基于PLC的船舶电站自动化系统方案设计(精)[小编推荐]

第一篇：基于PLC的船舶电站自动化系统方案设计(精)[小编推荐]

宁波大学海运学院 2011届本科毕业论文(设计

基于PLC的船舶电站自动化系统方案设计Design of Automatic Control System of Marine Ship Power Station Base on PLC 诚信承诺

我谨在此承诺:本人所写的毕业论文《基于PLC的船舶电站自动化系统方案设计》均系本人独立完成,没有抄袭行为,凡涉及其他作者的观点和材料,均作了注释,若有不实,后果由本人承担。

承诺人(签名: 年月日 目录 1绪论(1 1.1船舶电站自动化系统(1 1.1.1 船舶电站的组成及特点(1 1.1.2 船舶电站自动化系统的发展及现状(1 1.2 PLC在船舶电站自动化系统中的应用(1 1.2.1 PLC概述(1 1.2.2 PLC的工作原理(2 1.2.3 PLC在船舶电站自动化系统中应用的优势(2 1.3 本文的主要内容和结构安排(3

2船舶电站自动化管理系统(4 2.1船舶电站自动化管理系统的总体构成(4 2.2船舶电站自动化管理系统主要功能(4 2.3集散式船舶电站管理系统(5 2.3.1 集散式电站(5 2.3.2 信号的采集及处理(6 2.3.3 检测单元的设计(7 3集散式船舶电站管理系统的功能流程(9 3.1机组的自动起动模块及流程图(9 3.2并车运行模块及流程图(10 3.3调频调载模块及流程图(11 3.4重载询问模块及流程图(12 3.5自动解列和自动停机模块及流程图(13 4船舶电站管理系统的监控单元设计(15 4.1上位机监控系统功能(15 4.2工业PC机控制软件和监测软件结构(15 4.3设计监控界面(16 4.4船舶电站自动化的发展展望(17 5总结(19

致谢(20 参考文献:(21 附录

附录

一、文献综述 附录

二、外文翻译

基于PLC的船舶电站自动化系统方案设计 张恒(专业:轮机工程学号:074120230 指导老师:张刚

摘要:本文以两台发电机组的船舶电站为例,在论述自动化电站功能和要求的基础上,设计了集散控制式系统。下位机以PLC做为主要控制装置,上位机用工业PC机作为管理装置。本文将电站的控制功能模块化,再设计出各模块的流程,然后将各模块有机的结合,以实现电站的综合自动控制。在这种点对点的控制系统中,下位机可以完成发电机组的起动、停机控制、调频调载及机、电故障处理等;上位机进行机组的并联运行、解列和重在询问等。同时,上位机的人机界面可以显示、记录机组的运行状态和主要参数。这种集散式控制系统充分体现了分散控制和集中管理的优点。

关键词:船舶电站;自动控制系统;PLC;集散式控制系统。Design of Automatic Control System of Marine Electric Power Plant Base on PLC Zhang Heng(Speciality:Marine Engineering Student ID: 074120230 Supervisor:Zhang Gang

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 automatc ship power station.The station uses PLC as main control device and industrial computer as management device.This thesis make the control function modular firstly,and then designed each module control process,combined the modules organic finally in order to realize the synthetical automatic control function.In this point-to-point control system,the PLC can accomplish the function which including automatic start and stop the generator,the frequency and load regulation, and treatment of machine or electric fault,etc.The upper computer realized automatic paralleling,disengaging,and asking overload,etc.Meanwhile Human-Machine Interaction can display and record the generators state and various parameters.This distribution control system fully embodies the advantages of distributed control and central management.Key Words: Ship Power Station;Automatic Control System;Programmable Logic Controller;Distributed Control.1绪论

1.1船舶电站自动化系统

船舶电力系统是孤立于陆地的独立电网,它是产生、输送、分配、使用电能的装置和用电网络的总称,它由用电设备、装配电装置、发电装置和电缆等组成。其中船舶电站是船舶所需的全部电能的来源,处于船舶电力系统的核心地位。

1.1.1 船舶电站的组成及特点

船舶电站由原动机、发电机和附属设备(组合成发电机组及配电装置组成。发电机组是把机械能转化成电能的发电设备;配电装置是接收船舶发电机组所产生的电能,并对所有电力负载进行配电的开关和控制设备的组合装置,也是对电力系统进行测量、监视、保护的控制装置[1]。

船舶电站的主要特点是容量相对较小。当起动某些大容量负载起动时,发电机转速下降,从而使发电频率和电压大幅波动,同时将冲击电网,使电网电压、频率大幅度下降,因此,要求发电机组要具有较大的承载能力和维持电站稳定运行的能力。

1.1.2 船舶电站自动化系统的发展及现状

船舶电站自动化装置经历了采用继电器控制技术、晶体管分立元件控制技术、集成数字电路、模拟电路控制技术、微处理机控制技术和PLC控制技术。

目前我国船舶电站自动化装置的研制和生产水平相对较低,船用电站管理系统国产化率很低,大约有90%来自国外,而国外采用PLC控制技术研制的船舶电站自动化系统,功能完善,技术先进,但是技术垄断严重[2]。随着计算机信息处理技术的发展,船舶电站自动化系统正朝着集散型控制系统(网络式或分布式控制系统的方向发展[3]。船舶自动化电站是集自动控制、报警和监测于一体化的监控系统,涉及到现代控制技术、通讯、信息处理、数字化信息技术、计算机网络等多学科和技术。这就需要研究控制技术、网络通讯技术等,船舶电站正以标准化、模块化、集成化、网络化等方式向船舶电站综合自动化这样高级阶段发展[4]。

目前我国的船电自动化系统还处于研究阶段,只有在局部的环节取得成果,尚不能投入全面使用,所以研究船舶电站自动化,早日实现国产化意义重大。

1.2PLC在船舶电站自动化系统中的应用 1.2.1 PLC概述

国际电工委员会(IEC颁布的可编程控制器的标准及其定义:“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计,它采用可编程序的储存器,用来在其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数等操作的命令,并通过数字式、模拟式的输入输出,控制各钟类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统连成一个整体,易于扩充功能的原则而设计”。

可编程控制器(Programmable Logic Controller简称PLC,是一种工业控制器件。它是微机技术和继电器常规控制结合的产物。PLC这种专用的工业控制机,它的组成与计算机基本相同,也是

由硬件和软件系统两部分组成。PLC的组成方框图如下图所示:

PLC的硬件系统由主机、输入输出扩展机及外部设备三部分组成。主机由中央控制单元、存储器、输入输出单元、输入输出扩展总线接口、外部设备接口以及电源等组成,各部件通过由电源总线、控制总线、地址总线和数据总线构成的内部系统总线进行连接;输入输出扩展机是输入输出单元的扩展部件;外部设备主要是编程器、图形显示器等。PLC软件由系统程序、和用户程序两大部分组成。系统程序包括系统管理程序、用户指令解释程序和系统调用的标准程序模块等。用户程序包括各类画面的操作显示程序,也有人机界面的有关软件,用户可以根据制造商提供的软件使用说明进行操作站的系统画面组态和编制相应的应用程序[5]。

1.2.2 PLC的工作原理

PLC的工作原理与计算机的工作原理是基本相似,它通过执行用户程序来实现控制任务。但是,在时间上PLC执行的任务是串行的,与继电器逻辑控制系统中控制任务的执行有所不同,PLC整个工作过程是以循环扫描的方式进行。循环扫描方式是指在执行程序的过程中,对各个过程输入信号进行收集,对收集信号进行处理和计算,并把计算结果输出到生产过程的执行机构去。这种循环扫描的方式,不断地对输入和输出变量进行收集、计算和输出,使得变量满足程序条件,并且相应的输出使执行结构动作。

随着PLC技术的发展,其集成度越来越高,网络及通信功能越来越强,可靠性和控制功能越来越好,这些都使PLC更广泛的应用于工业自动化领域当中[6]。

1.2.3 PLC在船舶电站自动化系统中应用的优势

船舶电站控制有控制动作复杂、频繁的特点,且有较多的接触器作为执行器。一般的PLC都有几百个内部辅助继电器,而且还有多种专用的内部继电器,可以满足一般的控制要求,唯一需要做的就是对PLC进行编程。同时,PLC在船舶电站抗干扰方面也有其极大的优越性。另外,PLC与继电器控制比较有运行速度快、可靠性和寿命高的优点。

PLC与其他工业控制系统比较具有许多优点[7]:(1更改控制逻辑只需修改软件,无需对硬件做改动;(2程序可以复制,批量生产容易;(3电气硬件设计大大简化;(4由于PLC除有继电器功能外,尚有多种其他功能,可以实现继电器无法实现的控制功能,实现某种程度上的智能化,并有可能使机构简化;(5可靠性高;(6具有扩展单元或扩展模块,当需要较多的I/O时可以方便的扩展。

1.3本文的主要内容和结构安排

本文主要内容是以两台发电机组的电站为例,采用PLC的工业控制技术和工业PC机,设计了基于PLC控制的船舶电站自动化的集散式管理系统。设计电站以两台发电机组为例,下位机PLC 可通过输入输出接口与发电机组和现场仪表相连接,与上位PC机通过网络连接。上位机的人机界面设计机各种界面,在设计的界面上可以显示机组的状态和各主要参数,轮机员通过各种界面能观察和操作机组。

结构的安排:(1首先充分论述自动化电站的组成、原理、功能、要求,在了解控制器功能和监测技术的基础上,选择了集散式船舶管理系统。

(2在集散式系统下,设计实现了PLC控制的发电机组的自动起动、自动并车运行、自动频率和负载调节,重载询问、自动解列以及自动停车的流程。

(3在上位机上提出几种设计界面设计,实现对电站的分散控制和集中管理功能。

2船舶电站自动化管理系统

2.1船舶电站自动化管理系统的总体构成

船舶电站的自动化管理系统一般由电站自动控制、监测报警和安全系统组成[8]:(1控制系统:能实现发电机组的自动起动、并车和解列,还可以实现电站功率的自动管理及电压、频率的稳定,且可处理电站中出现的故障。如果系统出现故障,控制系统可自动地使处于备用状态的机组迅速起动(不超过45s,自动准同步投入电网运行;并网成功后,故障机组将负荷降低至不大于额定功率的10%时,自动脱离电网。

(2自动检测报警系统:此系统的主要功能是自动地实施监测电站各设备运行状态和参数,有原动机、发电机、配电系统的电气参数、机械参数和运行状态,检测量

包括开关量和模拟量。其次,系统会将监测量实时与设定的限制值进行比较,若被测量超限,将发出相应的声光报警信号。最后,系统可以对监测结果进行记录、打印,并对超限参数进行记录。

