開(kāi)題報(bào)告

電氣工程及自動(dòng)化

基于PLC的船舶發(fā)電機(jī)自起動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)明選題的依據(jù)和意義

船舶作為運(yùn)輸工具的歷史，幾乎和人類文明史一樣悠久。從遠(yuǎn)古的獨(dú)木舟發(fā)展到現(xiàn)代的運(yùn)輸船舶，大體經(jīng)歷了四個(gè)時(shí)代：舟筏時(shí)代、帆船時(shí)代、蒸汽機(jī)船時(shí)代和柴油機(jī)船時(shí)代。在船舶的發(fā)展歷程中船舶作為一種水上的運(yùn)輸工具在不斷地創(chuàng)造和完善下，逐漸的向大型化、專業(yè)化、高速化和自動(dòng)化發(fā)展。如今一艘好的船必須要有一個(gè)完善的船舶電力系統(tǒng)。而船舶電站作為船舶電力系統(tǒng)中的核心，是船舶的重要組成部分，電站供電的連續(xù)性、可靠性和供電質(zhì)量，將會(huì)直接影響到船舶安全、經(jīng)濟(jì)航行和船舶的生命力。船舶電站工作的可靠性和系統(tǒng)的生命力是衡量一個(gè)電站好壞的兩個(gè)重要指標(biāo)?？煽啃灾冈诟鞣N不利的工作環(huán)境下，電站的各項(xiàng)電氣設(shè)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(shí)，電力系統(tǒng)仍能保證不間斷供電的能力。近些年來(lái)，計(jì)算機(jī)、通信、控制等技術(shù)的迅速發(fā)展外加隨著船舶的大型化和多功能化發(fā)展，對(duì)船舶電站自動(dòng)化水平和要求也是越來(lái)越高。船舶電站自動(dòng)化是如今船舶電站發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，船舶電站的自動(dòng)化能夠維持電站供電的連續(xù)性和持續(xù)性，提高船舶的生命力，減輕船員的值班強(qiáng)度，改善船員工作環(huán)境，充分利用人力。

船舶電站由原動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和主配電裝置組成，它為船舶上的工作機(jī)械和生活設(shè)備提供電源。電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是電站設(shè)計(jì)，電站的組成方案由船舶負(fù)荷的供電需求來(lái)確定，同時(shí)進(jìn)行電源設(shè)備的選型和布置。在船舶自動(dòng)化電站中，要使發(fā)電機(jī)組可以自動(dòng)并車投入運(yùn)行，首先的工作是要確定發(fā)電機(jī)組能夠根據(jù)指令自動(dòng)啟動(dòng)或停止。所以，發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)控制是船舶電站自動(dòng)化的重要內(nèi)容。在研究具有多臺(tái)發(fā)電機(jī)組并聯(lián)供電的船舶電站中，如果要實(shí)現(xiàn)電站的自動(dòng)化，首先前提是要有一個(gè)總體的控制系統(tǒng)來(lái)收集、分析來(lái)自各個(gè)環(huán)節(jié)的信息和參數(shù)，并且能夠自動(dòng)快速的采取適當(dāng)?shù)拇胧?，能及時(shí)處理電站在運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的各種情況。然后通過(guò)控制系統(tǒng)使得相應(yīng)的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)給出的指令要求，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。

船舶電站自動(dòng)化的發(fā)展在早期就已經(jīng)悄然開(kāi)始，早在上世紀(jì)60年代初期，一些國(guó)家就著手于船舶電站單元化控制的研究，其中英國(guó)的MMF自動(dòng)并車裝置、日本的XET自動(dòng)并車和XPT自動(dòng)負(fù)荷分配裝置是當(dāng)時(shí)的代表性作品。到70年代中后期，人們?cè)谏鲜龌A(chǔ)上將它們組合成了成套電站自動(dòng)化控制裝備，“里言斯頓”號(hào)船上的SEPA系統(tǒng)、“星光”號(hào)船上的系統(tǒng)都是典型的代表。到80年代，由于微型網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，出現(xiàn)了一批微機(jī)分布式網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，像西門子、AEG等國(guó)際著名品牌，擁有目前國(guó)際上最先進(jìn)的技術(shù)。近幾年，國(guó)內(nèi)研制使用的電站自動(dòng)化產(chǎn)品，在技術(shù)上與國(guó)外的產(chǎn)品還存在的一定的差距，在測(cè)量、穩(wěn)定性及控制精度等方面都不太理想。所以想要研制出自動(dòng)化更高，性能更好的船舶電站的微機(jī)處理系統(tǒng)，研究船舶電站中應(yīng)用到的微機(jī)處理系統(tǒng)在今天仍有相當(dāng)大的意義。

船舶電站的自動(dòng)化離不開(kāi)電站的監(jiān)控系統(tǒng)，現(xiàn)代船舶電站主要的監(jiān)控系統(tǒng)為以下兩種模式：集散型監(jiān)控系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線型監(jiān)控系統(tǒng)。集散型監(jiān)控系統(tǒng)DCS（Distributed

Control

System）是由計(jì)算機(jī)（Computer）、顯示（CRT）、控制（Control）和通信（Communication）技術(shù)發(fā)展而來(lái)的產(chǎn)物，是以微機(jī)理機(jī)位基礎(chǔ)的，對(duì)生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)采集和各種過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、分散控制的綜合計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。這系統(tǒng)如今在國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化船舶上的應(yīng)用逐年的增多，它的功能強(qiáng)大，技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和可靠性更高?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS（Fieldbus

