淺析PLC在船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

孔禮　馮蕊

摘 要：船舶電站是船上電能最重要的來源，也是船舶電力系統(tǒng)的核心，有效地監(jiān)管與控制它的運(yùn)行過程對于保證船舶電力系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。將各系列的PLC與智能軟件相結(jié)合并應(yīng)用到船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)船舶電站穩(wěn)定的運(yùn)行和高效的監(jiān)控管理，提高了船舶電站的自動化程度。

關(guān)鍵詞：PLC;船舶電站;監(jiān)控系統(tǒng);自動化

0 引言

隨著PLC控制器的不斷發(fā)展，同時為了滿足船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)自動化的需求，人們將PLC應(yīng)用到船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)上，充分利用PLC的功能和優(yōu)勢來對船舶電站進(jìn)行控制。據(jù)此，本文簡單地介紹了部分PLC控制器在船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，幫助人們初步了解船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)自動化是如何實(shí)現(xiàn)的。

1 PLC在船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

基于PLC控制器的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被大量應(yīng)用在工業(yè)自動化領(lǐng)域，PLC具有成本低、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、安裝簡單、維修便利等特點(diǎn)。在目前的船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)中，主要應(yīng)用到了S7-200/S7-300 PLC、FX2N PLC和施耐德系列PLC。在如今的船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了S7-300PLC與Labview結(jié)合，F(xiàn)X2N PLC與組態(tài)軟件MCGS結(jié)合，F(xiàn)X2N PLC、CC-Link/LT和Labview三者結(jié)合、Modicon M340 PLC和PPU結(jié)合、FX2N PLC與可視化軟件VB結(jié)合，正是PLC與這些軟件或控制器有效結(jié)合，使得PLC在船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)中能夠發(fā)揮豐富的功能、能夠可靠地工作，從而實(shí)現(xiàn)船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)的自動化。

1.1 PLC在船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)中的工作方式

PLC作為下位機(jī)，主要是通過RS-485總線通信接口與上位機(jī)PC機(jī)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令傳輸，同時可利用MCGS組態(tài)軟件，讓PLC界面與PC界面相關(guān)聯(lián)并且得到控制。PLC也與各發(fā)電機(jī)組、柴油機(jī)以及電網(wǎng)相連接，用傳感器和變送器采集數(shù)據(jù)，主要收集的運(yùn)行數(shù)據(jù)包括：柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速、溫度和震幅等，電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)組的電壓、頻率、功率等，這些監(jiān)測到的數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)信號方式或BCD碼通過I/O接口傳輸?shù)絇LC，這個過程根據(jù)已定的PLC程序運(yùn)作，PLC將收集到的運(yùn)行參數(shù)先進(jìn)行簡單處理，依據(jù)得到的電壓、電流、溫度等參數(shù)進(jìn)行判斷，再通過通信接口將一些重要的數(shù)據(jù)傳輸出到上機(jī)位，PC機(jī)將這些數(shù)據(jù)與相應(yīng)設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，完成對比后，向PLC傳輸特定的指令，控制參數(shù)由PLC的模擬量輸出或數(shù)字輸出到對應(yīng)的執(zhí)行設(shè)備上，同時控制端對這些參數(shù)進(jìn)行存儲、打印。

1.2 PLC在船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)中的功能

（1）在船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)中，PLC作為主控器對柴油機(jī)發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后將已經(jīng)處理的數(shù)據(jù)傳輸出去。

（2）PLC通過控制發(fā)電機(jī)組智能控制模塊來對待并網(wǎng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的起動、并車、停止、調(diào)頻以及調(diào)速等功能，同時采集發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)的實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)，并上傳到監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)實(shí)時監(jiān)控的功能。

（3）PLC將柴油發(fā)動機(jī)的溫度、轉(zhuǎn)速、震動等實(shí)時參數(shù)上傳，從而完成監(jiān)控系統(tǒng)對柴油機(jī)運(yùn)行狀況的實(shí)時監(jiān)控。