(3安全系统:自动化电站应设安全系统。如果电站控制和监测系统在运行过程中发生危及电站系统的各主要设备安全的严重故障时,安全系统能自动产生保护动作,避免事故的进一步扩大。自动化管理系统组成结构如下图:

2.2船舶电站自动化管理系统主要功能

自动化电站管理的主要内容包括[错误!未定义书签。]:(1发电机组起动前的准备工作:中国船级社对自动化船舶的有关规定是船舶电网失电应在45s(国外有些是30s内恢复供电,所以自动化电站停车状态下的备用机组应事先做好准备工作。关键的准备工作是发电柴油机的预热和预润滑。

(2发电机组的自动起动:当电网负荷增加使运行机组重载时、运行机组发生机电故障和某机组起动失败或不能合闸时,电站管理系统能自动地发出起动指令使备用机组迅速自动起动,在起动成功后建立压力后投入电网供电。

(3发电机组的自动并车:通过采集电压、频率的基本参数,经过一定的计算发出调频及合闸指令,使待并机与电网上的机组并联运行。

(4并联运行中的功率分配与频率调整:两台机组并联运行供电时,通过原动机调速器和自动调频调载装置配合工作,使电网维持在稳定频率,且使并联运行机组按容量成比例的承担负载。

(5运行机组台数的管理:在完全满足船舶电站供电质量的前提下,使机组以最经济的管理模式运行,充分利用每台机组的功率,降低发电成本。

(6重载询问:大功率负荷起动大,管理系统将判断电网负荷与起动的大功率负荷是否超过运行机组的最大允许负荷率。若满足,则允许其启动,否则,应先起动另一台备用发电机,使之并网,然后允许其起动。

(7机组故障的自动处理与报警及负载自动分级:系统设有故障处理模式与对应的故障相匹配。自动分级卸载:确保重要设备连续供电,在过载的情况时将非重要负载自动切断。

(8机组自动、故障状态下解列、停机控制:轻载或故障需要停机时,并网运行机组先自动转移负载,再按顺序使运行机组逐台退出电网,然后停车。

(9机组的保护:自动化电站除了设有和基本电站一样的过载、短路、欠压和逆功率保护外,还设有欠频保护、高压保护、次要负荷的分级卸载等,进一步的提高了供电质量和电网的连续供电。

(10运行状态显示及故障监视:现代电子触摸屏通过编程可以在屏幕上以画出主配电板、发电机组、主开关等电器元件的状况,除此之外也有开关、按钮等指令开关。总之,触摸屏不仅有显示功能,而且还有操作功能。

(11运行系统给定参数的监视与修改:系统支持参数的监视与在线修改,PLC技术可将设计编制的程序及各种参数存放在随机存储器RAM中,方便在线修改。

自动化系统的方框图如下[9]:

2.3集散式船舶电站管理系统

集散控制形式是每台发电机组配置PLC(或微机控制装置,主要控制发电机组的起动、停机以及处理机电故障等,上面有一套PLC(或微机控制装置主要进行并联运行、功率管理及信息通信等管理控制。此外,系统的通讯接口可以与个人电脑相连,在电脑显示屏用文字和图形来显示各种参数及相关机组、主开关等电器状态。

2.3.1集散式电站

集散式管理系统由PLC控制机组,然后再把信息与工业PC机共享,它们共同来完成电站运行的自动控制和自动管理。

总体框图如下图所示:

图4 电站管理系统的总体功能框图

工业PC控制机置于集控中,作为操作系统的操作管理装置。电站系统各下位机的监测控制和信息管理由工业PC控制机来完成,除此,亦可显示电站系统任何运行过程的全部信息,并存储在存储器中,必要时可以被其它系统调用。在上位机上可以修改系统某些设置参数,并能以指令的形式传递到下位机中,来对电站运行过程进行控制。系统操作站是系统的人机接口,是控制系统与操作管理人员的接口界面[10]。

本文所设计的集散式电站管理系统将各台发电机组的控制功能分散化。两台PLC的控制作用由工业PC机进行协调,来完成整个电站的监控任务。

集散式船舶电站管理系统的主要优点是以数据通信为纽带,完成过程的分散控制、监控和信息集中管理等一系列工作。另外,本系统还具有如下优点[11]:(1改善了系统的运行可靠性,单元故障只影响局部,而且具有自诊断、报警功能;

(2构成灵活,扩展方便。采用了标准的硬件模块和软件模块,可以灵活组建,而且采用了局域网,系统扩展十分方便。

2.3.2 信号的采集及处理

PLC与发电机组之间的信号传输与电网、发电机和柴油机之间传递的信号如下图所示[9]:

图5 PLC与发电机组之间的信号传递图(1关于电网的信号

电网电压、总电流、总电网频率、频率和有功功率及各空气开关线圈的开关状态。

(2关于发电机的信号

发电机端电压、电流、频率、有功功率、发电机电压与电网电压的相位差和发电机绕组温度。

(3关于柴油机的信号

起动空气瓶压力、滑油温度和压力、各缸排烟温度、排烟总管温度、冷却水压力和温度和柴油机飞轮转速。

(4PLC测控单元的控制信号(模拟量和开关量

柴油机组升速和减速脉冲、柴油机组起动和停机、发电机并网合闸和脱网。2.3.3 检测单元的设计

机组的测量控制单元包括模拟量输出/输入、开关量输出/输入、键盘输入、声光报警等。测量控制单元原理框图如图下所示[12]:

数据采集单元主要采集信息有:电压、频率、相位、温度、压力、液位、转速和功率等,及时反映控制对象的状态,发出必要的调节指令,以满足控制要求。上位的工业控制机可以实现控制、显示、记录和打印的功能。

3集散式船舶电站管理系统的功能流程

本文首先把集散式船舶电站管理系统的功能划分为不同的模块,并把它们作为子程序,设计实现这些子程序的流程图,然后,主程序将这些子程序有机结合,来完成对电站的自动化管理。设计的各主要模块有:自动起动模块、并车运行模块、调频调载模块、重载询问模块、自动解列模块和自动停机模块。

系统主程序的工作原理:自动巡回检测电站的主要参数和工作状态,针对不同的参数和状态做出逻辑分析和综合计算,判断当前需要完成哪些工作,从而决定调用哪一个功能子程序来完成该工作,被调用的功能子程序一旦执行完毕,又返回主程序中继续巡回检测,整个系统就如此反复地运行[13]。

3.1机组的自动起动模块及流程图

要起动发电机机组的情况有:电站储备功率不足需要增加机组时、运行机组故障需要换机时、或者电网失去电时。对自动化系统的电站就会自动发出起动指令。下图为具有三次起动功能的起动流程[2]:

图7 发电机组起动程序流程

当系统检测到电站储备功率不够时,就会产生增机指令,与此同时需起动机组起动的逻辑条件也应被检测,只有起动的逻辑条件满足,才发出起动指令。当检测到机、电故障时,根据故障的级别进行处理,若是严重故障,先停故障机,在起动备用机;若是较严重故障,先起动台备用机组,并网后解列故障机。在自动起动过程中,还必须对机组是否成功起动进行检测,若不是三次起动,在一定时间间隔后,重新起动;若机组起动三次仍不成功,则向上位机报告,联系另一台PLC,起动其相应的机组。同时,发出“起动失败”的声光报警。在起动备用机组用完的情况下,发出“备用机组用完”的指示报警。机组起动成功后,在一定时间未建立电压,则停机和发出声光报警。若电压成功建立,则转入单机调频程序或自动并联程序。

3.2并车运行模块及流程图

投入电网并联运行的发电机,不能与电网立即接通,否则将导致并车失败,严重时会导致全船失电,机组也会受到电磁的和机械的有害冲击。因此,并车时应使合闸冲击电流最小,合闸后能迅速进入同步并联运行[14]。为此并车必须满足的下列条件:(1检测电网与待并发电机的电压差、频率差和相位差,当不符合并联运行要求时,继续巡回检测。

(2检测电网与待并发电机的电压频率差,并根据频差对待并机频率发出调节信号,使两者之间频率差减小,当其与电网频率接近设定要求时,就可满足合闸条件。

(3当相位差、电压差和频率差在系统设定范围内时,提前发出合闸指令,实现自动准同步并联运行。并车合闸流程图如下:

图8 并车合闸流程

从上图中可以看出,当接到并车指令时,系统分别先检测电网和待并机电压差、频率差和相角差,而实际操作电站要按船舶电站的规范要求设定。规范要求的并车条件:电压差整定范围为±5% U额定;频率差整定范围为±0.2Hz;相位差为15°的电角

度。主开关接到指令后,从开始动作到主触头闭合要经过一定的时间,考虑的这个问题,合闸指令应该提前发出。要根据主开关合闸时间来确

定设定的提前时间,可用核定超前时间法。合闸时间越短越有利于同步操作,而PLC按扫描的原理工作,因此PLC系统的运算周期就是PLC的扫描周期。而PLC控制器的运算数度都在每千步逻辑指令在1ms以内。

用恒定超前时间法发出合闸指令,先把电网和待并机的正弦电压通过波形变化变为同频方波,然后对电网电压和待并机的电压检测计算,来得到合闸指令提前时间。原理如图所示[15]:

若设主开关的设定值为t则有如下关系: △t=t²(T电网-T待并机/ T待并机

从上式中可以看出,用算出的T电网-T待并机和设定的主开关固有时间t,就可得出待并机滞后时间△t。在待并机频率大于电网的频率的情况下,△t值是不断的在减小的,所以测得△t值小于计算出的△t值时发出合闸脉冲。

3.3调频调载模块及流程图

调频调载又叫自动负荷分配,它的基本功能是自动维持电网的频率恒定,按参与并联运行各机组的容量以既定的比例分配各机组的负荷。当接受到“解列”指令时,能自动控制负荷转移,待其负荷接近5%额定功率后,使其主开关跳闸脱网[16]。船舶电站系统由于负载经常变化,特别是在大功率的起动和停止时,将引起运行机组的转速的变化,从而引起电网频率的变化。发电柴油机本身具有调速器,可以保证转速处于规范之内。

现代船舶电站为提高供电质量,大多在电站中装有自动调频调在装置(简称频载调节器,在调速去动作之后存在固定偏差时,在进行调解。频载调节器的控制信号是频率差与功率差的合成信号,经放大、判别后控制伺服电机,来调节发电机油门来调整转速。可见,频率的调整及有功功率的分配可以有调速器和频载调节装置共同来完成。图中的A值由系统的调节精度决定,一般按并小于±2%、功率差小于±5%的标准来设定。电站供电质量由并联运行的机组频率的恒定和有功功率成比例分配所决定。维持电网频率恒定及有功功率转移可由原动机调速器改变油门的大小进行调节,也可另设调频调载单元。恒频和成比例分功流程控制图如下[2]:

