交通学院
2013届毕业生毕业论文（设计）
题目：基于PLC的船舶电站自动化
系统方案设计与实现
院(系)别信息科学与电气工程学院
专业电气工程及其自动化
班级
学号
姓名
指导教师
二○一三年六月
原创声明
本人枝贺重声明：所呈交的论文“基于PLC的船舶电站自动化系统方案设计与实现”，是本人在导师洋的指导下开展研究工作所取得的成果。除文中特别加以标注和致的地方外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果，尊重知识产权，并愿为此承担一切法律责任。
论文作者(签字)：
日期：年月
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作为主要控制装置，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、调频调载以及机、电故障处理等；上位机进行机组的并联运行、解列、重载询问等。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
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 automatic 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 synthetic 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, PLC
目录
前言 (1)
1 课题的组成及背景 (3)
1.1 船舶电站自动化系统的定义、组成和特点 (3)
1.2 船舶电站自动化的发展与展望 (3)
1.3 PLC在船舶电站自动化系统中的应用 (4)
1.3.1 PLC 概述 (4)
1.3.2 PLC 的工作原理 (5)
1.3.3 PLC 在船舶电站自动化系统中应用的优势 (5)
1.4 本课题背景及选题意义 (5)
1.5 本文的主要容和结构安排 (6)
2 船舶电站自动化管理系统 (7)
2.1 船舶电站自动化管理系统的总体构成 (7)
2.2 船舶电站自动化管理系统主要功能 (7)
2.3 集散式船舶电站管理系统 (9)
2.3.1 集散式电站 (9)
2.3.2 信号的采集及处理 (10)
2.3.3 检测单元的设计 (12)
3 集散式船舶电站管理系统的功能流程 (13)
3.1 机组的自动起动模块及流程图 (13)
3.2 并车运行模块及流程图 (14)
3.3 调频调载模块及流程图 (17)
3.4 重载询问模块及流程图 (18)
3.5 自动解列和自动停机模块及流程图 (19)
3.6 电力管理系统参数在线监视与在线修改 (20)
3.6.1 OP393的连接与登录 (22)
3.6.2 定时器的在线监视与在线修改 (23)
3.6.3 数据块的在线监视与在线修改 (25)
3.7 船舶电站管理系统的监控单元设计 (26)
3.7.1 上位机监控系统功能 (26)
3.7.2 工业PC机控制软件和监测软件结构 (27)
3.7.3 监控界面简介 (28)
3.8 安全保护系统 (29)
3.8.1 欠压保护 (29)
3.8.2 过流保护 (29)
3.8.3 逆功率保护 (30)
3.8.4 故障报警的设置 (30)
4 系统联调与测试 (31)
4.1 系统仿真 (31)
4.2 系统调试 (32)
总结 (33)
致 (34)
参考文献 (35)
附录 (36)
模块七船舶电站 教学目标： 1、具备根据图纸说明书等资料看懂电站各电力系统的组成、制定维护计划能力。 2、具备船舶电力系统操作、故障分析、故障判断和排除的能力。 第一单元船舶电力系统 一、船舶电力系统的组成 船舶电力系统是指由一个或几个在统一监控之下运行的船舶电源及与之相连接的船舶电网组成并向负载供电的整体。换句话说，船舶电力系统是由电源装置、配电装置、电力网和负载按照一定方式连接的整体，是船舶上电能产生、传输、分配和消耗等全部装置和网络的总称。 其电力系统单线图如图7—1所示。 1．船舶电源装置 电源装置是将机械能、化学能等能源转变成电能的装置。船舶常用的电源装置是发电机组和蓄电池组。 2船舶配电装置 配电装置是对电源即发电机发出的电能、电力网和电力负载进行保护、分配、转换、控制和检测的装置。根据供电范围和对象的不同，它可分为主配电板、应急配电板、动力分配电板、照明分配电板和蓄电池充放电板等。 3船舶电力网 它是全船电缆和电线的总称。其作用是将各种电源与各种负载接一定关系连
接起来。船舶电力网根据其所连接负载的性质，可分为动力电网、照明电网、应急电网和小应急电网等。 4负载 船舶电力负载即用电设备，按系统大体可分为以下几类： (1)动力装置用辅机：为主机和主锅炉等服务的辅机，如滑油泵、海水冷却泵、淡水冷却泵和鼓风机等。 (2)甲板机械：包括锚机、绞缆机、舵机、起货机、舷梯机和起艇机等。 (3)舱室辅机：包括生活用水泵、消防泵、舱底泵以及为辅锅炉服务的辅机等。 (4)机修机械：包括车床、钻床、电焊机和盘车机等。 (5)冷藏通风：包括空调装置、伙食冷库等用的辅机和通风机等。 (6)厨房设备：包括电灶、电烤炉等厨房机械用辅机和电茶炉等。 （7）照明设备：包括机舱照明、住舱照明、甲板照明等照明设备和航行灯、信号灯以及电风扇等。 （8）弱电设备：包括无线电通信、导航和船内通信设备等。 （9）自动化设备及其他：例如，自动化装置、蓄电池充放电设备、冷藏集装箱和艏侧推装置、电力推进船舶或特种工程船舶使用的推进电动机、生产机械和专用设备等。 由上述不难看出，船舶电力系统的核心（电站）主要是主发电机和主配电板。这是因为船舶主发电机的控制和监测等功能均由主配电板完成的，这是船舶电站的特征之一。因为船舶配电的主要功能也是由主配电完成的，所以主配电板是电力系统的主要组成部分，是保证供电质量的关键。配电装置与电力网是密切相连的，其主要任务是根据各用电设备（负载）的性质和容量便是的选择供电方式、电缆和开关。 电力系统必须合理选择保护装置，对电源（发电机）和用电设备（负载）加以保护，提高电力系统的供电连续性。 二、船舶电力系统的基本参数 船舶电力系统的基本参数是指电流种类(电制)、额定电压和额定频率的等级。选择合适的电气参数，可以保证船舶电力系统的可靠性和稳定性。
