開題報告

電氣工程及自動化

基于PLC的船舶發電機自起動系統設計

一、綜述本課題國內外研究動態，說明選題的依據和意義

船舶作為運輸工具的歷史，幾乎和人類文明史一樣悠久。從遠古的獨木舟發展到現代的運輸船舶，大體經歷了四個時代：舟筏時代、帆船時代、蒸汽機船時代和柴油機船時代。在船舶的發展歷程中船舶作為一種水上的運輸工具在不斷地創造和完善下，逐漸的向大型化、專業化、高速化和自動化發展。如今一艘好的船必須要有一個完善的船舶電力系統。而船舶電站作為船舶電力系統中的核心，是船舶的重要組成部分，電站供電的連續性、可靠性和供電質量，將會直接影響到船舶安全、經濟航行和船舶的生命力。船舶電站工作的可靠性和系統的生命力是衡量一個電站好壞的兩個重要指標。可靠性指在各種不利的工作環境下，電站的各項電氣設備能夠做到不間斷的供電需求。電站的生命力是指船舶受到損壞時，電力系統仍能保證不間斷供電的能力。近些年來，計算機、通信、控制等技術的迅速發展外加隨著船舶的大型化和多功能化發展，對船舶電站自動化水平和要求也是越來越高。船舶電站自動化是如今船舶電站發展的一個趨勢，船舶電站的自動化能夠維持電站供電的連續性和持續性，提高船舶的生命力，減輕船員的值班強度，改善船員工作環境，充分利用人力。

船舶電站由原動機、發電機和主配電裝置組成，它為船舶上的工作機械和生活設備提供電源。電力系統設計的關鍵環節是電站設計，電站的組成方案由船舶負荷的供電需求來確定，同時進行電源設備的選型和布置。在船舶自動化電站中，要使發電機組可以自動并車投入運行，首先的工作是要確定發電機組能夠根據指令自動啟動或停止。所以，發電機組的自動控制是船舶電站自動化的重要內容。在研究具有多臺發電機組并聯供電的船舶電站中，如果要實現電站的自動化，首先前提是要有一個總體的控制系統來收集、分析來自各個環節的信息和參數，并且能夠自動快速的采取適當的措施，能及時處理電站在運行時可能出現的各種情況。然后通過控制系統使得相應的設備來實現系統給出的指令要求，達到自動控制的目的。

船舶電站自動化的發展在早期就已經悄然開始，早在上世紀60年代初期，一些國家就著手于船舶電站單元化控制的研究，其中英國的MMF自動并車裝置、日本的XET自動并車和XPT自動負荷分配裝置是當時的代表性作品。到70年代中后期，人們在上述基礎上將它們組合成了成套電站自動化控制裝備，“里言斯頓”號船上的SEPA系統、“星光”號船上的系統都是典型的代表。到80年代，由于微型網絡的不斷發展和應用領域不斷擴大，出現了一批微機分布式網絡自動化控制系統，像西門子、AEG等國際著名品牌，擁有目前國際上最先進的技術。近幾年，國內研制使用的電站自動化產品，在技術上與國外的產品還存在的一定的差距，在測量、穩定性及控制精度等方面都不太理想。所以想要研制出自動化更高，性能更好的船舶電站的微機處理系統，研究船舶電站中應用到的微機處理系統在今天仍有相當大的意義。

船舶電站的自動化離不開電站的監控系統，現代船舶電站主要的監控系統為以下兩種模式：集散型監控系統和現場總線型監控系統。集散型監控系統DCS（Distributed

Control

System）是由計算機（Computer）、顯示（CRT）、控制（Control）和通信（Communication）技術發展而來的產物，是以微機理機位基礎的，對生產管理、數據采集和各種過程進行集中監視、分散控制的綜合計算機控制系統。這系統如今在國內外自動化船舶上的應用逐年的增多，它的功能強大，技術指標、經濟指標和可靠性更高。現場總線控制系統FCS（Fieldbus