电站频率的调节分为单机调节和并机调节,其实质都是改变柴油机油门的开度的大小。单机调节比较简单,只是调用单机调频程序,在此不用再做讨论。并机调节较复杂,要得到偏差值Δe(由电网和待并机的频率差和功率差组成,偏差值Δe作为调节信号。当偏差值的绝对值小于设定值时,调节过程结束,若偏差值小于零时,开大柴油机油门,使柴油机加速;当偏差值大于零时,减小柴油机油门,使柴油机减速。在两台机组并联运行时,电站负荷的频繁变化会引起电站频率的变化,而且负荷的分配也要比例,否则会造成逆功率,危害电站稳定供电。

3.4重载询问模块及流程图

重载询问:大负载投入电网前,管理系统将判断电网负荷与起动的大功率负荷是否超过运行机组的最大负荷率。若满足,则允许其启动,否则,应先起动另一台备用发电机,使之并网,储备功率达到要求,则允许其起动,若达不到要求则禁止重载起动信号。重载询问模块的功能是合理的管理电站,防止重载起动的冲击对电网造成故障,从而达到电站稳定连续供电的要求。

其流程图如下:

3.5自动解列和自动停机模块及流程图

发电机组可分为自动停机与故障应急停机。所谓自动停机,就是并网轻负荷时的自动减机,出现严重故障停机时处理方法是立即跳闸停电。

在并联机组运行轻载的情况时,造成机组功率不能充分利用,所以,就要解列某台机组。解列机组时,退出电网的机组把负荷转移到运行机组上,当退出机组的功率小于10%额定功率时,主开关脱开,紧接着发出停机指令。机组停机电磁阀动作之前先空转运行10到20分钟,若故障停机则停机电磁阀立即动作。解列和故障停车流程如下图:

4船舶电站管理系统的监控单元设计

本文的下位机PLC控制器控制现场设备即发电机组,通过数据线把现场测得的参数送到上位机,上位机利用人机界面把数据显示在屏幕上。上位机不断地从下位机读取数据,并判断数据是否在设定的范围内,从而完成远程监控任务。

4.1上位机监控系统功能

现场PLC控制器对电站各设备运行状态和运行参数自动的进行实时监测,它的检测量可以是开关量即接通与断开所对应的值,也可以是模拟量如温度、压力等。上位PC机把下位机得到的数据进行计算,判断系统是否正常。如果出现故障及时显示信号并发出相应的声光报警信号,对超限数据可以存储,方便管理人员分析处理,通过外接打印机可以对存储数据进行打印。系统结构图如下:

自动控制系统和自动监测系统组成了电站自动化系统,集散式电站的上位PC监控系统与下位PLC控制系统一起同步工作,通过连线把彼此之间数据实现共享。上位工业PC机得监控系统为下位控制系统提供了友好的人机界面,它有强大的数据统计功能,方便了电站操作人员的操作、维护等。监控系统可以显示测量值、设定值、趋势曲线、故障状态、控制输出值等,还可以设置主监控界面、原理界面、并车界面、故障报警界面、数据报表界面,流程图画面。操作人员通过操作站,可以监视现场装置的情况;可以实现各种状态量的监视和组态,极大地方便了人员的操作,从而实现了集中的操作和监控管理[17]。

4.2工业PC机控制软件和监测软件结构

控制软件由三个层次构成:功能模块层,可以实现电站各种管理要求;数据传输层,采集各数字、模拟量的数据;管理层,通过对下两层之程序的调用,完成主程序的调度、管理功能。这三个层次的关系是,数据传输层进行数据采集,功能模块层在数据层之上是完成各种特定功能的子程

序,管理层调用下两层程序,实现主程序的调度和管理功能[18]。程序框图如下所示:

图14 控制结构框图

控制软件是一个实时性很强的软件,为了实现并车等特定功能,对计算速度要求严格。故在主体上采用模块化结构,部分功能子程序则尽量减少子程序的调用和中间结果的存放,采用直接向输入输出板操作的方法,加快程序运行速度,提高效率。

监测软件:整个监测软件以数据库为核心,各个功能模块围绕数据库,形成星型状态连接,这使软件有很强的可移值性和维护性,可独立对部分程序模块替换、修改,而不会影响其它模块。框图如下所示:

4.3设计监控界面

自动化的船舶电站,应该有用户操作的可视化界面,通过用户界面可以随时观察、了解并掌握整个系统的工作状态,也可设定参数和向控制系统发出控制信号。监控界面包括[19]:(1主监控界面:用来监控每台机组并显示机组和电网的各项参数。可设有报警显示按钮,出现故障时可点击查看具体报警项,除此,也能限制某些用户的权限,禁止或允许其对系统的操作。

(2原理界面:在此界面可以很清楚的知道与机组相关设备的系统原理图,各处开关的分、合闸情况,和有各种重要参数的显示。

(3并车界面:监测各机组的频率和电压且设有同步指示灯,还有各机组并车、解列的功能按钮,实现监控界面的操作。

(4故障报警界面:设置各项报警指示灯,在故障时,指示灯由绿变红。除此在相应报警项里可以修改限制参数值。

(5数据报表界面:一个可以反应过程中的的数据、状态等,并对数据进行记录。可对实时报表和历史报表进行打印,方便了管理人员的统计分析。

通过与上位机连接的鼠标和键盘,可以查看各个界面,也可以在这些界面上实行操作,读数据在线修改以满足对系统新的要求。上位还要有自动/手动切换按钮来转换控制方式,自动状态时,自动起动、并机、解列和停车等控制功能由系统的功能模块程序自动执行;而手动状态时,需管理人员在配电板的控制面板上操作。上位机的这些界面使得整个电站系统处于管理人员的实时监管之下,也使得管理人员的工作更加便捷。

4.4船舶电站自动化的发展展望

随着船舶自动化程度的不断提高,电站自动化由局部控制发展到了综合控制,由就地的控制发集中的控制。集散式系统就是集计算机、通信、显示和控制技术于一体的系统。其核心思想是集中管理、分散控制,即管理与控制相分离,上位机用于集中监视管理功能,下位机分散到现场进行分布式控制。所以,这种集散式的管理系统体系结构有很高的可靠性,且易于扩展,上位机根据需要增减下位机台数。

船舶电气自动化系统发展的趋势[20]:(1系统监控的综合化

由于电气设备已经日趋通用化、模块化、系列化,组态灵活;上位控制机所有功能可通过屏幕软件按钮来完成,为系统监控的综合化提供了必要的基础。另外,采用综合监控的形式,可以构成双重或多重冗余,对提高系统或者全船整体可靠性是有积极意义的。

(2系统的网络化

如今,数字化技术和网络技术应用已经相当成熟。现场控制设备和控制系统之间的双向网络通信靠现场总线来实现。使用双层网络,第一层网络采集与传送数据,第二层网络是控制网。从分散危险的原则上,设置独立的控制子网。各子系统的功能由系统网络结合,把数据采集和控制系统分散功能结合,但每个系统又是一个独立的系统,在某系统局部受损时不影响其他系统独立完成工作,采用网络冗余和设备冗余设计及不间断后备电源,增强系统控制能力。利用图像控制功能,在人机界面实现

良好的对话效果。这种网络系统的优势在于采用数字化和高层次的自动化技术代替大量繁琐的人工操作,它有助于减少频繁操作和减轻人员疲劳,把船员从环境恶劣的工作场合中解放出来[21]。

船舶电气自动化领域展望,在计算机、通信、显示和控制技术迅速发展且互相交叉渗透,还有人工智能和模糊技术的应用将会给船舶电站自动化带来重大的变革。未来船舶电站的自动化系统会向着自动故障预测、自诊断的方向发展,上位机将会实现专家系统等智能连接。

计算机监控系统正在经历着从集中型计算机监控系统→分散型微机监控系统→集散型(分布式多级、多微机监控系统→网络型(智能式计算机监控系统。而这些技术的发展会使船舶工业向着智能

宁波大学本科毕业（设计）论文：基于 PLC 的船舶电站自动化系统方案设计 综合自动化、微机监视、智能控制、卫星通信导航、全球定位系统、船岸信息直接交流、全船自动 化领域延伸得更深[22]。18 宁波大学本科毕业（设计）论文：基于 PLC 的船舶电站自动化系统方案设计 5 总结 本文从船舶电站的组成、功能和特点以及 PLC 工作原理开始论述，同时也分析了船舶电站自动 化管理系统的构成和自动管理系统的功能。在此基础上，选择在基于 PLC 控制的船舶电站集散式管 理系统。集散式管理系统的特点是分散管理、集中控制，其中某控制模块出现问题不会影响其他控制模 块。本文设计了一两台发电机组为例的船舶电站，分别由 PLC 控制，以 PLC 为下位机与以工业电脑 为上位机通过组态软件实现通信。此系统由 PLC 控制机组实现了机组自动起动、自动并车、调频调 载、重载询问、自动解列及自动停车等功能。作为上位机的工业电脑与控制系统数据共享，在不同 的控制界面可以显示和修改控制参数，在机组出现故障时，报警和相应的处理，通过工业电脑也能 实施控制动作。机组运行时自动记录数据并存入数据库，与打印机连接后，可以打印历史和当前的 数据，以便管理人员进行处理和分析。19

