【正文】 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(yīng)使合閘沖擊電流最小，合閘后能迅速進(jìn)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(dāng)其與電網(wǎng)頻率接近設(shè)定要求時，就可滿足合閘條件。并車合閘流程圖如下： 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 并車合閘流程圖 And closing operation flow chart 基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 16 從上圖中可以看出，當(dāng)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(shè)定。5 ％ U 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(shè)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： U 電 網(wǎng)T 電tT 待 并 機U 電 網(wǎng)TOOt 圖 恒定時間的獲取 Constant time access 若設(shè)主開關(guān)的設(shè)定值為 t 則有如下關(guān)系： Δt= t (T 電網(wǎng)－ T 待并機 )/T 待并機 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 17 從上式中可以 看出，用算出的 T 電網(wǎng)－ T 待并機和設(shè)定的主開關(guān)固有時間t，就可得出待并機滯后時間 Δt。 調(diào)頻調(diào)載模塊及流程圖 調(diào)頻調(diào)載又叫自動負(fù)荷分配，它的基本功能是自動維持電網(wǎng)的頻率恒定，按參與并聯(lián)運行各機組的容量以既定的比例分配各機組的負(fù)荷。船舶電站系統(tǒng)由于負(fù)載經(jīng)常變化，特別是在大功率的起動和停止時 ,將引起運行機組的轉(zhuǎn)速的變化，從而引起電網(wǎng)頻率的變化。 現(xiàn)代船舶電站為提高供電質(zhì)量，大多在電站中裝有自動調(diào)頻調(diào)在裝置 (簡稱頻載調(diào)節(jié)器 )，在調(diào)速去動作之后存在固定偏差時，再進(jìn)行調(diào)解?？梢?，頻率的調(diào)整及有功功率的分配可以有調(diào)速器和調(diào)頻載裝置共同來完成。2%、功率差小于177。電站供電質(zhì)量由并聯(lián)運行的機組頻率的恒定和有功功率成比例分配所決定。 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。并機調(diào)節(jié)比較復(fù)雜，要得到偏差值 Δe (由電網(wǎng)和待并機的頻率差和功率差組成 )，偏差值 Δe 作為調(diào)節(jié)信號。在兩臺機組并聯(lián)運行時，電站負(fù)荷的頻繁變化會引起電站頻率的變化，而且負(fù)荷的分配也要比例，否則會造成逆功率，危害電站穩(wěn)定供電。若滿足，則允許其啟動，否則，應(yīng)先起動另一臺備用發(fā)電機，使之并網(wǎng)，儲備功率達(dá)到要求，則允許其起動，若達(dá)不到要求則禁止重載起動信號。 自動解列和自動停機模塊及流程圖 發(fā)電機組可分為自動停機與故障應(yīng)急停機。解列和故障停車流程如下圖： 基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 20 起 起 起 起起 起 起 起起 起 起 起 起 起 1 0 % 起起 起 起 起 起起 起 起 起 起起 起 起 起起 起 1 0 起 2 0 起 起起 起起 起 起 起 起起起起起起起 圖 解列和故障停機流程圖 Solution column and the flow chart of downtime 在并聯(lián)機組運行輕載的 情況時，造成機組功率不能充分利用，所以，就要解列某臺機組。機組停機電磁閥動作之前先空轉(zhuǎn)運行 10 到 20 分鐘，若故障停機則停機電磁閥立即動作。如調(diào)整脈沖的寬度：對于液壓調(diào)速器來說，新建船舶大約可調(diào)整在 ~2s 之間的不同檔次上，以匹配不同程度的頻差與功差綜合信號；當(dāng)山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 21 船舶陳舊時，調(diào)速器脈沖寬度可能要整定在 1~5s；某些保養(yǎng)不當(dāng)?shù)拇皯?yīng)調(diào)整在 5~20s，調(diào)速器才會起作用。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(gòu)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)。 OP393 的液晶顯示屏只能顯示 2 行，每行 16 個字符的信息。操作步驟及液晶顯示如圖所示： 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 23 按 下 鑰 匙鍵P A S S W O R D L O G I NE N TP A S S W O R DO K? ? . 圖 OP393登錄操作 The login operation 輸入 PASSWORD 正確顯示無誤 OK 后，就可以進(jìn)入監(jiān)視、修改操作。液晶顯示如下圖所示。 