基于PLC的船舶電站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

中國船級(jí)社實(shí)業(yè)公司廣州分公司 杜一民

引言

現(xiàn)階段，我國工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)正處于快速發(fā)展階段。PLC作為電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主要組成部分，現(xiàn)已成為電氣領(lǐng)域最具發(fā)展?jié)摿Φ母咝录夹g(shù)產(chǎn)品之一。此外，由于現(xiàn)代PLC控制技術(shù)具有適用范圍廣、抗干擾能力強(qiáng)及操作簡單這三大優(yōu)勢(shì)，因此該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制系統(tǒng)領(lǐng)域。同理可知，船舶自動(dòng)化控制系統(tǒng)亦是相同。當(dāng)前我國船舶電站控制系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)部分自動(dòng)化控制，即繼電器系統(tǒng)及電子電路控制系統(tǒng)，但這兩種系統(tǒng)存在線路復(fù)雜、抗干擾能力差、維修工作量大等問題。基于此，為有效提高船舶安全性、生產(chǎn)效率，通常采用PLC控制技術(shù)對(duì)船舶進(jìn)行自動(dòng)化控制。

1.基于PLC的船舶電站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

首先，PLC控制系統(tǒng)主要由信號(hào)處理板、電源板及操作控制顯示板三大部分組成，所需設(shè)備主要有PLC、信號(hào)處理板、電源等，系統(tǒng)參數(shù)則是由PLC編程器經(jīng)在線監(jiān)視及修改而來。PLC在整個(gè)電站控制系統(tǒng)中主要用于發(fā)電機(jī)組運(yùn)行控制、故障處理、調(diào)節(jié)頻率，從而保證機(jī)組整體的正常運(yùn)行。

1.1 硬件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的硬件主要由PC上位機(jī)、PLC、智能模塊及發(fā)電機(jī)等部分構(gòu)成，具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。PLC是電站控制系統(tǒng)的重要組成部分，此外，發(fā)電機(jī)組智能模塊亦是核心設(shè)備之一。PC上位機(jī)的主要功能是在線監(jiān)控發(fā)電機(jī)組的運(yùn)作狀態(tài)，它還能直接對(duì)船舶電站部分功能進(jìn)行控制監(jiān)測(cè)。監(jiān)控界面能直接顯示船舶電站運(yùn)行狀態(tài)。

圖1 船舶電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 軟件設(shè)計(jì)

PLC能有效控制發(fā)電機(jī)組智能控制模塊，從而間接完成對(duì)發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的全面控制，除此之外，電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)及并車、自動(dòng)結(jié)束運(yùn)轉(zhuǎn)等功能亦需借助PLC控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。在發(fā)電機(jī)及電網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集過程中，需利用上位機(jī)監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控，監(jiān)測(cè)結(jié)束后PLC再將發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)傳輸至上位機(jī)監(jiān)控軟件，最后通過顯示界面呈現(xiàn)出船舶機(jī)電的工作狀態(tài)。

由上文可知，船舶自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件主要指PLC控制軟件及上位機(jī)監(jiān)控界面軟件，其中， PLC控制軟件的主要工作內(nèi)容是數(shù)據(jù)處理及控制執(zhí)行；上位機(jī)監(jiān)控界面軟件的工作內(nèi)容是顯示船舶實(shí)時(shí)狀態(tài)的相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警。

1.3 通信實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)通信是實(shí)現(xiàn)船舶電站全面控制的主要步驟之一，本文選取HGM6510控制模塊為研究對(duì)象，從而對(duì)船舶電站系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行探究。首先，HGM6510控制模塊與PLC、PLC與上位機(jī)間均存在通信協(xié)議，其中HGM6510控制模塊與PLC間的通信協(xié)議需借助 CAN總線通信協(xié)議來完成。船舶電站控制系統(tǒng)設(shè)備間的通信狀態(tài)是影響控制系統(tǒng)整體性能的關(guān)鍵因素，系統(tǒng)設(shè)備之間通信協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 船舶電站控制系統(tǒng)設(shè)備之間通信協(xié)議

2.實(shí)際應(yīng)用

不同種類的船舶電站控制系統(tǒng)需配置對(duì)應(yīng)的柴油發(fā)電機(jī)組，此外，機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間還需根據(jù)實(shí)際情況而定。每一個(gè)控制系統(tǒng)都必須對(duì)在線監(jiān)視機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)及其工況做出適當(dāng)調(diào)整。比如脈沖寬度的調(diào)整需控制在0.5s -2s范圍內(nèi)，從而使得頻差與綜合信號(hào)相適應(yīng);針對(duì)一些陳舊船舶，脈沖寬度的調(diào)整范圍則需控制在1s-5s范圍內(nèi);針對(duì)保養(yǎng)不當(dāng)?shù)拇?，脈沖寬度的調(diào)整范圍需控制在5s-20s范圍內(nèi)，以此保證調(diào)速器的有效性。

通常發(fā)電機(jī)的電壓、電流、失壓、超速、逆功率的各項(xiàng)整定值可以允許終端用戶根據(jù)自身所需進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。但為保證系統(tǒng)運(yùn)行安全，通常在安裝調(diào)試完畢后，不允許用戶自行修改信息。

3.結(jié)論

綜上所述，PLC控制系統(tǒng)適用范圍廣、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高及操作簡便，功能擴(kuò)展方便，因此該項(xiàng)技術(shù)在船舶電站控制領(lǐng)域具有十分可觀的發(fā)展前景。基于此背景，本文以S7-200PLC為例，對(duì)船舶電站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳盡闡述，從而實(shí)現(xiàn)PLC船舶電站控制系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的在線監(jiān)視與在線修改。除此之外，隨著社會(huì)科技的持續(xù)發(fā)展，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)勢(shì)必會(huì)在國內(nèi)外機(jī)電行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。