宁波大学本科毕业（设计）论文：基于 PLC 的船舶电站自动化系统方案设计 致谢 大学四年的学习生活即将结束，海运学院的学习生活将成为我人生中一段重要旅程。回首既往，心中倍感充实，能在众多专业知识渊博、能力和水平很高的老师们的熏陶下度过，实是荣幸之极。正是由于你们，我才能在专业知识方面取得显著的进步，在此向你们表示我由衷的谢意，并祝所有 的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下！这篇论文是在我的指导老师张刚点拨下完成的。从论文的选题、写作修改、结构的布局到最终 的定稿，张老师提出了很多中肯而宝贵的意见。正是张刚老师的辛勤栽培、才有了我论文的顺利完 成。尤其是在我遇到困难时，帮我开拓思路，指点迷津，使我从中获益非浅。在此，谨向张老师致 以诚挚的感谢！最后，感谢所有在毕业论文写作中曾经帮助过我的良师益友和同学。限于自身专业水平和能力 的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激！20 宁波大学本科毕业（设计）论文：基于 PLC 的船舶电站自动化系统方案设计 参考文献： [1] 赵殿礼．船舶电气设备与系统[M]．大连：大连海事大学出版社，2009：334-335． [2] 黄丽卿．基于 PLC 的船舶电站自动频载调节装置研究与实现[D]．厦门：厦门大学，2007． [3] 张汝均．舰船电站自动化[M]．武汉：海军工程大学，1992:92-96 页． [4] 陈立定，吴玉香，苏开才．电气控制与可编程控制器[M]．广州：华南理工大学出版，2001:73-86． [5] 刘光起，周亚夫．PLC 及其应用[M]．北京：化学工业出版社,2008：46-49． [6] 孙文福．船舶电站柴油机发电机组网络式监控技术研究[D]．哈尔滨：哈尔滨工程大学，2006． [7] 廖常初．PLC 编程及应用[M]．北京：机械工业出版社，2002：200-203． [8] 李麟，沈兵．舰船电力系统及其自动化[M]．武汉：海军工程大学出版社，2001：132-207． [9] 马玉鑫．船舶电站管理系统的设计与研究[D]．大连：大连海事大学，2009． [10] 伟光．基于 PLC 的集散型船舶电站监控系统[D]．大连：大连海事大学，2003． [11] Jaseph La Fauci.PLC or DCS:selection and trends[J]． ISA1997：8(1217-21． [12] 樊印海，王勇，王丹．集散式微机控制船舶电站设计原则[J]．大连：大连海事大学，1999：6（9）18-20． [13] 杨家龙．基于网络环境的舰船机舱动力装置监控系统[D]．哈尔滨：哈尔冰工程大学，2006． [14] 黄伦坤，朱正鹏．船舶电力系统及

其自动化装置[M]．北京：人民交通出版社，1998：10-25． [15] 杨国豪，王恒，华增芳等．PLC 船舶电站自动准同步装置[J]．航海技术，2000：5（4）48-50． [16] 黄伦坤，朱正鹏，刘宗德．船舶电站及其自动化装置[D]．北京：人民交通出版社，1994． [17] 赵众．集散控制系统原理及其应用[M]．北京：电子工业出版社，2007：25-27． [18] 唐石清，邵众雷．一种新型的船舶电站自动化装置[J]．机电设备，1998：10（4）5-6． [19] 黄松．基于组态软件的船舶电站监控系统[D]．大连：大连海事大学，2009． [20] 翁华平，陈三定，冀海俊．浅析船舶电站自动化[J]．广船科技，2008：5（2）15-16． [21] S.Da’na,A.Elrayes.Development of a monitoring and control platform for[J]．PLC-base applications.ELSEVIER,2006： 157-166.[22] 徐爱钧，徐阳．集散式网络远程用电管理监测系统设计[J]．电气自动化，2008：30（3）3-4． 21

第二篇：开题报告-基于PLC的船舶电站监测系统的设计

开题报告

电气工程及自动化

基于PLC的船舶电站监测系统的设计

一、主题叙述本课题在国内外研究发展的动态，说明选题意义

1.1本课题研究目的作为一个可移动的海上城市——船舶，它的很多设备都必须使用电能，所以在船舶上都必须配备有由发电装置、配电装置和用电装置组成系统，即船舶电力系统。船用设备中随着船舶自动化程度的不断提高，需要用电来控制和驱动的地方也越来越多，故而自动化程度随着船舶电力系统的日益复杂、庞大，也变得越来越重要，现在的主要方向发展有：数字化、集成化、网络化、标准化以及智能化。并且电站自动化程度在船舶电站供电可靠性和连续性质量指标中是一个十分重要的环节，对其进行设计研究具有很重要的现实意义和经济价值。

船舶电站自动化监测系统的主要目的是在提高运行经济性的基础上保证供电过程的安全、可靠，并尽可能的改善船舶上恶劣的工作环境。因此要求能够实现以下功能：柴油机组自动起动、停机控制；重要负荷分级自动起动；发电机组状态控制；自动分级卸载；自动并车；自动调频调载；励磁调整及无功功率自动分配；电力系统及发电机组的自动巡回检测；重载询问；电力系统保护；电网；总体控制等。本文以船舶电站监测为研究对象，采用三菱PLC控制器中的FX2N系列与船舶电站相结合来实现自动化，着重设计了柴油机组自动起动和停机部分，完成了对船舶电站监测装置的部分软、硬件设计，提升了船舶电站的自动化程度。

1.2课题的国内外研究状况

在经济体全球化的发展过程中，船舶作为一种重要的交通工具承担着超过90%的国际贸易货运量，扮演着无可替代的角色。适应新出现的船舶运输要求，电站在船舶上是一个重要的辅助动力装置，给船舶辅助机械和全船提供必要的电力。船舶动力系统是船舶的重要组成部分，是产生连续的供应电力的发电设备，原动机、发电机、附属设备以及配电板共同组成了船舶电站。船舶通过电气机械及设备的数量来选择发电机的容量，一般采用的频率为50赫兹和60赫兹的400伏三相交流电。与陆地上电站相比，船舶电站有电站容量小；船舶电气设备工作环境比陆地恶劣，影响设备工作的可靠性、正确性和使用寿命；船舶电站发电设备和用电设备之间的直线距离很短，故而在计算电网压降时有可以忽略电缆电抗的特点。

船舶电站自动化控制系统的发展大体经历了4个阶段：由继电器和接触器所构成的有触点控制系统；由分立元件和集成元件所构成的无触点控制系统；大规模、结构化、模块化的集成电路控制系统；现在己经发展到了微机控制系统。

这使控制系统中控制部分所占的体积、重量减少，整体工作可靠性大大提高。而控制方式也由硬件控制为主变为以软件控制为主，这使功能的组合与扩展变得更加的简洁、方便。由大型机集中控制方式向多微机分散控制方式转变的计算机控制使控制系统的工作可靠性进一步的提高，继而出现由多级计算机共同构成的分布式控制系统

。目前己经形成了较为完整的船舶电站自动化的管理系统。

随着船舶的大规模化、自动化、自动控制技术和电子信息技术的快速发展，船舶的自动化水平变得越来越高。随着对船舶电站自动化的程度要求也越来越高，二十年来船舶电站的自动化发展非常的迅速，自动监测水平也得到了进一步的提高。船舶电站自动化技术的主要发展方向有以下四个:

（1）通过模拟信号的信号处理加工开发，信号处理尽可能的使用数字量进行处理和通信。

（2）从大型机计算机集中控制，多机控制分散控制的发展，大大提高了工作的可靠性，那么光纤通信、网络技术的应用由多计算机构成了分布式控制系统。对逆功率，过流，欠压等参数，实现了监测控制、报警；频率、功率因数、电压、电流、功率等参数和并关状态也有软配电屏进行指示。在任何时间点或选定点，实现所有的打印记录。它可以取代传统的通话记录。当参数的值超出检测范围，则有声音报警，并自动打印记录，上下设置了测量参数限制值，可以很容易地修改。

（3）从传统的继电器分立元件的形式来控制到无触点控制的发展，大规模和模块化的集成电路结构。使用电脑，例如可编程控制器。使控制部分的体积、重量大大减小，减少了工作量、提高了可靠性。控制也是从硬件控制为主变为软件控制为主的，这样使功能的扩展与修改变得很方便，维修方便，模块具有很强的通用性。

（4）船舶自动化领域正在增加嵌入式系统的使用。嵌入式监测系统在船舶电站中按结构可以分为管理、控制、设备三层。其中对电站进行的集中控制、管理，由管理层完成；数据采集、控制发电机组则由嵌入式控制作为主机的控制层来完成；设备层控制器位于发电机旁边，方便检测发电机组的运行参数和发现问题时进行报警。用工业以太网连接管理层和控制层；用CAN总线连接控制层与设备层，三层之间通过各种数据的交换和应对。最终得到高度自动化、智能化、网络化的改进型船舶电站监测系统。

嵌入式控制主机的控制层有数据采集和控制发电机组的功能，而与设备层的控制主机可以通过CAN总线连接。采集电站运行参数，如发电机组的有功功率、功率因数、三相电流，电网中各节点的电压、频率等。可以控制发电机组起动、停机、加速、减速、应急起动、应急停机；可以控制发电机主开关的分断与闭合；还可以对发电机故障进行报警，并且检查故障原因和进行故障处理。

管理层是监控系统的最上层，位于中央控制室的监视终端。可以通过电站运行信息，对船舶电站的运行状态进行集中的控制管理；可以根据电站实际运行情况进行调频、调载；可以对发电机故障进行报警；还可以对在电网运行的故障发电机组自动换机。

设备层控制器在发电机组旁边。以便就近对机组进行运行参数检测，如柴油机的冷却水温度、滑油压力、转速等。可以直接控制发电机组起动、停机、加速、减速、应急起动、应急停机；还可以在运行参数超过设定的报警值时进行报警；当机组滑油压力过低、超速、冷却水温度过高时自动对机组进行应急停机。

船舶电站嵌入式监控系统中控制层、管理层和设备层需要相互协调工作，方能实现电站整体得自动或半自动运行。对发电机组与主配电板实施各种有效的保护措施，提高船舶电站运行的整体可靠性。

提高船舶电站自动化的水平有许多优点：一是能够提高船舶电站供电的可靠性和连续性，提高电站供电的品质和电量，并增加船舶的生命力；二是改善了船员工作的条件，减轻了值班的强度；三是提高了船舶航运的经济指标。

目前，我国的船舶电站控制系统都是以集散型控制方式为主。而可编程控制器（PLC）的优越性使得将PLC应用到船舶电站自动化监测系统中，一定可以提高船舶的网络化和智能化水平。

1.3课题意义

船舶电站是船舶电力系统的重要组成部分，电站运行的可靠性和经济性对保证船舶安全航行营运具有重要意义。随着计算机和网络技术的发展及其在现代船舶上的应用，船舶电站的管理和操作越来越趋向于自动化与智能化。

提高船舶电站自动化的水平有许多优点：一是能够提高船舶电站供电的可靠性和连续性，提高电站供电的品质和电量，并增加船舶的生命力；二是改善了船员工作的条件，减轻了值班的强度；三是提高了船舶航运的经济指标。

目前，我国的船舶电站控制系统都是以集散型控制方式为主。而可编程控制器（PLC）的优越性使得将PLC应用到船舶电站自动化监测系统中，一定可以提高船舶的网络化和智能化水平。