1.8.50ssT I M E R3N G以 秒 為 單 位 整 定 值IAR TS T用 戶 文 本3 號 定 時 器以 秒 為 單 位 整 定 值 圖 定時器典型顯示格式 Typical timer display format 如該定時器未啟動，則顯示 0，如起動則立即顯示設(shè)定時間值，然后按倒計時進(jìn)行計時，可看到時間數(shù)字按秒變化；左下部分顯示設(shè)定時間數(shù)據(jù)，右下基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 24 部分顯示該定時器的文本信息。下圖為定時器的監(jiān)控與修改操作流程 。 若需監(jiān)視或修改相鄰的定時器，可按鍵盤中的上下箭頭即可，如需監(jiān)視或修改的定時器編號與當(dāng)前的定時器編號相差較遠(yuǎn)，則應(yīng)重新按 TMR 鍵操作。 數(shù)據(jù)塊的在線監(jiān)視與在線修改 (1)在線監(jiān)視 在登錄、顯示初始信息狀態(tài)后，按下 DB 鍵，輸入數(shù)據(jù)字 (DW)編號，若編程員只編制一個數(shù)據(jù)塊提供用戶現(xiàn)場監(jiān)視與修改，則按 ENT 鍵，否則應(yīng)輸入需要顯示的數(shù)據(jù)字所在的數(shù)據(jù)塊編號。 D B起 起 起 起 起 起D B 起 起 ~ 起 起D W 起 x yD B 起 起起 起 起 起起 起 起 起起 D B 起起 起 D B 1 1 0 1 2 0 D W 起 2 0D B 1 1 0 + 1 2 3 4 5 D B / D W x y+ 1 2 3 4 5 U s e r t e x t 起 起起 起 起 起起D BE N T 圖 數(shù)據(jù)塊的操作流程 Date block in the operation process 基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 26 (2)在線修改 首先進(jìn)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。 船舶電站管理系統(tǒng)的監(jiān)控單元 [6]設(shè)計 本文的下位機 PLC 控制器控制現(xiàn)場設(shè)備即發(fā)電機組，通過數(shù)據(jù)線把現(xiàn)場測得的參數(shù)送到上位機，上位機利用人機界面把數(shù)據(jù)顯示在屏幕上。 上位機監(jiān)控系統(tǒng)功能 現(xiàn)場 PLC 控制器對電站各設(shè)備運行狀態(tài)和運行參數(shù)自動的 進(jìn)行實時監(jiān)測，它的檢測量可以是開關(guān)量即接通與斷開所對應(yīng)的值，也可以是模擬量如溫度、壓力等。如果出現(xiàn)故障及時顯示信號并發(fā)出相應(yīng)的聲光報警信號，對超限數(shù)據(jù)可以存儲，方便管理人員分析處理，通過外接打印機可以對存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行打印。上位工業(yè) PC 機得監(jiān)控系統(tǒng)為下位控制系統(tǒng)提供了友好的人機界面，它有強大的數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，方便了電站操作人員的操作、維護(hù)等。操作人員通過操作站，可以監(jiān)視現(xiàn)場裝置的情況；可以實現(xiàn)各種狀態(tài)量的監(jiān)視和組態(tài)，極大地方便了人員的操作，從而實現(xiàn)了集中的操作和監(jiān)控管理 。這三個層次的關(guān)系是，數(shù)據(jù)傳輸層進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，功能模塊層在數(shù)據(jù)層之上是完成各種特定功能的子程序，管理層調(diào)用下兩層程序，實現(xiàn)主程序的調(diào)度和管理功能。故在主體上采用模塊化結(jié)構(gòu)，部分功能子程序則盡量減少子程序的調(diào)用和中間結(jié)果的存放，采用直接操作輸入輸出板的方法，加快程序運行速度，提高效率。 監(jiān)控界面簡介 自動化的船舶電站，應(yīng)該有用戶操作的可視化界面，通過用戶界面可以隨時觀察、了解并掌握整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，也可設(shè)定參數(shù)和向控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號。可設(shè)有報警顯示按鈕，出現(xiàn)故障時可點擊查看具體報警項，除此，也能限制某些用戶的權(quán)限，禁止或允許其對系統(tǒng)的操作。 (3)并車界面：監(jiān)測各機組的頻率和電壓且設(shè)有同步指示燈，還有各機組并車、解列的功能按鈕，實現(xiàn)監(jiān)控界面的操作。除此在相應(yīng)報警項里可以修改限制參數(shù)值?？蓪崟r報表和歷史報表進(jìn)行打印，方便了管理人員的統(tǒng)計分析。上位還要有自動 /手動切換按鈕來轉(zhuǎn)換控制方式，自動狀態(tài)時，自動起動、并機、解列和停車等控制功山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 29 能由系統(tǒng)的功能模塊程序自動執(zhí)行；而手動狀態(tài)時，需管理人員在配電板的控制面板上操作。 安全保護(hù)系統(tǒng) 為了保證船舶電力系統(tǒng)安全可靠的供電，需要在電力系統(tǒng)中設(shè)置安全檢測及保護(hù)功能 [8]，避免不正常運行或故障情況的發(fā)生。系統(tǒng)設(shè)置了欠壓、過流、逆功率繼電保護(hù)和過壓、欠頻、頻率預(yù)調(diào)故障報警。