船舶电站及自动化 一、 电力系统的组成 1. 船舶电力系统主要是由电源、配电系统、配电装置、电网与负载 四部分组成，其单线图如图1-1所示。 MCCB 1MCCB 2 ACB 1 MCCB 3 G 1 MSB M 1 M 1MCCB 4 MCCB 5MCCB 6 ACB 2 G 2 ACB 3 G 3 ISW 1 ISW 2MCCB 10 380V/220V ISB IDSB DSB MCCB 7 DSB MCCB 8 MCCB 9 M 3 M 4 RSB EDSB MCCB E ACB E EG 380V/220V ESB EISB ET r T r 图 1-1 船舶电力系统简图 G 1、2、3-主发电机；EG-应急发电机；ACB-发电机主开关；ACB E -应急发电机主开关；MSB-主配电板；ESB-应急配电板；MCCB 1-10-配电开关；DSB-分配电板；RSB-无线电分配电板；MCCB E -应急配电开关；MCCB 1-2-隔离开关；ISB-照明配电板；EISB-应急照明配电板；IDSB-照明分配电板；EDSB-应急分配电板；T r -照明变压器；ET r -应急照明变压器。
电源：船上常用的电源装置是柴油发电机组和蓄电池。 配电装置：配电装置是电源和负荷进行分配、监控、测量、保护、转换、控制的装置。配电装置主要可分为主配电板、应急配电板、分配电板（动力、照明）、充放电板等。 电网：电网是全船电缆电线的总称。船舶电网根据其连接的负荷性质可分为动力电网、照明电网、应急电网、低压电网、弱电电网等。 二、电力系统的特点及对其基本要求 1.船舶电站容量较小 陆上电网容量一般在几百万~几千万千瓦，单机容量大多在数十万千瓦；一般远洋船舶主电站大多装三台发电机组，发电机容量为400~800KW。 船用发电机调压器、原动机调速器的动态特性与陆上发电机组相比具有较高的指标要求。有强行励磁能力，发电机组应能承受较大的过载能力。另外，由于船舶工矿变动也较频繁，因此对自动控制装置的可靠性也提出了较高的要求。 2.船舶电网输电线路短 船舶发电机端电压、电网电压、负荷电压大多是同一电压等级，所以输配电装置较陆上系统简单。因为船舶容积限制，电气比较集中，电网长度不长并都采用电缆，所以对发电机和电网的保护比陆上系统要简单，一般只设置有发电机过载及外部短路的保护，电网的保护和发电机的保护通常共用一套装置。 3.船舶电气设备工作环境恶劣
船舶电站操作 （750KW及以上船舶二/三管轮） 1、评估目的 通过本适任评估项目，使被评估者达到中华人民共和国海事局《海船船员适任考试与评估大纲》对船员所规定的实操、实做技能要求，满足国家海事局签发船员适任证书的必备条件. 2、评估内容 2.1 船舶电站的操作 （1）发电机手动准同步并车 （2）并联运行发电机组的负荷转移及分配 （3）发电机组的解列 2.2 船舶电力系统的继电保护及主要故障的判断和排除 （1）自动空气断路器的维护；主要故障的判断及排除 （2）发电机外部短路、过载、失（欠）压和逆功率故障的判断 （3）无功功率分配装置故障的判断及排除（均压线、电压调整装置） （4）船舶电网绝缘降低和单相接地故障的查找 2.3 船用蓄电池 （1）配制酸性蓄电池电解液 （2）测定蓄电池电压和电解液比重，判断蓄电池的状态 （3）蓄电池充电与过充电操作 （4）蓄电池维护保养要求及使用注意事项 2.4 船舶电站的管理与维护 （1）主配电板安全运行管理要求 （2）发电机主开关跳闸的应急处理 （3）船舶应急配电板的管理与维护 （4）岸电箱的使用及其注意事项 3、评估要素及标准 3.1 船舶电站的操作 3.1.1 发电机手动准同步并车（20分） （1）评估要素： 能在2分钟内并上车且合闸瞬间电压差、频率差、相位差在允许范围内，同时待并机不产生逆功率。 （2）评估标准： ①操作准确、熟练（20分）； ②操作准确、比较熟练，（16分）； ③操作准确、熟练程度一般，（12分）； ④操作较差，只能完成部分操作（8分）； ⑤操作差，无法完成（0～4分）。 3.1.2 并联运行发电机组的负荷转移及分配（20分） （1）评估要素：
船舶电站试题 单位姓名工号 一．填空题 1．船舶电站是由和组成，是船舶电气设备的核心。 2．船舶电力系统主要由、、和四部分组成。 3．电压的主要指标有和两个。 4．电力系统运行的电能质量指标是电压和频率的稳定度。电压的稳定度由保证；频率的稳定度由保证。 5．励磁系统是指向同步发电机励磁绕组供电的和构成的总体。 6．船舶电站主要参数：、和三个电气的主要参数，其决定了电站工作的可靠性和电气设备的重量、尺寸和价格等。 7．同步发电机的同步是指发电机与的转速严格一致，只有在同步条件下才能进行能量转换。 8．电枢反应是指对的影响。 9．船舶交流发电机励磁系统按换能器类型可分为和两大类。10．“相复励”励磁系统是指发电机的励磁按照和来激励的。11．船舶电站按电流分类可分为和；按用途分类可分为和。12．