Control

System）是利用現場總線作為下面子系統的控制網絡，而實現對現場的監控功能。主要利用智能I/Q模塊、數字傳感器和執行器等存在于現場的系統來進行監控，FCS的主要發展方向是保證資源的共享，通過不斷地對現場總線控制系統進行完善，進一步增強它的可靠性和實時性，為今后船舶集監、控、管于一體的網絡型電站自動化的構建和實現打下基礎。

在船舶電站的控制系統中發電機并聯運行是其中的一個子系統，為了使得發電機在額定的負載下運行具備最高的效率，因船舶工況變化大而引起用電量變化很大的情況，船上都配備了兩臺或兩臺以上的發電機來滿足因為負荷的大小帶來的不同的運行方式，從而使發電機始終處于最佳運行狀態。在發電機并聯運行的過程中，采用PLC控制，能夠很好的獨立完成發電機組的起動、并車、調頻調載、停機解列等功能。

在以往船舶電站的控制中，通常是采用落后繼電接觸器控制的方法，大量的中間繼電器和時間繼電器，往往使電站有體積大、線路復雜、接點多，故障多且維修困難等很多缺點，而可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心，集計算機技術、通信技術眾優點于一身的一種新型、通用的自動控制裝置，結構簡單、性能優越、使用方便、易于編程等優點，在如今的自動化控制、機電一體化等方面得到了廣泛的應用，且在世界范圍內取得了PLC及其網絡的產量、銷量、用量高居各種自動化設備的榜首的殊榮。

PLC（Programmable

Logical

Controller）稱為可編程控制器，隨著工業自動化產業的高速發展，PLC從問世以來，引起了國內外電氣行業的普遍關注，如今已經成為有發展前景和影響力的一項高新技術產品。從軟PLC開始投入工業使用到目前，歐美等西方國家都把軟PLC作為一個重點投資對象進行研究開發，典型的產品有SOFTPLC公司的SoftPLC；SIEMENS公司的SIMATIC

WinAC；CJ

International公司的ISaGRAF，其中也有不少自動化公司推出了自己的產品，如德國KW公司的MULTIPROG；Wellspring

Solutions公司的OA2Control；BECKHOFF公司的TwinCAT等等。相對國外的研究概況，國內在PLC1996年引進以來，由于起步晚，一些公司和機構還不能推出比較完整的產品，但正在研究具有自主版權的中文版PLC產品并有了一定的成果，如上海自儀公司的SUPMAX—800，上海船研所的CY8802C。雖說PLC具有很大的發展潛力，但還有一些問題需要解決，例如PLC受其操作系統Windows

NT的響應時間限制，可靠性還有待加強等問題。今后幾年內PLC將在以下的4個方面著重發展：進一步提高系統的開放性，增強系統的可靠性與實時性，提高網絡通訊能力和與第三方軟件的整合性，加強和改善企業整合能力。

二、研究的基本內容，擬解決的主要問題：

研究的基本內容：

1、熟悉船舶發電機自起動系統。

2、對船舶發電機并車的條件分析和設計。

3、采用PLC控制系統，用MCGS組態軟件進行發電機自起動的監控。

擬解決的主要問題：

1、船舶發電機自起動系統總體結構和自起動控制的流程進行研究。

2、對發電機自起動中主要涉及的準同步并車的一些條件進行研究和設計。

3、對船舶發電機自起動系統做簡單的監控。

三、研究步驟、方法及措施：

步驟及方法：

1、了解船舶發電機工作原理。

2、對需要用到的PLC軟件、MCGS組態軟件進行參考學習。

3、了解發電機準同步并車的特點。

4、對準同步并車需要的條件進行分析和研究。

5、用MCGS對發電機自起動做簡單的監控畫面。

6、對發電機和電網的保護做介紹。

措施：

到圖書館借閱船舶自動化和船舶電站等相關書籍、期刊等，然后上網搜尋與課題有關一些資料，以獲取關于船舶電站自動化系統在當代的發展情況和最新成果的信息。通過學習MCGS和PLC軟件，進一步熟悉和擴展設計所需的知識。在設計過程中積極與指導老師交流，遇到不懂的地方及時向老師請教。

四、參考文獻

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