（4）PLC通過對設(shè)備參數(shù)地處理，可完成設(shè)備的故障分析和故障排除等工作，從而提高了船舶電站的安全性和可靠性。

1.3 船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)的改進(jìn)

（1）在PLC控制的電網(wǎng)系統(tǒng)中，可以采用Profibus - DP總線結(jié)構(gòu)，利用智能儀器，把全部用電節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?shù)絇LC的I/O接口，從而完成對現(xiàn)場設(shè)備的動態(tài)監(jiān)控，也可當(dāng)作控制總線，傳輸PLC發(fā)送的調(diào)控指令。

（2）PLC可與GPC結(jié)合，GPC和PLC利用反饋原理，能夠控制發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)、調(diào)整發(fā)電機(jī)的頻率，這時沒有上位機(jī)的參與，大大降低了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸，因而提高了系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)作效率。

（3）PLC可與PPU控制器配合使用，能夠完成自動同步并車、控制功率和頻率以及保護(hù)和顯示等功能，從而實(shí)現(xiàn)對船舶電站的控制。

2 基于PLC控制的船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)分類

隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，使得PLC在模擬、測量和邏輯控制等方面有著廣泛的應(yīng)用，在船舶電站中逐漸產(chǎn)生了集中式監(jiān)控系統(tǒng)（CCS）、集散型監(jiān)控系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場總線型監(jiān)控系統(tǒng)（FCS）三種基于PLC控制的監(jiān)控系統(tǒng)，在目前的船舶電站中主要使用的是現(xiàn)場總線型監(jiān)控系統(tǒng)。

2.1 CCS

采用功能強(qiáng)大、運(yùn)行速度快的PLC的集中式監(jiān)控系統(tǒng)的功能是實(shí)現(xiàn)對船舶電站柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行較為集中的監(jiān)測和控制，它可以同時監(jiān)測船舶電站設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)，可替代像頻率、轉(zhuǎn)速、電壓這些模擬調(diào)節(jié)器。

2.2 DCS

集散型監(jiān)控系統(tǒng)是能夠同時將集中管理和分散控制相結(jié)合的控制系統(tǒng)，它主要是由PLC、調(diào)節(jié)器以及計算機(jī)組成。該系統(tǒng)根據(jù)船舶電站各種設(shè)備的位置分布，將以PLC為核心的采集和控制單元按照就近原則設(shè)置在這些設(shè)備位置附近。該系統(tǒng)設(shè)備可以通過模擬信號和數(shù)字信號來實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間以及通信接口之間的信號傳遞，數(shù)字信號逐漸成為信號傳遞的主要方式。

2.3 FCS

現(xiàn)場總線型控制系統(tǒng)是以集散式監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的監(jiān)控系統(tǒng)，它把現(xiàn)場總線作為每個子系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)，使得每個現(xiàn)場都擁有監(jiān)控功能?，F(xiàn)場總線型控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)由分散到現(xiàn)場的控制，它通過“總線”的方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。在現(xiàn)場，F(xiàn)CS利用智能I/O模塊和智能儀器實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的組態(tài)，數(shù)據(jù)的采集、處理、輸出以及控制運(yùn)算都是由現(xiàn)場的智能設(shè)備完成，通過雙向現(xiàn)場總線的方式完成全部數(shù)據(jù)和指令傳輸，實(shí)現(xiàn)信息資源共享，因此使得現(xiàn)場信息的可利用程度得到了有效提高，增強(qiáng)了整個系統(tǒng)的可靠性。

3 結(jié)束語

可編程邏輯控制器PLC擁有豐富的功能，具有優(yōu)良的穩(wěn)定性和可靠性，在目前的船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用PLC控制器，充分地利用了PLC的技術(shù)優(yōu)勢，隨著PLC的不斷發(fā)展，船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)愈加智能化、自動化，將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)船舶電站的自動化。

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