（轮机工程专业论文）基于组态软件的船舶电站监控系统.pdf

中文摘要 摘要 船舶电站是船舶电力系统的核心，它的工作质量直接影响到全船整体性能。 实现船舶电站的实时监控是实现机舱自动化的重要组成部分。现代船舶电站主流 监控系统是以计算机通讯技术和现场总线技术为基础的多层网络式监控。随着船 舶自动化要求的日益提高，设计船舶电站的自动化和智能化管理系统成为必然趋 势，在实际应用中具有重大现实意义。 本文以青岛远洋船员学院实训电站实际资料为基础，详细阐述了实训电站配 电板外型布置图和电路原理图，以及船舶电站管理单元的组成、配置和功能。以 该电站的船舶电站管理系统作为下位机监控系统。该实训电站以l 台s 7 3 0 0p l c 为 第一类主站，以3 台d e i f 公司的p p u 为d p 从站构建了p r o f i b u s d p 网络。下位机 p l c 监控程序利用s t e p7 编程软件完成。 上位监控操作站是由1 台p c 机和北京亚控公司的k i n g v i e w 6 5 3 组态软件构 建。监控站通过网卡c p5 6 11 与p l c 的m p i 通信口1 对1 连接，通过p l c 读取所需从站 数据和完成远程监控组态工作。利用k i n g v i e w 6 5 3 组态软件进行了上位机监控系 统的设计。根据船舶电站的控制功能和操作习惯，设计监控系统可视化界面。所 设计的人机界面友好，形象直观，能够使操作员充分掌握整个电站系统的运行状 态，从而根据电站具体的现场情况做出相应的控制动作。 此外，p l c 还配置有通讯模块c p3 4 3 1 ，可用来实现工业以太网通讯，这样可 以使船舶电站很好的挂接在全船网络系统中，为实现机舱自动化提供基础。 关键词：船舶电站；现场总线；组态软件；p l c 一一 茎塞塑壅 一一_ ，_ 一一 。 a b s t r a c t s h i pp o w e rs t a t i o ni st h ec o r eo ft h es h i pp o w e rs y s t e m ，t h eq u a l i t yo f i t sw o r k d i r e c u va _ 骶c t st h eo v e r a l lp e r f o r m a n c eo ft h e e n t i r es h i p t oa c h i e v er e a l t i m e m o n i t o r i n go fs h i pp o w e rs t a t i o ni sa ni m p o r t a n tp a r to fa u t o m a t i o no fe n g i n er o o m t h em a i n s t r e a mo fm o d e mm a r i n ep o w e rs t a t i o nm o n i t o r i n gs y s t e m i sm u l u l a y e r n e t w o r km o n i t o r i n gb a s e do nc o m p u t e rt e c h n o l o g y a n df i e l db u sc o m m u n i c a t i o n s t e c h n o l o g y w i t ht h ei n c r e a s i n gr e q u i r e m e n t so fs h i pa u t o m a t i o n ，t h ed e s i g no fs h i p p o w e rs t a t i o na u t o m a t i o na n di n t e l l i g e n tm a n a g e m e n ts y s t e mh a sb e c o m ea ni n e v i t a b l e t r e n di np r a c t i c a la p p l i c a t i o n s ，w h i c hi so fg r e a tp r a c t i c a ls i 鲥f i c a n c e b a s e do nt h ea c t u a ld a t ao ft h et r a i n i n gp o w e rs t a t i o no fq i n g d a oo c e a nc r e w h l s t i t u t e ，t h i sp a p e rs t a t e di nd e t a i lt h el a y o u to ft r a i n i n gs w i t c h b o a r ds t a t i o na n d c i r c u i t s c h e m a t i cd i a g r a m ，a sw e l la st h eb u i l d u p ，c o n f i g u r a t i o na n df u n c t i o n so fs h i pp o w e r s t a t i o nc o m p o n e n tm o d u l e s i nt h i st r a i n i n gp o w e rs t a t i o n , s t a t i o np o w e rs t a t i o n m a l l a g