船舶主配电板是由、、和组成，是船舶电力系统中最主要的配电装置。 13．船舶电力网是由、和以一定的联接方式组成的整体，也可以说是指全船电缆和电线的总称。发电机所产生的电能就是通过船舶电网配送到船舶各部分用电设备。 14．船舶配电网络是指主配电板及应急配电板到用电设备的网络。通常称到之间的网络为一次网络；到之间的网络为二次网络。 15．船舶配电方式又称电网的结线方式，就是指、和之间电缆的连接方式。16．一次配电电网结线方式一般有、和三种方式。 17．船舶配电网络根据用电设备的不同可分为、、、和。18．船舶电缆的选择应根据敷设场所的的环境条件、敷设方法、和等因素来考虑。19．继电器保护装置一般由、和三部分组成。 20．船舶电网短路保护的选择性多采用和混合使用。为了确保电网短路保护的选择性，主配电板到各用电设备应限制保护级数，对于动力负载不得多于级；对于照明负载不得多于级。 21．为了保护电网的正常运行，无论是照明电网还是动力电网，对绝缘电阻一般要求大于。22．船舶电网的保护就是指系统出现或时对电缆的保护；交流电网中尚有防止岸电供电时的和。 23．交流发电机并联运行时必须满足一定的条件，即、 和。 24．根据对发电机参数的检测以及合闸操作程序的不同，交流同步发电机有三种并车方法：即、和。 25．自励恒压同步发电机的起压必须满足两个条件：即和 。 26并联运行发电机组在负载转移的过程中，维持电压恒定以及无功功率的转移是由来保证的；而维持电网频率恒定及有功功率转移是由来实现的。27．根据船舶电站三个电气的主要参数来选择哪一种等级，应遵照二个原则：即和。 28．船舶电站综合自动化的主要任务是保证供电的和，同时也能提高。29．船舶电站自动化按其功能程度可分为三级：即、和。30．我国规范规定，船舶发电机主要设有和保护，对有并联运行可能的船舶发电机还应设和。 二．选择题 1．我国规范规定：交流船舶主发电机的稳态电压调压率不应大于（）。 A．±2.5% B．±3.0% C．±2.0% D．±3.5% 2．我国规范规定：交流船舶应急发电机的稳态电压调压率不应大于（）。 A．±2.5% B．±3.0% C．±2.0% D．±3.5% 3．分配电箱的供电路数不宜太多，以防止该线路发生故障将导致很多设备停电，一般情况下最好不要超过（）路。 A．12 B．10 C．8 D．6 4．“海规”规定，客船及（）总吨以上的货船应设有独立的应急电源。 A．300 B．400 C．500 D．600 5．临时应急电源的蓄电池的容量应能保证连续供电（）分钟。 A．30 B．60 C．90 D．120 6．某船电站的额定电压为交流450V，其主配电板和应急配电板中的裸主汇流排每一相之间的最小爬电距离为（）mm。 A．20 B．25 C．30 D．35 7．当船舶主电源供电失电时，应急发电机应能自动起动和自动合闸供电，时间最长不超过（）秒。 A．30 B．50 C．45 D．55 8．用万表测量出电源电压为交流220V，则其最大值是（）V。 A．400 B．380 C．311 D．220 9．并联运行的交流发电机无功功率最大允许偏差是（）%。 A．5 B．10 C．15 D．20 10．并联运行的交流发电机有功功率最大允许偏差是（）%。 A．5 B．10 C．15 D．20 11．为了适应选择保护的需要，要求交流发电机的稳态短路电流必须大于（）倍发电机机额定电流。 A．2 B．3 C．4 D．5 12．我国规范规定，并联运行的交流发电机应设有延时3~10秒动作的逆功率保护；原动机为柴油机，其并联运行的发电机逆功率脱扣值为发电机额定功率的（）%。 A．2~6 B．8~10 C8~15 D．6~10 三．判断题 1．主配电板面板上的发电机功率表读数就是指有功功率。（） 2．主配电板面板上的发电机电流表读数就是指有功功率电流。（） 3．发电机的励磁电源由发电机本身提供的励磁系统称为自励系统。（） 4．需要并联运行的交流发电机，其柴油机调速器的稳定调速率应尽量相同。（） 5．平均功率就是有功功率。（） 6．两台交流发电机并联时，功率因数偏高的发电机所承载的负荷较大。（） 7．柴油发电机组的瞬时调速率应不大于原动机额定转速的10%。（） 8．方向和大小固定不变的电流叫直流电。（） 9．方向和大小都变化的电流叫交流电。（） 10．并联运行的交流发电机无功功率的调节是通过调整柴油机调速器来实现。（） 11．船舶电站的三个主要参数是指电压、电流和功率。（） 12．船舶电站的系泊试验主要包括主（应急）发电机组的调试及主配电板（应急配电板）调试两大部分。（）
开题报告 轮机工程 基于PLC的船舶电站自动化系统设计方案 一、选题的背景与意义 随着船舶大型化和自动化以及电子信息技术和自动控制技术的不断发展，船舶自动化程度越来越高，对船舶电站自动化程度的要求越来越高。船舶电站自动化近几十年来发展十分迅速，自动监控水平得到极大提高。 目前我国船舶电站控制系统虽然有一定程度的自动化控制，但控制系统基本上分为两种：一种是继电器控制，另一种是电子电路控制系统。这两种系统存在的缺点是系统线路复杂、可靠性差、维修工作量大。船舶电站控制的最大特点是动作复杂、频繁，且有较多的执行原件如接触器。在这种场合下使用继电器控制逻辑需要大量的中间继电器，而这些中间继电器再用PLC控制的情况下，就可以对其内部的辅助继电器进行编程后来取代。船舶电站监控系统集成了船舶电站的能量管理和状态监控显示，使用PLC与组态软件相配合来实现船舶电站的监控是一种既方便有可靠的方法。 基于上述情况，PLC适合于需要大量中间继电器的场合，且PLC与其他控制系统比较有许多优点：更改逻辑控制只需修改软件，无需对硬件做改动；程序可以复制，批量生产；电气硬件设计大大简化；由于PLC除有继电器功能外，上有多种其它功能，实现某程度上的智能化，并有可能实际构件化；可靠性高；具有扩展单元或扩展模块，当需要较多I/O时可以方便地扩展。 现代PLC控制技术因其可靠性、耐恶劣环境、使用极为灵活方便，为提高船舶安全性和船舶生产效率，采用PLC控制技术来实现船舶电站的自动控制，具有广泛的市场前景。 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题： 基本内容： 1、船舶电站监控系统概述 2、可编程序控制器技术的现状与发展趋势 3、PLC在船舶电站监控系统中应用的优势