二、研究的基本内容，预备解决的主要问题：

(1)查相关资料，熟悉当今船舶电站监测系统的发展方向。

(2)学习可编程逻辑控制器的使用，了解三菱FX2N系列PLC以及PLC在船舶电站监测系统中应用的优势。

(3)了解船舶电站监测系统的组成和工作原理。

(4)对船舶电站监测系统进行硬件设计。

这里我主要对船舶电站中的船舶辅机进行设计：设计了船舶电站的自动起动和自动停机及部分外部电路。

(5)对船舶电站监测系统的软件设计

这里我主要也是对船舶电站监测系统进行软件设计：设计了PLC控制船舶电站原动机自动起动和自动停机的程序。

三、研究方法、步骤以及措施：

方法步骤：

(1)了解现行船用PLC监测的船舶电站系统的技术

(2)分析相关基于PLC的船舶电站监测系统

(3)基于PLC的船舶电站监测系统的设计

(4)分析设计成果

(5)得出结论

措施：首先在图书馆查找相关的书籍、期刊等文献，其次通过上网查找相关的一些文献资料，并了解当代对该技术的最新的动态和研究成果。进一步的理解和准备系统设计所需的相关知识要点。在设计过程中要及时与指导老师探讨，定时汇报设计进度，有不了解的问题及时向老师、同学以及专业人士请教。

四、参考文献：

[1]王焕文.船舶电力系统及自动装置[M].北京：科学出版社，2006.[2]王闯.基于PLC的船舶电站综合监控系统的设计[D].大连：大连海事大学，2008.[3]闰明.基于PLC的船舶网络综合监控系统的研究[D].大连：大连海事大学，2008.[4]廖常除.FX系列PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2006.[5]范永胜，王岷.电气控制与PLC应用（第二版）[M].北京：中国电力出版社，[6]刘艳梅，陈霞，李一波，渠莉娜，等.三菱PLC基础与系统设计[M].北京：机械工业出版社，2010.[7]连建华，张怀广.PLC应用技术[M].北京：国防工业出版社，2009.[8]白一鸣.船舶电站自动监控系统的设计与研究[D].大连：大连海事大学，2009.[9]杜晓滔.基于PLC和串行通信的船舶电站监控系统的设计与实现[D].武汉：武汉理工学院.[10]于风卫，孙红英.一种基于PLC的发电机组转速检测方法[J].现代电子技术,2006,234(19).

第三篇：浅析输煤PLC系统自动化程度及抗干扰性

中国国电集团公司

中级专业技术资格论文

浅析输煤PLC系统自动化

程度及抗干扰性

作者：魏斌

工作单位：国电电力发展有限公司朝阳发电厂 岗位名称：电控分厂电控班

现专业技术资格：助理级工程师 拟申报技术资格：中级工程师

分支专业：生产检修 论文撰写时间：2017年03月

浅析输煤PLC系统自动化程度及抗干扰性

魏斌

（国电电力朝阳发电厂 辽宁省 朝阳市122000）

【摘 要】近年来随着自动化技术水平的不断提高，大型火电厂发电机组主机设备也都配备了具有高自动化程度、高适应性、高抗干扰性的完善的控制系统。随着电力行业竞争的日趋激烈，电力体制的改革也不断的趋于完善，提高设备的自动化程度及抗干扰程度，从而达到减少劳动强度的目的。由于火电厂的输煤系统的特点是运行情况恶劣，条件复杂，转动机械多，作业线长，设备分散，尤其对运行人员来讲，现场工作员过多且工作强度大，并且粉尘，噪音等影响运行人员的身心健康。因此，火电厂输煤程控技术是提高输煤系统自动化程度及抗干扰性能的必然选择，也是火电厂提高市场竞争能力的必然要求。可编程控制器PLC是一种新型的控制装置，具有功能强、编程简单、功耗低、可靠性高、环境适应性好等优点。近年来在电力行业有着广泛的应用。

【关键词】

PLC可编程控制器 电源模块 CPU模块 I/O模块

第一章 绪论

1.1引言

现代机械设备的功能越来越多，性能指标越来越高，组成和结构越来越复杂，同时对设备管理与维修人员的素质要求也越来越高。一方面大大促进了生产的发展，主要表现在提高了生产率，改善了产品质量，降低了成本和改善了工人劳动条件，同时也节约了能源和精简了人员。另一方面也潜伏着一个很大的危机，即一旦发生故障所造成的直接、间接损失将是十分严重的。皮带输送系统因其结构简单，使用方便，造价低廉，被广泛应用于工业、商业、农业、医药、军事等方面，在采矿运输、冶金送料、车站及码头的货物运输更是广泛使用，同样，发电厂的输煤系统也采用皮带传输。皮带传输系统随着发电厂规模的逐渐扩大，煤耗量也逐渐提高，对发电厂输煤系统的性能要求越来越高。

1.2 PLC可编程控制器系统

可编程控制器，英文称Programmable Controller，简称PC。为了与个人计算机的PC（Personal Computer）相区别，一般用PLC（Programmable Logic Controller）作为其简称。国际电工委员会（IEC）1985年1月对可编程序控制器作过如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于工业控制系统联成一个整体、易于扩充功能的原则设计”。PLC系统主要由中央处理器CPU、存储器RAM(或ROM)、I/O接口模块及数据通讯模块等组成。

第二章 输煤PLC控制系统结构、功能

2.1输煤程控系统概况

1）以东胜热电厂为例，介绍输煤程控系统的组成及设备情况，分析输煤程控系统的监控方式及特点，系统应达到的控制要求，并简单介绍一下工业电视监控系统的组成及功能。完成设计输煤程控系统的关键部分:输煤、配煤的功能设计，实现输煤程控系统的控制功能要求。

2）其中程控系统共有3段六条皮带，燃煤从两个筒仓通过皮带输送到两炉共14个煤仓中。

3）两条C-1A/B号皮带各约64米； 4）两条C-2A/B号皮带各约366米； 5）两条C-3A/B号皮带各约175米；

6）筒仓煤位检测高度40米，煤仓检测煤位高度15米。

7）主要设备有三段共八台驱动电机，其中C2A和C2B两条皮带电机是6KV电机，其余都是380V电机。

8）输煤程控系统的配置方案：上位机＋子站的型式，上位机（包括主站）布置在输煤综合楼的输煤控制室内；子站分别布置在煤仓间，T-1转运站。合计有电源屏一台，CPU柜一台，主站I/O柜一台，煤仓间子站两台，T-1转运站子站一台。

9）程控系统上位机布置在输煤程控室，共有两台工业控制计算机，一套冗余配置的PLC。工控机负责监视、操作和记录功能，PLC处理所有的输煤设备控制逻辑。

2.2输煤程控系统设备组成 1）C1段皮带有2台380V主驱动电机，8台活化给煤机（A、B两侧各有4台），2台伸缩电机（另有两台伸缩锁定电机），2台除铁器，2套除尘器。

2）C1段皮带保护及传感器有2台低速开关，2台撕裂传感器，12台拉绳开关，12台跑偏开关。

3）C2段皮带有2台6KV主驱动电机，2台6KV辅驱动电机，2套软启动器，2台拉紧电机，2台制动电机，2套煤采样装置，2台皮带秤，2套链码校验装置，2台三通挡板。

4）C2段皮带保护及传感器有2台低速开关，2台撕裂传感器，52台拉绳开关，52台跑偏开关。

5）C3段皮带有2台380V主驱动电机，2台拉紧电机，26台犁煤器，14套除尘器。

6）C3段皮带保护及传感器有2台低速开关，2台撕裂传感器，28台拉绳开关，28台跑偏开关。

7）筒仓顶部安装2台料位计，4个超声波传感器。8）煤仓顶部安装7台料位计，14个超声波传感器。

2.3输煤程控系统配煤功能

配煤控制功能分为手动配煤和自动配煤。

（1）手动配煤是在上位机上手动操作对煤仓逐一配煤，上位机显示器有煤仓煤位实时显示画面，但是到高煤位后并不连锁抬犁煤器或停皮带，在自动配煤中犁煤器是自动抬起和落下的。

（2）自动配煤指根据锅炉的加仓要求，由操作员通过上位系统发出指令，由程控系统根据现场煤位信号按低煤位优先、顺序高煤位等原则自动加煤。自动配煤分为：条件配煤和时间配煤。1）条件配煤方式

a）当皮带启动后，首先遵循低煤位优先的原则，先补漏眼煤仓（低于1米的煤仓），当各运行煤仓均加到低煤位以上时，按顺序把煤仓逐个加至高煤位，通过工控机屏幕菜单可随意设置配煤方式。(分为正向条件配煤和反向条件配煤)b）正向条件配煤：从第一个斗开始，当第一个煤斗达到高煤位后，第一个斗犁煤器抬起，第二个斗犁煤器落下，开始给第二个斗上煤。

c)反向条件配煤：和正向条件相反，从最后一个斗开始上煤，达到高煤位后依次从后往前上煤。2)时间配煤方式

a)当皮带启动后，首先遵循低煤位优先的原则，先补漏眼煤仓（低于1米的煤仓），当各运行煤仓均加到低煤位以上时，犁煤器按事先设定好的时间，顺序逐个上煤，当完成一个循环后再返回，直到全部煤仓加到高煤位为止。在运行过程中通过工控机屏幕菜单可随时改变配煤方式，从时间配煤可转至条件配煤，反之亦可。正向时间配煤为：从1#斗开始每个斗上煤几分钟后，然后第一个犁抬起，第二个犁落下，给第二个斗上煤。

b)正向时间配煤：从第一个斗开始，当第一个煤斗上煤几分钟后，第一个斗犁煤器抬起，第二个斗犁煤器落下，开始给第二个斗上煤，上煤时间是和第一个斗的时间是一样的。

c)反向时间配煤：和正向时间相反，从最后一个斗开始上煤，上煤几分钟后，开始对倒数第二个斗上煤，时间和正向时间配煤的时间是一样的。

d)时间配煤方式中的配煤时间是可以在上位机设置的，但是最少不得少于1分钟，建议最多不可超过10分钟。由于现有的料位计在起初订货时，给我们的参数有误，我们按合同供货后，与现场的煤斗量程不符，现建议在自动配煤前，先将各个煤斗上一些煤，待画面显示料位稳定后，再进行自动配煤即可。3)煤斗配煤的跳斗和补漏

在程控配煤方式下运行时，如果在正常配煤过程中又出现低煤位煤斗时，程序自动中断当前的配煤方式，为低煤位煤斗上煤，其它煤斗的犁煤机自动抬起。一直到此煤斗煤位高于低煤位(并延时1分钟)时，才回到被中断的程序处，继续向被中断配煤的原煤斗配煤，程序继续按原定顺序执行。1)如果出现高煤位或犁煤机故障，则程序会自动跳过此煤斗。2)如果有煤斗和犁煤机检修或者此煤斗检修，可以在检修设置菜单中把此煤斗和犁煤机设置为检修状态，则程序会自动跳过这个原煤斗，向程序的下一个原煤斗配煤。4)尾犁的设置

