望，在計算機、通信、顯示和控制技術(shù)迅速發(fā)展且互相交叉滲透，還有人工智能和模糊技術(shù)的應用將會給船舶電站自動化帶來重大的變革。計算機監(jiān)控系統(tǒng)正在經(jīng)歷著從集中型計算機監(jiān)控系統(tǒng)→分散型微機監(jiān)控系統(tǒng)→集散型(分布式)多級、多微機監(jiān)控系統(tǒng)→網(wǎng)絡型(智能式)計算機監(jiān)控系統(tǒng)。 PLC在船舶電站自動化系統(tǒng)中的應用 PLC 概述國際電工委員會(IEC)頒布的可編程控制器的標準及其定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計，它采用可編程序的儲存器，用來在其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、計數(shù)等操作的命令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破?Programmable Logic Controller)簡稱PLC，是一種工業(yè)控制器件。PLC這種專用的工業(yè)控制機，它的組成與計算機基本相同，也是由硬件和軟件系統(tǒng)兩部分組成。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(gòu)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。系統(tǒng)程序包括系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和系統(tǒng)調(diào)用的標準程序模塊等。 PLC 的工作原理PLC的工作原理與計算機的工作原理是基本相似，它通過執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)控制任務。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(jié)果輸出到生產(chǎn)過程的執(zhí)行機構(gòu)去。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，其集成度越來越高，網(wǎng)絡及通信功能越來越強，可靠性和控制功能越來越好，這些都使PLC更廣泛的應用于工業(yè)自動化領域當中。一般的PLC都有幾百個內(nèi)部輔助繼電器，而且還有多種專用的內(nèi)部繼電器，可以滿足一般的控制要求，唯一需要做的就是對PLC進行編程。另外，PLC與繼電器控制比較有運行速度快、可靠性和壽命高的優(yōu)點。 本課題背景及選題意義隨著新航運要求的出現(xiàn)，對船舶要求也有所提高。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。闡述了基于S7200 PLC的船舶電站自動控制系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)，自動電力管理系統(tǒng)參數(shù)的在線監(jiān)視與在線修改[1]。在船舶電站自動控制系統(tǒng)中應用S7200PLC實現(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。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。設計電站以兩臺發(fā)電機組為例，下位機PLC可通過輸入輸出接口與發(fā)電機組和現(xiàn)場儀表相連接，與上位PC機通過網(wǎng)絡連接。結(jié)構(gòu)的安排：(1)首先充分論述自動化電站的組成、原理、功能、要求，在了解控制器功能和監(jiān)測技術(shù)的基礎上，選擇了集散式船舶管理系統(tǒng)。(3)在上位機上提出幾種設計界面設計，實現(xiàn)對電站的分散控制和集中管理功能。2 船舶電站自動化管理系統(tǒng) 船舶電站自動化管理系統(tǒng)的總體構(gòu)成船舶電站的自動化管理系統(tǒng)一般由電站自動控制、監(jiān)測報警和安全系統(tǒng)組成：(1)控制系統(tǒng)：能實現(xiàn)發(fā)電機組的自動起動、并車和解列，還可以實現(xiàn)電站功率的自動管理及電壓、頻率的穩(wěn)定，且可處理電站中出現(xiàn)的故障。(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(guān)量和模擬量。最后，系統(tǒng)可以對監(jiān)測結(jié)果進行記錄、打印，并對超限參數(shù)進行記錄。如果電站控制和監(jiān)測系統(tǒng)在運行過程中發(fā)生危及電站系統(tǒng)的各主要設備安全的嚴重故障時，安全系統(tǒng)能自動產(chǎn)生保護動作，避免事故的進一步擴大。