船舶电气与自动化 1.船舶照明系线的故障通常由一一造成。1短路，2断路，3接地 A.1 B.2 C.3 D.123 2.在EPC-50分油机控制系统中，时序控制的程序是----等操作。 A.注水，检漏，密封，分油，间断排水或排渣 B.检漏，密封，注水，分油，间断排水戒排渣 C.密封，注水，检漏，分油，间断排水或排渣 D.密封，检漏，注水，分油，间断排水或排渣 3.如图所示的三相电源是---，能提供----电压。 A.三角形连接/两种 B.三角形连接/一种 C.星形连接/两种 D.星形连接/一种 4.监视和检测货油舱油位的电路，应采用----电路。 A.本质安全型 B.小功率型 C.防护型 D.接地保护型 5.一般主机转速----额定转速，船舶晶闸管轴带发电机将停止运行。 A.≤10% B≤20% C.≤40% D≤70% 6.对工作面提供适当照度、创造良好的视觉环境是船舶一一一照明系统的基本特点. A.各类B正常 C.航行灯以外的所有 D.主照明和临时应急 7.关于电路板、电子元器件的焊接与装配的下列叙述，正确的是--- 1.电子元器件的安装插脚可焊接在电路板的任一面上; 2.焊接时，需要使用合适的助焊剂，最常用的是酒精; 3.焊接常用的工具是电烙铁 4.焊件要加热到熔锡温度，但也要考虑焊件能够承受的温度，有的集成电路不能长时间处于较高温度，这就要求焊接时控制焊 件的温度和焊接时间。 A.12 B.23 C.24 D.34 8.为保证电网频率、电压基本不变，两台相同容量的同步发电机解列操作的正确方法是----。 A.先增加继续运行机油门，再减小解列机油门 B.先减小解列机油门，再增加继续运行机油门 C.同时减小两机油门D。减小解列机组油门，增加继续运行机组油门，要同时调节 9.如图所示，当开关未闭合时，开关两侧的A点与B点间的电压是---伏，B点与C点间的电压是 -- A.0/ 12 B.0/ 0 C.12/ 0 D.12/ 12 10.控制线路中的某电器元件符号如图所示，它是一一一符号。 A.常开按钮触点 B.常闭按钮触点 C.延时触点 D.热继电器的常闭触点 11.关于基尔很夫(Kirchhoff)电压定率，说法错误的是--- A.适用于各种不同元件所构成的电路B_适用于任何规律变化的电压 C.交流电路电压定律表达式为:Eu=0 D.交流电路电压定律表达式为:Εu=0 12.同步发电机的自励恒压装置不具有一一一的作用。 A.同步发电机起动后，转速接近额定转速时，建立额定空载电压 B.当电网负载变化时，能按发电机容量按比例分配有功功牢 C.在负载大小变化时，能自动保持电压基本不支 D.在负载性质发生变化时，能自动保持电压基本不变
船舶自动化原理期末终结报告 班级：航海101 学生姓名：邓平平 学号：201010111020 指导教师：周峰 完成时间：2013年5月5日
目录 一自动舵系统———————————————————————3 1.1 船舶自动操舵系统的基本类型及其调节规律———————3 1.1.1 比例舵————————————————————3 1.1.2 比例—微分舵—————————————————3 1.1.3 比例—微分—积分舵——————————————4 1.2 小结————————————————————————5 二船舶自动化发展趋势———————————————————5 2.1系统监控的综合化——————————————————5 2.2系统的网络化————————————————————6 2.3船舶导航与驾驶自动化技术——————————————6 2.4船舶机舱自动化系统及设备技术————————————7 2.5船舶船岸信息一体化系统技术—————————————8 2.6液货装卸自动化系统技术———————————————9 三船舶自动化与船舶安全—————————————————10
一自动操舵系统 随着船上自动化程度的不断加深，船舶的操舵方式由原来单一的手动操舵逐渐被现在的自动操舵、随动操舵、手动操舵三种操舵方式共存所取代。正常航行时采用自动操舵，靠离码头、进出狭窄水道等机动状态转换为随动操舵，当这两种操舵方式失灵或在紧急情况下立即转为手动操舵。这三种基本类型的操舵方式构成了现代船舶的自动操舵系统。 1.1 船舶自动操舵系统的基本类型及其调节规律 根据基本闭环调节规律的不同，自动操舵系统可分为以下三种类型： 1.1.1 比例舵 其调节规律是以船舶偏航角Ψ的大小按比例给出偏舵角β，即 Β=-K1·Ψ 式中，K1为比例系数，负号表示偏舵的方向是消除偏舵。比例系数K1可根据不同船型、装载量和航速作适当调节,通常β/Ψ=2-3,即每偏航1°偏舵2°—3°。比例系数K1过小或过大,将使偏航振幅加大或偏航振荡次数增多,导致航速降低稳定性差。 1.1.2 比例—微分舵 其调节规律是,以船舶偏航角和偏航角速度dΨ/dt按比例给出偏舵角β,即 βK1Ψ+K2dΨ/dt) = - ( 式中,K2是微分系数。微分环节检测偏航角速度dΨ/dt,并给出