Control

System）是利用現(xiàn)場(chǎng)總線作為下面子系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)，而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控功能。主要利用智能I/Q模塊、數(shù)字傳感器和執(zhí)行器等存在于現(xiàn)場(chǎng)的系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行監(jiān)控，F(xiàn)CS的主要發(fā)展方向是保證資源的共享，通過(guò)不斷地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)進(jìn)行完善，進(jìn)一步增強(qiáng)它的可靠性和實(shí)時(shí)性，為今后船舶集監(jiān)、控、管于一體的網(wǎng)絡(luò)型電站自動(dòng)化的構(gòu)建和實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ)。

在船舶電站的控制系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行是其中的一個(gè)子系統(tǒng)，為了使得發(fā)電機(jī)在額定的負(fù)載下運(yùn)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(tái)或兩臺(tái)以上的發(fā)電機(jī)來(lái)滿足因?yàn)樨?fù)荷的大小帶來(lái)的不同的運(yùn)行方式，從而使發(fā)電機(jī)始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。在發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的過(guò)程中，采用PLC控制，能夠很好的獨(dú)立完成發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)、并車、調(diào)頻調(diào)載、停機(jī)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(shí)間繼電器，往往使電站有體積大、線路復(fù)雜、接點(diǎn)多，故障多且維修困難等很多缺點(diǎn)，而可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)眾優(yōu)點(diǎn)于一身的一種新型、通用的自動(dòng)控制裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)越、使用方便、易于編程等優(yōu)點(diǎn)，在如今的自動(dòng)化控制、機(jī)電一體化等方面得到了廣泛的應(yīng)用，且在世界范圍內(nèi)取得了PLC及其網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)量、銷量、用量高居各種自動(dòng)化設(shè)備的榜首的殊榮。

PLC（Programmable

Logical

Controller）稱為可編程控制器，隨著工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，PLC從問(wèn)世以來(lái)，引起了國(guó)內(nèi)外電氣行業(yè)的普遍關(guān)注，如今已經(jīng)成為有發(fā)展前景和影響力的一項(xiàng)高新技術(shù)產(chǎn)品。從軟PLC開(kāi)始投入工業(yè)使用到目前，歐美等西方國(guó)家都把軟PLC作為一個(gè)重點(diǎn)投資對(duì)象進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，典型的產(chǎn)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(dòng)化公司推出了自己的產(chǎn)品，如德國(guó)KW公司的MULTIPROG；Wellspring

Solutions公司的OA2Control；BECKHOFF公司的TwinCAT等等。相對(duì)國(guó)外的研究概況，國(guó)內(nèi)在PLC1996年引進(jìn)以來(lái)，由于起步晚，一些公司和機(jī)構(gòu)還不能推出比較完整的產(chǎn)品，但正在研究具有自主版權(quán)的中文版PLC產(chǎn)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(shuō)PLC具有很大的發(fā)展?jié)摿?，但還有一些問(wèn)題需要解決，例如PLC受其操作系統(tǒng)Windows

NT的響應(yīng)時(shí)間限制，可靠性還有待加強(qiáng)等問(wèn)題。今后幾年內(nèi)PLC將在以下的4個(gè)方面著重發(fā)展：進(jìn)一步提高系統(tǒng)的開(kāi)放性，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性與實(shí)時(shí)性，提高網(wǎng)絡(luò)通訊能力和與第三方軟件的整合性，加強(qiáng)和改善企業(yè)整合能力。

二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題：

研究的基本內(nèi)容：

1、熟悉船舶發(fā)電機(jī)自起動(dòng)系統(tǒng)。

2、對(duì)船舶發(fā)電機(jī)并車的條件分析和設(shè)計(jì)。

3、采用PLC控制系統(tǒng)，用MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行發(fā)電機(jī)自起動(dòng)的監(jiān)控。

擬解決的主要問(wèn)題：

1、船舶發(fā)電機(jī)自起動(dòng)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和自起動(dòng)控制的流程進(jìn)行研究。

2、對(duì)發(fā)電機(jī)自起動(dòng)中主要涉及的準(zhǔn)同步并車的一些條件進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。

3、對(duì)船舶發(fā)電機(jī)自起動(dòng)系統(tǒng)做簡(jiǎn)單的監(jiān)控。

三、研究步驟、方法及措施：

步驟及方法：

1、了解船舶發(fā)電機(jī)工作原理。

2、對(duì)需要用到的PLC軟件、MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行參考學(xué)習(xí)。

3、了解發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同步并車的特點(diǎn)。

4、對(duì)準(zhǔn)同步并車需要的條件進(jìn)行分析和研究。

5、用MCGS對(duì)發(fā)電機(jī)自起動(dòng)做簡(jiǎn)單的監(jiān)控畫(huà)面。

6、對(duì)發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的保護(hù)做介紹。

措施：

到圖書(shū)館借閱船舶自動(dòng)化和船舶電站等相關(guān)書(shū)籍、期刊等，然后上網(wǎng)搜尋與課題有關(guān)一些資料，以獲取關(guān)于船舶電站自動(dòng)化系統(tǒng)在當(dāng)代的發(fā)展情況和最新成果的信息。通過(guò)學(xué)習(xí)MCGS和PLC軟件，進(jìn)一步熟悉和擴(kuò)展設(shè)計(jì)所需的知識(shí)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中積極與指導(dǎo)老師交流，遇到不懂的地方及時(shí)向老師請(qǐng)教。

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