關(guān)鍵的準備工作是發(fā)電柴油機的預熱和預潤滑。(3)發(fā)電機組的自動并車：通過采集電壓、頻率的基本參數(shù)，經(jīng)過一定的計算發(fā)出調(diào)頻及合閘指令，使待并機與電網(wǎng)上的機組并聯(lián)運行。(5)運行機組臺數(shù)的管理：在完全滿足船舶電站供電質(zhì)量的前提下，使機組以經(jīng)濟的管理模式運行，充分利用每臺機組的功率，降低發(fā)電成本。若滿足，則允許其啟動，否則，應先起動另一臺備用發(fā)電機，使之并網(wǎng)，然后允許其起動。自動分級卸載：確保重要設備連續(xù)供電，在過載的情況時將非重要負載自動切斷。(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?？傊?，觸摸屏不僅有顯示功能，而且還有操作功能。自動化系統(tǒng)的方框圖如下： 電站自動化系統(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發(fā)電機組配置PLC(或微機)控制裝置，主要控制發(fā)電機組的起動、停機以及處理機電故障等，上面有一套PLC(或微機)控制裝置主要進行并聯(lián)運行、功率管理及信息通信等管理控制。 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。電站系統(tǒng)各下位機的監(jiān)測控制和信息管理由工業(yè)PC控制機來完成，除此，亦可顯示電站系統(tǒng)任何運行過程的全部信息，并存儲在存儲器中，必要時可以被其它系統(tǒng)調(diào)用。系統(tǒng)操作站是系統(tǒng)的人機接口，是控制系統(tǒng)與操作管理人員的接口界面。兩臺PLC的控制作用由工業(yè)PC機進行協(xié)調(diào)，來完成整個電站的監(jiān)控任務。另外，本系統(tǒng)還具有如下優(yōu)點：(1)改善了系統(tǒng)的運行可靠性，單元故障只影響局部，而且具有自診斷、報警功能；(2)構(gòu)成靈活，擴展方便。 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： 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(guān)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(guān)線圈的開關(guān)狀態(tài)。(3)關(guān)于柴油機的信號起動空氣瓶壓力、滑油溫度和壓力、各缸排煙溫度、排煙總管溫度、冷卻水壓力和溫度和柴油機飛輪轉(zhuǎn)速。 檢測單元的設計機組的測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、聲光報警等。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。設計的各主要模塊有：自動起動模塊、并車運行模塊、調(diào)頻調(diào)載模塊、重載詢問模塊、自動解列模塊和自動停機模塊。 機組的自動起動模塊及流程圖要起動發(fā)電機機組的情況有：電站儲備功率不足需要增加機組時、運行機組故障需要換機時、或者電網(wǎng)失去電時。當系統(tǒng)檢測到電站儲備功率不夠時，就會產(chǎn)生增機指令，與此同時需起動機組起動的邏輯條件也應被檢測，只有起動的邏輯條件滿足，才發(fā)出起動指令。在自動起動過程中，還必須對機組是否成功起動進行檢測，若不是三次起動，在一定時間間隔后，重新起動；若機組起動三次仍不成功，則向上位機報告，聯(lián)系另一臺PLC，起動其相應的機組。下圖為具有三次起動功能的起動流程： 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。若電壓成功建立，則轉(zhuǎn)入單機調(diào)頻程序或自動并聯(lián)程序。因此，并車時應使合閘沖擊電流最小，合閘后能迅速進入同步并聯(lián)運行。(2)檢測電網(wǎng)與待并發(fā)電機的電壓頻率差，并根據(jù)頻差對待并機頻率發(fā)出調(diào)節(jié)信號，使兩者之間頻率差減小，當其與電網(wǎng)頻率接近設定要求時，就可滿足合閘條件。并車合閘流程圖如下： 并車合閘流程圖 And closing operation flow chart從上圖中可以看出，當接到并車指令時，系統(tǒng)分別先檢測電網(wǎng)和待并機電壓差、頻率差和相角差，而實際操作電站要按船舶電站的規(guī)范要求設定。5％額定；頻率差整定范圍為177。的電角度。要根據(jù)主開關(guān)合閘時間來確定設定的提前時間，可用核定超前時間法。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)。原理如圖所示： 恒定時間的獲取 Constant time access若設主開關(guān)的設定值為t則有如下關(guān)系：