摘要 本论文结合电站自动化系统和主机遥控系统应用实例，依据船舶自动化系统设计经验以及沪东厂成功建造的各型船舶，就船舶机舱自动化现状、功能和特性、现行规范对自动化船舶分级及入级设计要求、主要配置的监测、报警、辅机的遥控操作和自动切换以及自动化系统的试验、验收等进行了综述；较好地总结了船舶自动化系统的设计规律，基本理顺了船舶自动化系统设计思路，可以指导今后的船舶自动化造船设计工作。并以此为基础，关注船舶电气自动化的新技术及发展方向。并进而展望未来船舶自动化发展趋势，紧跟电气自动化的发展潮流，以适应现代的船舶造船设计之需要。使我们的造船设计水平再上新台阶，并为我国建造高水平的船舶作出贡献。 关键词:电站自动化系统电站监控主机遥控系统监测报警
ABSTRACT In this paper，close1y connecting with the actual appication of automatization on power station and main engine remote control，and based on the experiences in automatization design together with the successively-built vessels of all kinds in our yard，summarized descriptions will go to the present status，performance and characteristics of automatization in machinery room，analysis and discussion will also be given to classified requirement by rules and regulation on system design of monitoring，alarm，remote control and automatic shift of main and auxiliary equipment including test and inspection;all of which by summarizing the design skeleton and the design ideals on ship automatization，have made some guidance with ship automatization design in the future. Future more，close attention will be paid on the development of new technology on ship automatization by looking into the distance of tendency on the development of ship automatization and keeping up with the Joneseson the development of electric automaticzation，so that. Which can be qualified in shipbuilding design requirement in the 2l century. In the end，the paper is to aim at raising the shipbuilding design to a higher level as a contribution to building advanced ship in China. Key Words: automatization on power station；Power statlon monitonng；main engine remote control; alarm
船舶机舱自动化 摘要：本论文结合电站自动化系统和主机遥控系统应用实例，依据船舶自动化系统设计经验以及沪东厂 成功建造的各型船舶，就船舶机舱自动化现状、功能和特性、现行规范对自动化船舶分级及入级设计要求、主要配置的监测、报警、辅机的遥控操作和自动切换以及自动化系统的试验、验收等进行了综述；较好地总结了船舶自动化系统的设计规律，基本理顺了船舶自动化系统设计思路，可以指导今后的船舶自动化造船设计工作。并以此为基础，关注船舶电气自动化的新技术及发展方向。并进而展望未来船舶自动化发展趋势，紧跟电气自动化的发展潮流，以适应现代的船舶造船设计之需要。使我们的造船设计水平再上新台阶，并为我国建造高水平的船舶作出贡献。 关键词:电站自动化系统电站监控主机遥控系统监测报警
一机舱自动化发展及现状介绍： 舰艇装备武器、观导、通信系统的自动化、电子程控化是衡量舰艇现代化程度的主要尺度，而机舱自动化是当代舰船共同研发的课题。然而，由于舰船使用任务的差异，受其战术技术要求或和技术经济指标的制约，在船舶自动化设计上也会有不同的定位和取向。 舰艇机舱自动化设置的目的在于避免和防止船员判断和操作失当，贻误战机，其次为减轻船员大量重复体力消耗，进而提高其战斗力和生命力。民用船舶机舱自动化除安全可靠因素外，尤以追求船舶运行的经济性为目的。 从本世纪50年代机电设备单元(或单机)自动化在舰船上大量采用，1961年日本建成“金华山丸”号，实现机舱集中控制和驾驶室遥控主机，成为世界上第一艘自动化船。60年代中期发展无人值班机舱，出现了第二代自动化船，如1964年日本为丹麦建造的“赛灵月”号(SELEM DAM)65型油船。