在执行自动配煤程序时，根据各煤斗的煤位情况，尾犁是自动设置的。当最后一个煤斗不是高煤位时，则由最后一个斗作收煤斗，否则落前一个斗的犁煤机作尾犁。同理依次类推。在手动配煤时，由运行人员控制尾犁的设置,不可以不 设置尾犁。

2.4故障监测及保护连锁功能

输煤系统的各设备均可实现与时间和条件有关的连锁，令系统在满足生产工艺要求的前提下稳定可靠运行，故障监测程序具有对故障信号自动处理及数字滤波的功能，以消除干扰信号对系统的影响。

系统还可对皮带输送机等大型设备进行过流保护监测，对拉线开关状态、皮带打滑、皮带跑片、皮带撕裂、落煤筒堵塞等故障信号进行监测，并进行停机或切换处理，以保护人身安全及设备免受其害。开关量信号、模拟量信号及远程通讯端口具有继电器或光电隔离保护装置或措施，以确保信号传输的安全性。2.4.1输煤控制系统硬件配置

1)火电厂输煤程控系统是对整个输煤系统进行自动控制和管理及各项数据采集的一种自动化装置，用于实现输煤系统设备的程控操作和实时监控。整个系统的监视对象包括皮带输送机、除尘器、犁煤机等，同时其相关的皮带跑偏、打滑、纵向撕裂、堵煤以及煤位、煤流等保护和诸多的检测信号也要求进入系统，从而实现输煤系统的自动控制和监视。

2)输煤程控系统由上位机监控管理系统、PLC系统及传感器检测保护装置组成。主设备布置在输煤控制室，主要有 PLC主机柜、上位机、操作台、电源柜等。该系统由 2台工业控制计算机互为热备，可编程控制器的处理器 CPU亦为双机热备，通讯为双网冗余，设置多个远程 I／O子站，输入 /输出采用继电器隔离。皮带运行状态及现场设备通过传感器监测，经可编程控制器及工业控制计算机显示在 CRT上，供运行人员监视与操作现场输、配煤设备。工业电视可独立自成系统，也在计算机管理系统控制下工作，并设有电视自动跟踪系统进行报警和故障停车。

第三章 存在问题

3.1系统在以下几个方面存在问题并可以改善

(1)输煤系统的可靠性与输煤系统的组成结构有紧密联系，否则无论控制系统如何控制都无法保证其可靠性。

(2)输煤系统中可以实现多种优化控制，例如煤仓煤位最均衡、犁刀动作次数 6 最少、皮带机运行时间最短等，而目前的输煤程序控制系统均没有实现这些功能。(3)要实现输煤系统的优化控制就必须掌握输煤系统的数学模型，而现在对输煤系统的描述几乎没有。

(4)输煤系统分别的范围比较大，采用单台PLC实现，不仅工作量大，而且维护较困难，因此可以采用多台PLC进行联网控制[6]。同时，采用仿人智能理论、MATLAB等手段和工具对输煤系统的重要功能一优化控制和运行可靠性进行研究，并确定以皮带机运行时间最短为研究目标。

3.2 火电厂输煤程控系统的抗干扰措施

输煤设备的运行环境十分恶劣，大多数电气控制柜置于地平线以下，其湿热、高粉尘环境大大增加了电气接线和继电器吸合方面的故障，控制电缆接地也是经常发生的故障，同时，由于控制电缆与高压动力电缆在一个电缆沟内远距离传输产生较高的感应电压，造成偶然性的误信号。新系统应尽可能地缩短电缆敷设距离和尽量少地使用电缆。

输煤系统运行中，各种干扰信号多，是影响输煤程控系统稳定运行的重要因素。要使输煤程控系统安全稳定运行，增加其抗干扰能力是十分重要的。作为一种应用于工业控制的自动装置，PLC本身具有一定抗干扰能力，比较适应工业现场环境。尽管如此，由于我厂输煤系统运行条件恶劣，各类干扰信号较多，使得抗干扰问题成为输煤程拴设计、调试及运行中的一大难题。许多电厂输煤程控系统不能长期稳定运行，抗干扰能力差是其最主要的原因。

3.3抗干扰措施分析

3.3.1硬件措施

(1)信号隔离

目前在电厂输煤程控系统中，现场设备与加模块之间的开关量信号是否需经继电器隔离，一直是设计中争论的焦点。有观点认为不需经继电器隔离，可将现场信号直接送到模块，理由是I/0模块本身具有一定抗干扰能力，模块内的光电隔离器使信号在其内部、外部电路上完全隔离，再加上阻容滤波电路，便可有效防止干扰的侵入。同时，由于省去了中间继电器，系统接线简化，系统故障点也随之减少。我们通过对我厂输煤系统外部环境、PLC装置内部电路的分析以及实地运用的考察，认为PLC自身有良好的抗干扰性能，但在输煤控制时采用继电 器隔离仍是十分必要。(2)接地屏蔽

在程控系统中，良好接地可消除各电路电流经公共地线阻抗时产生的噪声电压，避免磁场及电位差的影响，使其形不成地环路。接地是抑制干扰使系统可靠工作的重要方法，和屏蔽结合起来使用即可解决大部分干扰问题。

在低频电路中，布线和元件问的电感并不是大问题，而接地形成的环路干扰影响却很大，因此通常采用单点接地的方式。PLC控制系统属于低频范畴(1MHZ以下)，也应遵循单点接地的原则。为防止不同类型地线之间的干扰，设计时将系统中的数字地、模拟地、屏蔽地分别相连，然后汇集到总的接地点，接入输煤系统接地网。

(3)采用两路电源分别供电

输煤程控两路电源都取自输煤综合楼MCC上，而输煤综合楼MCC电源取自输煤段，输煤系统中的碎煤机电源也取自输煤段，在程控状态下启动碎煤机，因碎煤机启动电流大(390V，100A左右)，对系统冲击大，电压瞬间降低大，经常造成PLC主机死机，导致碎煤机不能启动。通过多次现场试验和实际操作，单独取一路电源(与碎煤机不在同一电压系统上)，就会消除这一问题，保证了程控系统的稳定运行。

(4)电缆选择与铺设

信号传输线之间的相互干扰主要来自导线间分布电容、电感引起的电磁祸合，防止干扰的有效方法首先是注意电缆的选择，应选用金属屏蔽型的控制、信号电缆，一方面减少了噪声干扰，另一方面也增强了电缆的机械强度；其次，电缆的铺设施工也是一项重要的工作，施工时应将动力电缆和控制电缆分开，控制电缆中将强电电缆和弱电电缆分开。同时还要注意尽量把模拟量信号线开头量信号线、直流信号线和交流信号线分开布线，以减少不同类型信号间的干扰3.3.2软件措施

在PLC控制系统中，除采用硬件措施提高系统的抗干扰能力外，我们还利用其计算速度快的特点，充分发挥软件优势，以确保系统既不会因干扰而停止工作，又能满足工程所要求的精度和速度。数字滤波和软件容错是达到这一目的的两种经济、有效的方法。

[10]。

8(1)数字滤波

对于较低信噪比的模拟量信号，常因现场瞬时干扰而产生较大波动，若仅用瞬时采样值进行控制计算，会产生较大误差，为此我们采用了数字滤波方法。现场模拟量信号经A／D转换后变为离散的数字量信号，然后将形成的数据按时间序列存入PLC内存，再利用数字滤波程序对其进行处理，滤去噪声部分获得单纯信号。我们在程序设计时，要求厂家对设备工作电流、皮带秤煤量、碎煤机温度及振动、煤仓煤位等模拟量信号采取平均值滤波的方法进行预处理，对输入信号用10次采样值的平均值来代替当前值，但并不是通常的每采样10次求一次平均值，这种方法反映速度快，具有更好的实时性。输入信号经处理后用于信号显示或回路调节，有效降低了噪声干扰[12]。(2)软件容锗

由于输煤系统现场环境恶劣，干扰信号较多，I／0信号传送距离也较长，常常会使传送的信号有误。为提高系统运行可靠性，使PLC在信号出错的情况下能及时发现错误，并能排除错误的影响继续工作，在程序编制中还应用了软件容错技术。

以上几种抗干扰措施是根据火电厂输煤系统和PLC的应用特点而提出，但对于其它场合的PLC程控系统也同样具有推广应用价值。从东关火电厂程输煤程控系统现场调试过程中的实际应用，以及现场实际运行表明，综合运用上述抗干扰措施能够基本消除现场干扰信号的影响，从而保证输煤程控系统的可靠运行。第四章 结论

本文介绍了PLC输煤程控技术的关键设备-可编程控制器及其网络的组成结构、特点以及工作方式，并根据霍林河坑口电厂输煤程控系统，具体介绍了输煤程控系统的结构、特点、控制方式以及控制功能。

在研究中了解输煤系统运行条件恶劣，各种干扰信号多，是影响输煤程控系统稳定运行的重要因素。要使输煤程控系统安全稳定运行，增加其抗干扰能力是十分重要的。作为一种应用于工业控制的自动装置，PLC本身具有一定抗干扰 能力，比较适应工业现场环境。尽管如此由于输煤系统运行条件恶劣，各类于扰信号较多，使得抗干扰问题成为输煤程控设计、调试及运行中的一大难题。许多电厂输煤程控系统不能长期稳定运行，抗干扰能力差是其最主要的原因。

目前输煤系统实现程序控制和工业电视系统监视对提高输煤系统的可靠性、自动化程度，减少岗位人员和他们的劳动强度，加强输煤过程的运行管理和节能管理，实现状态检修具有非常重要的意义。通过工业电视系统同输煤程控系统的通讯，可以完成输煤设备故障电视画面自动切换到故障设备所在镜头，便于及时查找故障原因。

参考文献

[1] 宋伯生.PLC 编程实用指南[M].北京: 机械工业出版社, 2006.[2] 刘媛, 李志刚.电厂输煤控制系统的研究与改进[J].现代电力, 2002, 9(6), 20-23.[3] 张红莲.应用PLC 网络实现输煤控制系统的故障判别方法[J].华北电力技术, 2002(3), 29-30.[4] 王保忠．谈对火电厂输煤系统的综合治理．中国电力企业管理，2003，23(20)：12—17． [5] 郭铁桥．火电厂输煤系统程序控制的研究．福建电力与电工，2000，25(22)：23—30． [6] 廖延常．可编程序控制器在电厂输煤程控系统中的戍用．广西电力技术，2001，16(20)：20—30．

