船舶電站綜合控制系統(tǒng)的設(shè)計范文
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1)同步發(fā)電機(jī)的單機(jī)控制．同步發(fā)電機(jī)的使用與維修;同步發(fā)電機(jī)的調(diào)頻調(diào)壓控制;發(fā)電機(jī)組自動啟動、自動停機(jī);發(fā)電機(jī)外部短路保護(hù);原動機(jī)預(yù)潤滑預(yù)熱控制［3］．2)2臺同步發(fā)電機(jī)組手動準(zhǔn)同步并車操作．船舶電站面板上裝有電壓表、頻率表、同步指示器．并車的條件是電壓相等、頻率相等、相位相等．手動準(zhǔn)同步并車裝置就是要測量及調(diào)整這些參數(shù)．同步發(fā)電機(jī)的電壓、頻率的調(diào)節(jié)通過變頻器上的旋鈕來改變原動機(jī)頻率來調(diào)節(jié)，觀察面板電壓表、頻率表的指示．檢查2臺發(fā)電機(jī)的相位角是否一直是通過同步表來指示．參數(shù)調(diào)整與發(fā)出并車命令均為手動控制．3)2臺發(fā)電機(jī)組的自動準(zhǔn)同步并車操作，如圖1所示．通過電量變送器采集發(fā)電機(jī)端電壓、頻率、相位，將其轉(zhuǎn)換為4～20MA電流，或0～5V電壓進(jìn)入到PLC的A/D模塊變?yōu)閿?shù)字量，將運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)參數(shù)(數(shù)字量)作為給定值，待并發(fā)電機(jī)的參數(shù)作為當(dāng)前值，在PLC中進(jìn)行PID運(yùn)算，將運(yùn)算所得的偏差通過D/A轉(zhuǎn)換成模擬量來調(diào)節(jié)變頻器，使2臺電機(jī)的參數(shù)無限接近，達(dá)到允許并車的范圍內(nèi)，由PLC發(fā)出合閘命令．4)船舶自動化電站的自動保護(hù)功能．①過載保護(hù):通過在操作屏上手動增加負(fù)載，使PLC接收一定的數(shù)據(jù)作出判斷，并執(zhí)行相應(yīng)的卸載操作．②發(fā)電機(jī)外部短路保護(hù):由并機(jī)模塊來控制，當(dāng)發(fā)電機(jī)電流為額定電流的5～10倍，瞬時動作，跳閘．③欠壓保護(hù):由并機(jī)模塊控制．當(dāng)電壓低于額定電壓的70%～80%時，跳閘．④逆功率保護(hù):由逆功率保護(hù)繼電器完成．⑤定子繞組內(nèi)部短路保護(hù)，對于額定功率大于1000kW的發(fā)電機(jī)組，當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行主開關(guān)未合閘時，發(fā)電機(jī)電流＞130%額定電流，則發(fā)電機(jī)自動消磁保護(hù)．5)船舶自動化電站的自動檢測報警功能．①實時動態(tài)顯示，柴油機(jī)的各項數(shù)據(jù)以及電路中的各項參數(shù)．②所有測量數(shù)據(jù)能自動記錄，同時報警和消警信息也能自動記錄．③報警通過“光”顯示．④啟動和停止的時候會帶來參數(shù)的偏離，防止誤報警．
2船舶電站自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計
船舶電站自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計，如圖2所示．船舶自動化電站硬件系統(tǒng):主要由觸摸屏、PLC、變頻器、岸電屏、并車屏、系統(tǒng)屏機(jī)組控制柜、電量變送器及同步發(fā)電機(jī)組構(gòu)成．其中觸摸屏、PLC、變頻器為控制系統(tǒng)核心設(shè)備．通過操作觸摸屏可對電站各項數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和各項功能的控制．監(jiān)控界面通過實時動畫、狀態(tài)顯示開關(guān)及數(shù)字和模擬表頭顯示，跟蹤顯示船舶電站的運(yùn)行狀態(tài)，利用其功能按鍵可以完成對電站設(shè)備的操作．發(fā)電機(jī)組設(shè)有機(jī)旁控制和遠(yuǎn)程控制功能．配有1臺電腦，可實時監(jiān)控整個系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與數(shù)據(jù)的記錄．系統(tǒng)設(shè)計基于Profibus－DP總線結(jié)構(gòu)、傳感器以及一些智能儀表采集現(xiàn)場的工作信號，這些工作信號經(jīng)過信號變換處理后，送入PLC的信號處理模塊．PLC再根據(jù)這些參數(shù)反映出的現(xiàn)場的工作狀況進(jìn)行控制．通過Profibus－DP總線，PLC的CPU模塊可以周期性地自動交換FO模塊的數(shù)據(jù)(過程映像數(shù)據(jù)交換)．而Profibus－DP總線又可與工業(yè)控制計算機(jī)相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信．這樣工控機(jī)的操作指令就可以通過Profibus－DP總線下發(fā)給PLC，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的過程控制．而工控機(jī)作為操作控制級計算機(jī)，又可以協(xié)調(diào)與管理級計算機(jī)之間的通信，配合完成全船的綜合監(jiān)控．1)調(diào)試界面．觸摸屏人機(jī)界面可以作為船舶自動化電站調(diào)試界面，顯示電站運(yùn)行的實時參數(shù)以及重要數(shù)據(jù)，可以作為系統(tǒng)調(diào)試時的重要依據(jù)．2)監(jiān)控管理．監(jiān)控管理可分為自動、手動與遙控3種方式:自動模式為PLC控制器根據(jù)船舶電站運(yùn)行情況，自動控制和管理船舶電站的各個設(shè)備;手動模式為人工通過控制屏實現(xiàn)對電站的功能控制;遙控模式為操作人員通過船舶自動化電站人機(jī)界面遠(yuǎn)程遙控電站的設(shè)備運(yùn)行．3)數(shù)據(jù)收集．系統(tǒng)通過各種傳感器、互感器以及繼電器等設(shè)備將船舶電站的各種數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息采集起來，傳送給EDA和PLC，并由各個儀表和人機(jī)界面顯示出來．監(jiān)控軟件將數(shù)據(jù)存儲起來，并傳送給PC機(jī)．4)網(wǎng)絡(luò)通訊．本系統(tǒng)采用Modbus通訊協(xié)議，通過網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備與PC上位機(jī)相連，將船舶自動化電站的數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息采集、傳輸、存儲和處理，使數(shù)據(jù)資源在網(wǎng)內(nèi)共享，便于實現(xiàn)系統(tǒng)的集散控制．5)信號通訊．設(shè)備通訊除上述采用以太網(wǎng)通訊以外，PLC與EDA主要以硬件接線和RS485通訊方式進(jìn)行信息的相互傳遞．
3結(jié)論
本文針對船舶電站自動監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了研究，提出的電站自動監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計采用分布式結(jié)構(gòu)，由1臺工控機(jī)和3個發(fā)電機(jī)組子系統(tǒng)單元組成．各個發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)由1組PLC控制模塊構(gòu)成，能夠獨(dú)立完成發(fā)電機(jī)組的起動、并車、調(diào)頻調(diào)載、停機(jī)解列等功能．工控機(jī)與3個PLC子系統(tǒng)間采用Profibus現(xiàn)場總線進(jìn)行通信，構(gòu)成了“雙向”通信機(jī)制，徹底下放了控制功能．
作者：何幼富 鄭少霓 單位：廣州航海學(xué)院 船舶工程系