e m e n ts y s t e ms e r v i n g a st h en e x t b i tm a c h i n em o n i t o r i n gs y s t e m ，1s e to f $ 7 - 3 0 0 p l cf o rt h ef i r s tc a t e g o r yo ft h em a i np o i n t ，3s e to f d e i fd ps l a v ef o rt h ep p u t o b 试l dap r o f i b u s d pn e t w o r k , p l c b i tm a c h i n eu n d e rm o n i t o r i n gp r o c e d u r e i s c o m p l e t e db ys t e p7p r o g r a m m i n g s o f t w a r e h o s tm o n i t o r i n gs t a t i o ni sc o m p o s e do f 1s e to fp ca n dk i n g v i e w 6 5 3 ， c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r eo fb e i j i n ga s i a - c o n t r o lc o m p a n i e s m o n i t o r i n gs t a t i o ni s 1 - t o - 1 c o r u l e c t e d 、v i mt h ep l c sm p ip o r tt h r o u g ht h ec a r dc p5 6 11 ，t h er e q u i r e dd a t af r o m s u b s t a t i o no b t a i n e dt h r o u g ht h ep l ca n dt h ew o r ko fr e m o t em o n i t o r i n gc o n f i g u r a t i o n c o m p l e t e d m o n i t o r i n gs y s t e mo fh o s tc o m p u t e rw a sd e s i g n e db yk i n g v i e w 6 5 3 ， v i s 砌i z a t i o ni n t e r f a c eo fm o n i t o r i n gs y s t e mw a sd e s i g n e du s i n gp c s o f t w a r ea c c o r d i n g t ot h es h i p ，sp o w e rs t a t i o nc o n t r o la n do p e r a t i o no ft h eh a b i t t h ed e s i g n e df r i e n d l y , i m a g e sa n dm a n i f e s t m a l l m a c h i n ei n t e r f a c ee n a b l e so p e r a t o r st of u l l yg r a s p t h e o p e r a t i o no ft h ee n t i r ep o w e rs t a t i o ns y s t e m , a n dt h e r e b y t om a k et h ec o r r e s p o n d i n g c o n t r o la c t i o ni na c c o r d a n c e 谢m 血es p e c i f i cs i t u a t i o no fp o w e r s t a u o ns i t e i na d d i t i o n ，p l ci sa l s oe q u i p p e dw i t hc o m m u n i c a t i o nm o d u l ec p3 4 3 - 1 ，w h i c h c a nr e a l i z ei 1 1 d 1 i s t r i a le t h e m e tc o m m u n i c a t i o n sa n dt h i sc o u l dm a k eav e r yg o o ds h i p p o w e rs t a t i o nm o m a t e di nt h es h i pn e t w o r ks y s t e m s ，i no r d e rt op r o v i d ea b a s i sf o rt h e r e a l i z a t i o no fe n g i n er o o ma u t o m a t i o n 英文摘要 k e yw o r d s ：s h i pp o w e rs t a t i o n ；f i e l db u s ；c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e ；p l c 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文竺基王组态毯住的篮自自监控丕统： 。