作者简介 魏斌(1984)，男，本科，朝阳发电厂项目二部电控班副班长，主要从事火电厂热工维护及检修。

第四篇：浅谈船舶电气自动化

浅谈船舶电气自 动化现状及发展 趋势

刘承民

都基盛

高

飞

刘

昆

（大连船舶重工集团有限公司）

前言

：船舶电气自动化（以下简称船舶自动化）就是通过采用计算机微处理装置，解决船舶手工操作所不能达到安全可靠的精细管理为目的，帮助船员频繁巡回检测机械设备运行状况和航行工况，并早期发现故障，避免船员在恶劣工作环境条件下的疲劳，使船舶安全、高效、可靠的营运。

关键词： 船舶

自动化

发展趋势

概述

船舶自动化的明显标志就是把自动控制技术、微电子技术、信号处理技术、电子计算机技术及其网路接口技术用于船舶通讯导航自动化、机舱自动化、干 / 液货装卸载自动化等系统的监测与控制。通讯导航自动化是指雷达、、卫星定位、自动舵、航迹跟踪等实现自动驾驶。机舱自动化是指主机和发电机各种参数和工况的自动监测、报警、控制，以及各种辅机的集中自动控制、自动调节，火警探测及自动灭火，实现“机舱周期无人值班”。干 / 液货装卸载自动化是指辅锅炉、惰气、货油泵、压寨泵、阀门、液位、船舶强度和浮态等自动监控系统。、船舶自动化的构成船舶自动电站（船舶馈电中枢系统 PMS）。

机舱集中报警监测装置（对主机及辅机的运行状态进行集中监控）。

主机遥控装置（对主机进行远距离控制，如在驾驶室、机舱集控室控制主机）。

船体应力监测（船舶货舱的剪力、弯矩力安全监测系统）。

干 / 液货装卸载自动化（液位测量、阀门控制、货油泵、压载泵、惰气系统、装载计算）。

通讯导航系统（雷达系统、电子海图、自动舵、电罗经、航行记录仪、GPS(DGPS)、自动识别系统等。通讯系统：卫通、VHF 电话、桥搂值班报警系统、GMDSS 等。按照 DNV 入级符号分为： NAUT-OC（大洋一人驾驶）、NAUT-AW（所有海域一人驾驶）、NAUT-OSV

海洋工程船一人驾驶）

冷藏集装箱监测报警（冷藏集装箱监测采用传统的四极监测系统或电力载波系统(PCT)）。、船舶自动化的作用

船舶自动化能够帮助船员在海上航行过程中 , 对机械场所的设备、航行设备的监测与控制，以及船舶实施装卸载过程中的监测管理与控制。船舶航运界在实践中不断认识到，船舶自动化能够帮助实现节能、降低成本、提高工作效率和保障船舶安全航行。另外，船舶自动化程度越高，越能使船舶的主要机电设备处于最佳运行状态，在机电设备出现异常时能及时发现预警并及时排除险情，而且船舶自动化系统能够根据险情的严重程度，控制船舶推进器降速、停车，控制船舶航行，从而降低船员的劳动强度和保障了船舶海上航行的人命安全，而且维修费用也大幅度下降。因此，提高船舶的自动化水平一直倍受航运界的关注和青睐。、船舶自动化的发展概况

自二十世纪 30 年代初至今，控制理论发展约有 80 年历程，专家学者认为“前 30 年历程为经典控制理论发展和成熟阶段，中间 30 年为现代控制理论形成与发展阶段”，后 20 年为智能控制理论的发展与成熟阶段。预测再经 20 年后是未来智能控制理论的行成与发展阶段。、船舶自动化的现状

4.1 随着数字化技术和总线技术的持续发展，船舶各设备、各系统的自动监测控制从单一的设备和单一的系统自动化已经成熟的发展成高度集成化、高度综合集成化自动监测与控制。目前的船舶自动化还是以有线网络技术为主，普遍应用的是现场总线和以太网并存的网格技术。不论是哪种技术，在中国，船舶自动化技术的现状凸显无力，不能满足本土船舶工业发展的需求。

4.2 我国的船舶自动化配套企业技术实力相当薄弱，在船舶制造企业中备尝辛酸地开拓船舶市场的准入，不能使船舶自动化产品快速有效获得市场实践经验的积累，来促进产品技术水平与质量的浅谈船舶电气自 动化现状及发展 趋势 刘承民

都基盛

高

飞

刘

昆

（大连船舶重工集团有限公司）

前言

：船舶电气自动化（以下简称船舶自动化）就是通过采用计算机微处理装置，解决船舶手工操作所不能达到安全可靠的精细管理为目的，帮助船员频繁巡回检测机械设备运行状况和航行工况，并早期发现故障，避免船员在恶劣工作环境条件下的疲劳，使船舶安全、高效、可靠的营运。

关键词： 船舶

自动化

发展趋势

概述

船舶自动化的明显标志就是把自动控制技术、微电子技术、信号处理技术、电子计算机技术及其网路接口技术用于船舶通讯导航自动化、机舱自动化、干 / 液货装卸载自动化等系统的监测与控制。通讯导航自动化是指雷达、、卫星定位、自动舵、航迹跟踪等实现自动驾驶。机舱自动化是指主机和发电机各种参数和工况的自动监测、报警、控制，以及各种辅机的集中自动控制、自动调节，火警探测及自动灭火，实现“机舱周期无人值班”。干 / 液货装卸载自动化是指辅锅炉、惰气、货油泵、压寨泵、阀门、液位、船舶强度和浮态等自动监控系统。、船舶自动化的构成

船舶自动电站（船舶馈电中枢系统 PMS）。

机舱集中报警监测装置（对主机及辅机的运行状态进行集中监控）。

主机遥控装置（对主机进行远距离控制，如在驾驶室、机舱集控室控制主机）。

船体应力监测（船舶货舱的剪力、弯矩力安全监测系统）。

干 / 液货装卸载自动化（液位测量、阀门控制、货油泵、压载泵、惰气系统、装载计算）。

通讯导航系统（雷达系统、电子海图、自动舵、电罗经、航行记录仪、GPS(DGPS)、自动识别系统等。通讯系统：卫通、VHF 电话、桥搂值班报警系统、GMDSS 等。按照 DNV 入级符号分为： NAUT-OC（大洋一人驾驶）、NAUT-AW（所有海域一人驾驶）、NAUT-OSV

海洋工程船一人驾驶）

冷藏集装箱监测报警（冷藏集装箱监测采用传统的四极监测系统或电力载波系统(PCT)）。、船舶自动化的作用 船舶自动化能够帮助船员在海上航行过程中 , 对机械场所的设备、航行设备的监测与控制，以及船舶实施装卸载过程中的监测管理与控制。船舶航运界在实践中不断认识到，船舶自动化能够帮助实现节能、降低成本、提高工作效率和保障船舶安全航行。另外，船舶自动化程度越高，越能使船舶的主要机电设备处于最佳运行状态，在机电设备出现异常时能及时发现预警并及时排除险情，而且船舶自动化系统能够根据险情的严重程度，控制船舶推进器降速、停车，控制船舶航行，从而降低船员的劳动强度和保障了船舶海上航行的人命安全，而且维修费用也大幅度下降。因此，提高船舶的自动化水平一直倍受航运界的关注和青睐。、船舶自动化的发展概况

自二十世纪30年代初至今，控制理论发展约有80年历程，专家学者认为“前30年历程为经典控制理论发展和成熟阶段，中间30年为现代控制理论形成与发展阶段”，后20年为智能控制理论的发展与成熟阶段。预测再经20年后是未来智能控制理论的行成与发展阶段。

4、船舶自动化的现状

4.1 随着数字化技术和总线技术的持续发展，船舶各设备、各系统的自动监测控制从单一的设备和单一的系统自动化已经成熟的发展成高度集成化、高度综合集成化自动监测与控制。目前的船舶自动化还是以有线网络技术为主，普遍应用的是现场总线和以太网并存的网格技术。不论是哪种技术，在中国，船舶自动化技术的现状凸显无力，不能满足本土船舶工业发展的需求。

4.2 我国的船舶自动化配套企业技术实力相当薄弱，在船舶制造企业中备尝辛酸地开拓船舶市场的准入，不能使船舶自动化产品快速有效获得市场实践经验的积累，来促进产品技术水平与质量的 4.8 我们自问，在中国能不能有船舶自动化配套企业自信地站出来，告诉船厂和航运界人士：“我国的船舶自动化设备不需从国外进口，国内的船舶设备配套企业完全有能力提供具有自主知识产权、高质量的船舶自动化产品，并且能够提供全球范围内的营销、技术服务从而代替进口船舶自动化产品”。就目前的现状可以肯定地回答“没有”。所以，中国的船舶配套业需要加快雄起的步伐。5、船舶自动化的发展趋势

5.1 应该清楚地看到各种类型的计算机被广泛应用到各个控制系统中，船舶自动化水平日益提高，使船舶自动化向规模集成化、高速化、和高新技术化方向发展的速度迅猛。通过信号处理技术进行控制、管理和数据通讯处理，在完成系统监控功能外，还能够按不同需求，不断升级，提供友好的人机界面。系统操作简单明了，使船舶控制、监测系统的传输数据技术不断更新，致使控制、监测系统的布线成本降低，大大简化船舶的日常维护工作，提高船舶管理水平，从而敦促船舶自动化设备的必然发展。

5.2 船舶自动化向规模集成化、高速化的发展，人机交换界面将不断的升级优化，在监测预报警、监测与控制、监测与管理、控制与管理的监测信号的采集、数据处理、存储、网格通讯接口简捷等大型集成化界面设计是船舶自动化广为普及和发展的方向。

5.3 根据照船舶自动化现状分析，未来的船舶自动化设备的发展趋势，必将会朝着智能控制与智能管理方向发展，必将成为船舶配套业中一门新兴的研究领域。“智能控制一词，读者千万不要认为智能控制技术是门新型技术或学科，其实早在20世纪60年代，计算机技术和人工智能技术跨越式发展中，控制学者已经将人工智能控制应用于控制系统。在70年代初，傅京孙等学者就提出了智能控制就是“人工智能与控制理论”的交叉思想。再到80年代，计算机技术到了飞速发展的阶段，促成智能控制取得较好的发展。