發(fā)電機組在欠壓情況下運行將引起電機的電流增加、電動機轉(zhuǎn)矩下降、發(fā)電機過熱、絕緣損壞，這對發(fā)電機組本身和異步電動機的運行等都是不利的。 程序檢測經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后的電壓值如低于保護(hù)動作限值，進(jìn)行一次延時確認(rèn)，若仍欠壓，則將主開關(guān)斷開。程序中通過適當(dāng)整定欠壓限值和主開關(guān)動作時限來回避欠壓保護(hù)環(huán)節(jié)的誤動作。 本系統(tǒng)取 70％ Ue 為動作保護(hù)限值，欠壓延時確認(rèn)時間為 4 秒。長時間過流會引起發(fā)電機組過熱、絕緣老化及損壞等，這對電站運行的壽命影響很大。規(guī)范規(guī)定：“電流過載 10％ 50％之間，經(jīng)少于 2min 的延時斷路器應(yīng)分?jǐn)啵唤ㄗh整定在發(fā)電機額定電流的 125％ 135％，延時 1530 秒斷路器分?jǐn)唷薄? 逆功率保護(hù) 發(fā)電機組并網(wǎng)運行時，若其中一臺發(fā)電機組因調(diào)速器故障使燃油供油中斷，或調(diào)頻調(diào)載功能發(fā)生故障，會造成發(fā)電機組的逆功率運行，該同步發(fā)電機組并不是發(fā)出有功功率，而是從電網(wǎng)吸收功率。逆功超基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 30 過限值，延時確認(rèn)后將逆功機組切除。 本系統(tǒng)整定逆功限值為 10％ Pe ，延時確認(rèn)時間為 5 秒。 (1)過壓 當(dāng)電網(wǎng)電壓過高時，給出過壓報警指示。 (2)欠頻 當(dāng)電 網(wǎng)頻率過低時，給出欠頻報警指示。 (3)頻率預(yù)調(diào)故障 在進(jìn)行自動并車操作時，倘若頻差較大，首先應(yīng)進(jìn)行頻率預(yù)調(diào)。本系統(tǒng)設(shè)置頻率預(yù)調(diào)時間限為 10 秒。 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 31 4 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)與測試 為了對所設(shè)計硬件結(jié)構(gòu)及所編程序的正確性進(jìn)行檢測，必須對系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)調(diào)與仿真測試 [9]。這些不正常運行或故障發(fā)生以后，往往會造成重要設(shè)備損壞或供電中斷，從而帶來極大的損失。 系統(tǒng)仿真 將 PLC 與計算機相連，打開系統(tǒng)軟件，新建一個項目，并建立連接，確保數(shù)據(jù)能夠順利傳輸。 圖 系統(tǒng)的仿真界面 The simulation interface of the system 軟件 新建項目的初始界面如圖所示，將程序語句準(zhǔn)確無誤的輸入到該項目中，進(jìn)行錯誤檢測后運行。初步完成了基于 PLC 的船舶電站及其自動化基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 32 系統(tǒng)的各種功能。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)。 安全系統(tǒng)功能的實現(xiàn)：在系統(tǒng)正常運行時，人工設(shè)置故障，在自動檢測報警系統(tǒng)發(fā)出聲光報警的同事，觀察安全系統(tǒng)是否做出相應(yīng)的安全保護(hù)動作。 系統(tǒng)調(diào)試 在仿真的基礎(chǔ)上對系統(tǒng) 進(jìn)行調(diào)試時非常重要的一環(huán)，該環(huán)節(jié)能夠針對系統(tǒng)仿真中出現(xiàn)的問題對系統(tǒng)進(jìn)行完善和修改，從而逐步使本方案更能滿足現(xiàn)實需要。 功能測試主要測試系統(tǒng)是否實現(xiàn)設(shè)計功能，諸如能否實現(xiàn)自動控制，自動檢測和報警以及在機組故障的時候產(chǎn)生保護(hù)動作等。一個是定時器的可靠性，另一個是報警信號的可靠性。另外，報警系統(tǒng)也起著至關(guān)重要的作用，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時報警系統(tǒng)必須第一時間 發(fā)出報警，以便及時對故障進(jìn)行處理。船舶在海上航行時，會受到各種惡劣環(huán)境的考驗，必須確保該系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定的工作。 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 33 總 結(jié) 本文從船舶電站的組成、功能和特點以及 PLC 工作原理開始論述，同時也分析了船舶電站自動化管理系統(tǒng)的構(gòu)成和自動管理系統(tǒng)的功能。 集散式管理系統(tǒng)的 特點是分散管理、集中控制，其中某控制模塊出現(xiàn)問題不會影響其他控制模塊。此系統(tǒng)由 PLC 控制機組實現(xiàn)了機組自動起動、自動并車、調(diào)頻調(diào)載、重載詢問、自動解列及自動停車等功能。機組運行時自動記錄數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫，與打印機連接后，可以打印歷史和當(dāng)前的數(shù)據(jù)，以便 管理人員進(jìn)行處理和