该船除了机舱集中控制和驾驶室遥控主机外，还有火灾探测及自动灭火装置。在机舱、驾驶室和船员居住区之间设有通信和报警装置。其后，各国船级社陆续出台了满足不同程度自动化分级的一人或无人值班机舱船舶的技术标准，从而使舰船机舱自动化纳入规范化。 1.1、机舱自动化目前配置及其主要系统： 1.主推进装置自动化系统； 2.主柴油发电机组及电站自动化系统； 3.应急柴油发电机组自动化系统； 4.艏侧向推进装置遥控系统； 5.舰船自动减摇鳍/减摇水舱系统； 6.探火、易燃易爆气体探测、浸水报警、消防灭火等损害管制系统； 7.甲板机械自动化系统； 8.冷藏、空调、通风、辅锅炉或废气热油锅炉自动化系统； 9.焚烧炉、舱底水、生活污水、油净化器等环保设备自动化系统； 10.CO2/N2气等、惰性保护气体发生器系统； 11.离子膜海水制淡系统； 12.液货/干货(横向、纵向、垂直)补给系统； 13.直升飞机支援系统； 14.燃油/滑油输送阀控系统； 15.疏水/压载阀控系统； 16.液货阀控系统； 17.全船监测报警、打印系统； 18.冷藏集装箱控制监测系统； 19.其它辅助系统-传令、呼叫、时钟、监护等。
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船舶配套自动化系统概述 (最新版报告请登陆我司官方网站联系) 公司网址: https://www.doczj.com/doc/2c13244320.html, 1
目录 船舶配套自动化系统概述 (3) 1.1 船舶配套自动化系统的定义和分类 (3) 1.1.1 监测报警系统---AMS (3) 1.1.2 主机遥控系统 (3) 1.1.3 功率管理系统---PMS (5) 1.1.4 货油和压载系统 (5) 1.1.5 航行自动化系统---IBS (5) 1.1.6 综合自动化系统IMCS（Integrated Monitoring & Control System） (6) 1.2本市场调研重点关注AMS+PMS系统的市场情况 (7) 1.2.1 1000点以下的AMS监测报警系统的市场情况 (7) 1.2.2 1000点至2000点之间的AMS监测报警系统的市场情况 (8) 1.2.3 2000点以上的AMS监测报警系统的市场情况 (9) 1.3 用户需求 (10) 2
船舶配套自动化系统概述 1.1 船舶配套自动化系统的定义和分类 1.1.1 监测报警系统---AMS 船舶的监测与报警是船舶自动化的一个重要组成部分，它用来监测机舱中主机、辅机，货舱及辅助设备的运行情况。一旦运行设备发生故障，系统便自动发出声光报警，并在轮机员应答后，撤销声光报警，同时记忆故障状态。在故障排除时，自动或经复位后撤销故障记忆状态。在无人机舱模式下，系统不仅在驾驶室、集控室和机舱给出声光报警，而且还将报警延伸到公共场所、轮机长及值班轮机员处。先进的机舱监测报警系统不仅能够提高营运的经济性、安全可靠性，还能减少固定船员的配置数量，从而极大地推动了船舶自动化的进程和“智能型”船舶的实现。该系统的具体功能如下： 1、显示和打印： （1）动态显示被测参数； （2）动态实时显示电站系统各种状态图； （3）可进行运行参数全段、分页、故障、故障恢复及召唤等各种打印。 2、报警同时发出声光信号。声响报警信号应有信号收悉后的消声装置，但消声后不得影响后来报警信号的收悉。光报警信号应为闪光信号，当声响信号被消声时，闪光信号应同时转为平光信号，并一直保留到故障消除为止； 3、有关机器正常的停机和启动过程中，必然会引起某些控制参数过多地偏离整定值，此时考虑能自动联锁报警屏蔽线路，以防报警器误报警； 4、报警系统线路独立于安全系统，并独立于控制系统线路。同时应能对报警系统的所有声光报警和指示灯工作状况进行试验； 5、所有测点均可以进行整点自动记录、报警和消警记录及应急自动记录功能。 1.1.2 主机遥控系统 船舶主机遥控（Marine main engine remote control）是离开机旁在驾驶台或 3
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
船舶电站怎样实现自动控制 现时船舶自动电站的功能较多，其中每一部分都有相对的独立性，由总体控制将各部工作有机地协调起来，组合成一个系统。在系统的安排上应充分利用各单元的独立性，使各系统运用起来更加协调。如某部分出现故障时，仍可利用其它单元实现局部自动化和半自动化。 船舶电站自动化系统的功能：通过起动发电机组的自动合闸投入电网，自动并列，使负荷低时自动解列，自动调频调载，自动卸除次要负载，自动报警等电气设备组成。 船舶电站自动化系统包括：1、船舶电站的综合自动化系统。2、一般综合自动化功能。3、自动电站的总体控制系统的主要功能。 船舶电站综合自动化的主要任务是保证供电的安全可靠和改善劳动条件，同时也能提高运行的经济性。现归纳如下： 1、船舶发电站的备用发电机组应能负荷超过单机负荷（通常 是>85%）时10秒内起动并自动投入电网供电（有两台机组并联时），应自动同步投入。 2、各发电机的自动开关能防止短路时的重复合闸。 3、当电网电压，频率持续变低及负荷持续超过预定的最大值或运行 机组发生故障时，应在集控室的主、辅机控制台发出报警，并发出起 动机组指令，使备用发电机组迅速自动起动并自动投入电网供电。 4、当船舶电站过载时，应能自动卸除次要负载。 5、能自动起动的多台发电机组应装有程序起动系统或人工选择开 关，程序起动系统在某机组起动失灵或不能合闸时，应能自动地将起 动指令转移给另一台机组。 6、船舶电站的自动控制或遥控失灵时，应能进行手动控制或本地控 制。 7、瞬态条件所反应的信号，（如电动机的起动电流）不应使发电机 组产生不必要的自动起动。 8、当故障断电后又恢复供电时，各电动机负载能按程序起动，以免 过大的冲击电流而使主开关跳闸。 9、废气透平台发电机系统应能控制加热器循环水，使主机功率变化 时仍能保证正常供电。 10、控制台应能起动和停止发电机组接通或切断跨接母线，控制两路