5.4 船舶智能控制与管理一个重要发展领域，就是无需在人的干预下能够自主地模拟操作者智能驱动机器实现其目标的自动控制。对于我国船舶行业来说，对“智能控制”一词，也并不陌生，已在21世纪初，在结构化或非结构化的，熟悉或陌生的环境条件下，自主地或与人交互执行人类规定的任务的一种智能机器“智能主机”悄然诞生，并在船舶市场中不断地推广应用，5.5 智能控制是在系统工程学、运筹学、信息学等学科相结合条件下，建立的适用于各种复杂系统控制理论和技术，也就是模拟人类的智能实施自动控制的研究范畴，是建立在传统的自动控制无法解决的问题和模型严重不确定性研究对象。也可以说基于模型传统自动控制很难解决的问题，现在得以实现，但必须具备足够的关于船舶操纵者的控制策略、受控对象和船舶环境条件及有关知识运用的能力。

5.6 船舶智能化控制与管理就是在传统自动化控制框架下，结合船员对船舶航行控制与管理的策略，实现运筹船舶航行和进出港所采取的对复杂任务自动模拟规划和决策能力控制。诸如：船员在进出港，船舶操纵者利用虚拟仿真技术，依据进出港口的环境条件，虚拟仿真规划进 出港口的数据信息输入计算机中，演示船舶进出港控制状态，确立虚拟仿真成立基础上，采用一键控制方式，向智能机器（推进器、舵浆发出前进、倒车，左舵、右舵、左右满舵等）发出指令，实现船舶进出港智能化控与管理；系统还可以通过船长的语音命令、手写命令实施船舶进出港智能控制。

5.7 当今的船舶自动化综合集成控制技术基础非常雄厚，无线电通讯技术在船舶自动化应用领域也非常广泛，专业人士已认识到无线电网络技术应用到船舶运营管理的重要性和可行性，国际上已有诸多企业已经将“船—岸”无线电网络技术走向成熟阶段（简称船岸信息网络技术）。船岸信息网络技术的功能主要是以船舶综合监测控制、管理决策为基础，建立船舶岸站管理信息数据库。将船舶的航行工况、营运管理自动模拟决策者智能及所有信息与岸站数据库共享，使船舶航行规划、装卸货规划，预警船舶性能（浮态、稳性）模拟与高效管理集成，实现“一键功能”。最终构成航运船舶、航运公司、港口监理一体化的“船岸信息网络技术”战略合作式的船舶管理发展前景，着眼本世纪实现全球一体化的船舶航运智能化管理。

5.8 船舶自动化设备已经历昨天和今天，明天将伴随新概念船型的开发和船舶自动化科学技术的进步，以及全球性的节能环保技术的要求不断提高，使船舶自动化、集成化、智能化技术不断升级，船舶推进系统和自动导航系统的集成和智能化控制与管理，来实现自动修正船舶偏离规划航线，减少机、浆、舵频繁启停和船舶尽最大限难度缩短航程和航行时间，实现船舶燃油低消耗、低排放（两 D）环保船型的目的已不是再梦想。、综述 6.1 据统计 2010 年某一船厂全年交工船舶 32 艘，在交工的船中，船舶自动化系统的设备 100% 进口。这些设备的合同总额最低约合美元 60 万元 / 每船，一年总计 32*60=1920 万美元。保守换算统计，中国每年有约有 4 0～50亿美元用于购买进口的船舶自动化设备。如果拿出全年购买进口船舶自动化设备总费用的 10% 来扶持国内船舶配套企业，研发生产具有竞争力的船舶自动化产品，打入国际市场，那将会带来多大的经济效益，更重要的是会产生巨大牵引力来拉动内需。

6.2 据分析，中国的船舶自动化设备配套业发展比较慢的原因有三：一是配套产业对产品开发缺少按照科学发展观的认识，不能有效组织起产、学、研信息共享的机制。二是每年的投入相对比较散乱，偏激性过强，资源不能有效的共享，不规范化的投入过大，有效的资源被占用，而船舶配套业的专业人才培养和扶持资金缺乏，使船舶自动化产业不能平衡的发展，不能使现有产、学、研及职能部门有效形成合力。三是缺少有组织，有计划走自主创新技术研发激励政策。

6.3 中国的船舶自动化行业发展潜力很大，对拉动中国的内需效益非常丰厚。急需有能够组织协调中国船舶工业南北两大集团的职能部门牵头，并取得中国船级社的服务支撑，共同规范掌控船舶配套设备的研发与制造和质量控制，同时均衡船舶配套业的分布和配套能力的培育，把握协调好有限资源，以市场为导向，产品技术开发以支撑国内船舶工业为纲要，面向世界创新发展，解决好产品研发的技术、设计和管理的问题，通过创新思路开发的新技术、新工艺、新应用不断促进船舶自动化配套业健康的发展。

6.4 从中国现有的船舶自动化产品看，其已具备一定的能力和条件，该是进入规范和加强船舶工业全方位的组织与管理的关键时期，机遇永远是留给有准备的企业，抓住机遇坚持可持续发展，前途无限风光。另外，加大船舶自动化设备的发展战略意义舆论的导向，使国内业界充分认识到，发展船舶自动化系统技术不仅是降低船员的劳动强度、船舶维修费用和保障船舶海上航行的人命安全，而且能够满足船舶节能环保的目的，政府部门会应着力激励国内船舶自动化配套业，高起点地开发船舶自动化技术前沿技术，使中国船舶自动化企业及早挤入全球领先企业。

6.5 船舶制造业的飞速可持续发展离从没有离开政府的扶持和社会化的合作，在规范化产业链构成和技术水平的提高，助长船舶自动化配套业自主创新能力。同时对我国的船舶自动化配套业提出更高要求，加快船舶自动化设备中长期发展规划，制定相应的政策和激励政策，遵循科学发展观，积极主动开发具有自主知识产权的产品，快速提升产品技术含量和质量，从而促进船舶配套业的整体水平。大力发展国内船舶配套行业会更好地促进造船业的发展，摘掉“船壳大国”的帽子，戴上“船舶强国”帽子。

第五篇：关于船舶电气自动化系统可靠性保障技术

关于船舶电气自动化系统可靠性保障技术 的应用探讨

一艘营运的船舶必须安装有各种各样的设备。通过这些设备的应用来完成船舶的航行、靠离泊、装卸货物等生产作业，并保证船舶和人员的安全。船舶的主要设备有动力设备、操纵设备、装卸设备和安全设备等。

船舶必须配置一整套符合规范要求的动力装置和辅助设备后，才能在水上航行。这些动力装置包括有船舶主动力装置、辅助动力装置、蒸汽锅炉、制冷和空调装置、压缩空气装置、船用泵和管路系统、造水装置和自动化系统等。这此机电动力设备主要集中于机舱，专门管理这些设备的技术部门是轮机部。

而其中自动化系统随着科学技术的进步以及在船上的广泛的应用，机舱控制系统越来越先进，船舶动力装置的远距离操纵与集中控制，大大改善了船员的工作条件，提高了工作效率，减少了维护修理工作量。对机舱的主、辅机及其它机械设备进行遥控、自动调节、监测、报警等设备所组成的自动化系统，是现代船舶必不可少的组成部分。

1.系统监控的综合化

由于电气设备已经日趋通用化、模块化、系列化, 可以做到组态灵活;计算机所有功能选择均能通过屏幕软件按钮直接完成, 为系统监控的综合化提供了必要的基础。当然, 根据需求不同仍旧存在着先进程度不同和性能要求不同的船舶,但是单机单控的系统必将逐步向综合监控的系统过渡。因为采用综合监控的形式, 可以构成双重或多重冗余, 对提高系统或者全船整体可靠性是有积极意义的。

2.系统的网络化

当前, 数字化技术和总线技术应用已经相当成熟。现场总线是一种互联现场设备(或模块)与控制系统之间的双向数字通信网络。通常采用双层网, 第一层为数据采集与传送网, 第二层为控制网。为保证系统的可靠性, 控制网络可采用冗余结构。考虑到危险分散原则, 按系统又分成若干子网,如: 推进系统、管道系统、电力监控系统等独立子网。通过系统的网络化, 功能上集各子系统之众, 从可靠性出发又是一个分布式系统;在数据采集和控制平台上各分系统密切结合, 但在系统结构上又是一个主动性极强的系统, 在平台某系统局部受损时不影响独立工作;采用网络冗余和设备冗余设计及不间断后备电源, 生存能力很强;具有图像控制功能, 人机界面和对话效果良好。网络系统的优势在于采用数字化和高层次的自动化技术代替大量繁琐的人工操作, 提高工作效率是显而易见的。它有助于减少频繁操作和减轻人员疲劳, 把船员从环境恶劣的工作场合中解放出来。

对于船舶电气自动化领域展望机电一体化使学科互相交叉渗透, 电力与电子、强电与弱电更难分难解, 人工智能和模糊技术的应用使船舶电气自动化领域将更加宽广, 必将会对造船和航运业带来重大变革。

新一代大功率半导体电力电子器件, 在材料、理论、机理、制造工艺和应用技术等方面的研究开发, 将会取得突破性的进展, 船舶设备将会进一步向高可靠、节能型方向发展,将会对船舶电力推进和辅机电力拖动技术带来重大变革;可编程序控制器和单片机将逐渐发展成为船舶控制中的一种普遍控制方式。计算机监控系统正在经历着从集中型计算机监控系统→分散型微机监控系统→集散型(分布式)多级、多微机监控系统→网络型(智能式)计算机监控系统。

而这些技术的发展会使船舶工业向着智能综合自动化、微机监视、智能控制、卫星通信导航、全球定位系统、船岸信息直接交流、全船自动化领域延伸得更深入。随着船舶电气化程度的提高, 作为传输信息和能量的电缆品种会增多, 纵横交叉、结构复杂, 对船用电缆的要求愈来愈高。船舶电缆的安全可靠性, 对船舶航行和安全有着重大影响, 世界各国对舰船电缆的阻燃防火性能和安全等方面的要求将不断提高。进入新世纪, 电缆制造新工艺和新材料的应用将可能有重大突破, 如利用高能高压电子加速器对电缆绝缘进行辐照, 可以提高电缆的耐温性、阻燃防火性和机械强度, 大大延长电缆的寿命。

出于经济性和可靠性的考虑, 在今后l0-20 年左右, 柴油发动机作为船舶原动机具有无可争议的地位。然而, 石油面临枯竭, 环境污染、生态受到破坏, 使柴油发动机的地位受到了冲击。人们有可能通过技术上的突破而获得绿色能源。如太阳能、氢、燃料电池、超导电磁推进等等, 但进入船舶实际应用还需要进行大量的研究和试验, 要有一个相当长的时间, 且初始投资高昂。这些领域也需要积极的探索和开发。