船舶电力系统的基本参数有电流种类、电压等级和频率标准。它们决定了船舶电站工作的可靠性和电气设备的重量、尺寸、价格等。 一、电流种类的选择 电流有直流和交流两种。早期船舶多采用直流电力系统。30年代开始在军用舰船上采用交流电制，以后逐渐推广到各种船舶，50年代形成电制更替高潮。我国舰船在60-70年代完成了向交流电制过渡。然而舰船电力系统的电流种类，仍然会受到舰船能源类型或某种条件的限制，例如，采用蓄电池组为能源的常规潜艇，就很难推行交流电制；有较高调速要求的推进电力系统也往往采用直流电制。 交流电站与直流电站相比，前者设备成本和维护保养方面的费用及工作量比后者少得多；因为交流电动机没有整流子，结构简单、体积小、重量轻、运行可靠.鼠笼式电动机可以直接起动，控制设备少。此外，交流动力网络与照明网络之间可通过变压器实现电气隔离。使绝缘电阻低的照明电网基本上不影响动力电网。交流电制也有利于船舶电气化程度的提高和系统容量的增长。直流电站的优点是调压并车简单，电动机起动时冲击小。可实现大范圈平滑调速(这对电动起货机尤为有利)，蓄电池组充电毋须整流器等。然而，由于电力电子技术的发展，直流电制的优点越来越不明显，交流电制在国内外各种船舶中占了主要地位。 二、电压等级
确定电力系统及其负载的电压等级，是电力系统设计的一项重要内容。从减少导体电流的角度来看。提高电压是有利的，可以减小电器元件的导电截面，节约有色金属。如以电器在电压为127V时的重量为1，则当电压为220V、380V和500V时，电器的重量分别近似地等于0.58、0.33和0.25。 另一方面，电压的提高增加了电器灭弧的困难，为此对电气设备的绝缘和安全方面提出了更高的要求，需要加大灭弧间隙，这样又使电器的重量、尺寸增大，故在电压高于600V时，其重量、尺寸减小很少。 目前世界各国对电压等级的考虑，主要与本国陆上电制的参数能统一。我国发电设备具有230V(单相)、400V (三相)的额定电压。欧盟从1992年起规定低压发电没备的额定电压只允许使用230V/400V。由于船舶容量的增加，提高电压是必然趋势。在一些大型船舶、工锉船舶及舰船上，电站容量已达20 000-40 000kW以上，单机功率达3 000-5 000kW,这时仍采用400V电压等级已成为不可能。因为当三相400V和Cos=0.8，发电机额定相电流为5 700A时，就需要截面为电缆18根并联运行，这是不合理的。此外，这样大的电流使开关保护电器复杂化。 船舶电站额定电压有向中压发展的趋势。国际电工委员会建议采用3. 3kV电压；英美等国因为陆上有3.3，6. 6kV电压等级，所以这些国家在巨型船舶上采用 3.3，6.6kV；德国允许最高工作电源电压为11 000V。这是充分估计了船舶电压发展趋势的最高电压。我国电力
第26卷第3期江苏船舶V o.l26N o.3 2009年06月JI ANGS U S H IP June.2009船舶电站自动化管理系统分析 朱兴生1,庄肖波2 (1.镇江中船瓦锡兰螺旋桨有限公司,江苏镇江212011;2.江苏科技大学江苏镇江212003) 摘要:介绍了船舶电站自动化管理系统的基本功能和实现方案,分析了各方案的优缺点,并着重阐述了利用集成电路构建逻辑电路制造的自控装置来实现电站自动化和同步发电机准同步并车PLC控制系统的工作原理、硬件组成及软件设计。 关键词:船舶;电站;发电机并车;可编程控制器 中图分类号:U665.12文献标识码:A 0引言 随着社会的发展,船舶电气化从直流到交流,电压等级从380V至3.3KV,以及船舶轴带发电机的应用,船舶电站自动化程度越来越高。船舶电站自动化装置从20世纪60年代采用继电器控制技术及其后来的晶体管分立元件控制技术,到70年代的小规模集成电路及其后来的中大规模集成数字,模拟电路控制技术,至80年代的微处理控制技术,90年代的PLC、微机控制技术,船舶电站已形成完善的船舶自动电力管理系统。各种实现方案都有其优缺点,我们要根据不同的船型和自动化等级要求,以及成本要求,来选择合适的电站自动化系统。 1船舶电站自动化的主要功能 船舶电站综合自动化的主要任务是保证供电的安全可靠和改善劳动条件,同时也提高运行的经济性。无论是分立元件、集成电路组成的、还是微机或PLC控制的船舶自动电力管理系统,其大致功能有: (1)发电机组根据负载需要,自动起动、投入运行和自动停车。 (2)发电机和电网母线自动同步和自动并车。 (3)实现电网电压和频率的自动恒定。 (4)并联运行机组间自动实现负载(有功和无功)的分配和转移。 (5)按电站负载情况能自动卸除或投入次要负载。 (6)重载控制。 收稿日期:2009-04-12 作者简介:朱兴生(1975-),男,镇江中船瓦锡兰螺旋桨有限公司助理工程师,主要从事电气自动化工作;庄肖波(1973-),男,江苏科技大学电子信息学院硕士,讲师,研究方向为船舶自动化控制。 (7)发电机组运行程序的选择,以符合规定检修方案所给出的总运行时间。 (8)故障的自行报警自动保护与按一定程序自动投入相应的完好机组,并节除故障机组。 (9)自动巡回检测、报警和打印记录。 2目前几种电站自动化装置 (1)利用分立元件构建逻辑电路制造的自控装置。这种装置我国早在20世纪70年代已开始研制生产,如有自启停装置、调频调载装置及并车装置等产品。 (2)利用单片机系统开发的小型自控装置。我国各科研院所于20世纪80年代末开始研制,开发出各种功能的自控装置,如自启停、调频调载、并车等装置。 (3)利用集成电路构建逻辑电路制造的自控装置。如国外的DE I F、WOODWARD、S I E M E NS、SEL-CO公司开发的并车、调频调载装置。 (4)PLC系列电站自控装置。由于PLC本来就是为工业控制开发设计,具有开发简单、周期短的优点,而且还有对舰船电站的抗干扰能力强等优势,所以在国内的船舶上大量使用。 (5)利用工控微机开发的全自动监控装置。由于现代工控机具有极高的运行速度,功能齐全的外接电路板,大容量的存储空间,使其具有极强的控制能力。在它的基础上配合专业开发的外部信号处理板,使电站能够成为一个全自动的无人值守电站。 3电站自动化装置的分析与系统实现利用分立元件构建逻辑电路制造的自控装置该类产品经过数十年的发展,性能稳定可靠,但元器件复杂,易坏,维修困难,难以扩展构成全套的自控系
船舶电站操作 (750KW及以上船舶二/三管轮) 1,评估目的 通过本适任评估项目,使被评估者达到中华人民共和国海事局《海船船员适任考试与评估大纲》对船员所规定的实操,实做技能要求,满足国家海事局签发船员适任证书的必备条件. 2,评估内容 2.1 船舶电站的操作 (1)发电机手动准同步并车 (2)并联运行发电机组的负荷转移及分配 (3)发电机组的解列 2.2 船舶电力系统的继电保护及主要故障的判断和排除 (1)自动空气断路器的维护;主要故障的判断及排除 (2)发电机外部短路,过载,失(欠)压和逆功率故障的判断 (3)无功功率分配装置故障的判断及排除(均压线,电压调整装置) (4)船舶电网绝缘降低和单相接地故障的查找 2.3 船用蓄电池 (1)配制酸性蓄电池电解液 (2)测定蓄电池电压和电解液比重,判断蓄电池的状态 (3)蓄电池充电与过充电操作 (4)蓄电池维护保养要求及使用注意事项 2.4 船舶电站的管理与维护
(1)主配电板安全运行管理要求 (2)发电机主开关跳闸的应急处理 (3)船舶应急配电板的管理与维护 (4) 岸电箱的使用及其注意事项 3,评估要素及标准 3.1 船舶电站的操作 3.1.1 发电机手动准同步并车(20分) (1)评估要素: 能在2分钟内并上车且合闸瞬间电压差,频率差,相位差在允许范围内,同时待并机不产生逆功率. (2)评估标准: ①操作准确,熟练(20分); ②操作准确,比较熟练,(16分); ③操作准确,熟练程度一般,(12分); ④操作较差,只能完成部分操作(8分); ⑤操作差,无法完成(0～4分). 3.1.2 并联运行发电机组的负荷转移及分配(20分) (1)评估要素: 能在2分钟内完成手动功率分配及频率调整,要 求:ΔP≤5%Pe,Δf≤0.2Hz.(20分) (2)评估标准: ①操作准确,熟练(20分);
船舶自动化发展现状 全船综合自动化层次发展将成为船舶自动化技术的发展方向，全船综合自动化，是集机舱自动化、机械自动化、航行自动化、装载自动化等一体的多功能综合系统，该系统通常有两个工作母站、若干个分控制系统及若干个工作分站组成。通常一个工作母站设在机舱控制室，另一个工作母站设在驾驶室。两个工作母站完全独立，可单独或同时操作，并互为备用。分控制系统将根据船舶种类和自动化程度而定，如主机遥控、电站管理、机舱检测报警等。所有工作母站和分控制系统采用高速传输技术组成一个综合网络系统，在网络上根据需要连接一定数量的工作分站，从而达到在船舶重要部位对各设备进行检测和操纵等目的。同时，其工作分站可以作为一个窗口，执行岸与船、船与船之间的对话，进行各种信息交流、咨询、设备维护、故障诊断、资料查阅、备件查询、船舶管理等业务活动，通过与船舶对外通信设备联网，借助于数据传输、电子邮件等各种通信手段，从而最大程度提高船舶航行的安全性、可靠性和经济性。 标签：船舶；综合自动化；集成控制系统 随着我国船舶工业的电气自动化程度，电气化性能和技术水平已有了迅猛发展，不少设备通过引进、消化、吸收国外先进技术，也以达到了国际先进水平。随着我国综合国力的提高，船舶自动化技术必将有新的更大的突破。 当今世界在船舶自动化方面正在进行着根本性地变革。航海人员对船舶自动化的理想已成为现实。 船舶航行技术的现代化，卫星通讯、卫星导航、智能型柴油机、无人操控机舱、电脑自动控制配载仪、自动导航设备、各种船用自动控制设备等等，给了IT 行业、电气行业等带来了研发课题和发展空间，使船舶行业和信息产业链之间连接更密切。近年来我国信息产业、IT产业的发展也为船舶工业的发展给予了极大的支持。电脑技术在船舶上的应用越来越广泛，船舶自动化、信息化水平也越来越高。 从船舶导航与驾驶自动化技术的发展来看，现代船舶对操纵安全性、可靠性到航行的成本有更高的需求。20世纪70年代，国外海上自动航行系统，即初期的综合桥楼系统（IBS）就适应这种用户要求问世了。目前，世界上先进国家已研制推出第三代、第四代不同类型的综合桥楼系统（IBS）。应用计算机、现代控制、信息处理等技术，将船上的各种导航、操作控制和雷达避碰等设备有机的组合起来，对导航、驾驶、机动航行、航行管理、航线计划、避让、轮机监控、自动监测、自动报警等功能实施控制，以最少的人力、最低的人力消耗，实现船舶自动化航行。系统的主要特点是具有完善的综合导航、自动操船、自动避碰、丰富的图形界面、通信和航行管理控制自动化等多种功能，从而实现船舶航行的高度自动化，提高航行的安全性、经济性和有效性。船舶导航与驾驶自动化系统是具有航海专家数据库的支持，以及国际通用电子海图技术支持的数字化、智能化、模块化和集成化的综合导航与驾驶控制的网络系统。