除论文中已经注 明引用的内容外，对论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。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或 未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 阻 学位论文作者签名：蔓魅 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论 文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式 出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口在年解密后适用本授权书。 不保密团( 请在以上方框内打“4 ) 做作者签名：锄导师签名：驺搀 日期：2 夕年月日 基于组态软件的船舶监控系统 第1 章绪论 1 1 船舶电站自动化概述 随着船舶的大型化和自动化以及电了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也越来越高。船舶电站 自动化近一十年来发展十分迅速，自动监控水平得到了极大的提高。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p l c 与组态软件相配合 来实现船舶电站的监控是一种即方便有可靠的方法。 1 1 1 船舶电站监控系统的作用 船舶电站自动化是轮机自动化的重要组成部分，由此带来了众多的好处：能够 提高电站供电的连续性和极高的可靠性，增强船舶的生命力，提高电站供电的品 质；改善船员的工作条件，减轻值班强度；同时还可以提高船舶运行的经济指标。 船舶电站综合控制系统通常包括以下内容： ( 1 ) 发电机依据电站运行情况和实际负荷需要，按预定顺序自动起动备机机组， 并能自动投入，自动停机。 ( 2 ) 故障状态下自动解列、停机控制。 ( 3 ) 发电机组之间的自动并车、电压及无功功率的自动调节、并联运行中功率 的自动分配、转移与电网频率的自动调整，重载询问。 ( 4 ) 船舶电站综合保护( 包括发电机组机电故障的自动处理与报警) 。 ( 5 ) 运行状态显示及故障监控( 包括全船断电、欠频监视) ，系统给定参数的 监视与修改。 1 1 2 船舶电站监控系统的总体构成 船舶电站的监控系统一般由电站自动控制系统、自动监测报警系统和安全系 统三个互相独立又互相关联的系统组成l l 】。 ( 1 ) 控制系统：能够自动处理电站出现的一般故障、严重故障，进行电站功 率的自动管理以及电压、频率的恒定和柴油发电机组的自起动、并车、解列等各 项控制功能。 第1 章绪论 ( 2 ) 自动监测报警系统：自动监测报警系统的任务首先是自动地实时监测电 站各设备运行参数和运行状态，这些设备包括机组原动机、发电机、配电系统的 机械参数、电气参数和运行状态，监测量可以是模拟量，也可以是开关量。其次， 自动监测报警系统将监测量的监测结果实时与事先设定的限定值进行比较，当被 测量越限时，将会发出相应的声光报警信号，并设有相应的报警应答装置。最后， 监测报警系统的另一个任务是对监测结果打印、记录、并对被测参数的越限情况 进行登记。 ( 3 ) 安全系统：对自动化电站应设置安全系统。任务是：当电站控制系统和监 测系统在运行过程中发生危及电站系统内各主要设备安全的严重故障时，安全系 统应能自动产生保护性动作。这样可以避免事故的进一步扩大，甚至危及设备和 人身安全情况的发生。 1 2 组态软件简介 自2 0 0 0 年以来，国内监控组态软件产品、技术、市场都取得了飞快的发展， 应用领域日益拓展，用户和应用工程师数量不断增多。充分体现了“工业技术民用 化”的发展趋势。 监控组态软件是工业应用软件的重要组成部分，其发展受到很多因素的制约， 归根结底，是应用的带动对其发展起着最为关键的推动作用。由于用户要求的多 样化，决定了不可能有哪一种产品囊括全部用户的所有的画面要求，最终用户对 监控系统人机界面的需求不可能固定为单一的模式，因此最终用户的监控系统是 始终需要“组态”和“定制”的。监控组态软件是在信息化社会的大背景下，随着工业 i t 技术的不断发展而诞生、发展起来的。在整个工业自动化软件大家庭中，监控 组态软件属于基础型工具平台。监控组态软件给工业自动化、信息化、及社会信 息化带来的影响是深远的，它带动着整个社会生产、生活方式的变化，这种变化 仍在继续发展。因此组态软件作为新生事物尚处于高速发展时期，目前还没有专 门的研究机构就它的理论与实践进行研究、总结和探讨，更没有形成独立、专门 的理论研究机构。 近5 年来，一些与监控组态软件密切相关的技术如o p c 、o p c x m l 、现场总 线等技术也取得了飞速的发展，是监控组态软件发展的有力支撑。 2 基于组态软件的船舶监控系统 国外组态软件： 1 、i n t o u c h ：w o n d e r w a r e 的i n t o u c h 软件是最早进入我国的组态软件。在8 0 年代末、9 0 年代初，基于w i n d o w s 3 1 的i n t o u c h 软件曾让我们耳目一新，并且 i n t o u c h 提供了丰富的图库。 2 、c i t e c h ： c i t 公司的c i t e c h 也是较早进入中国市场的产品。c i t e c h 具有简 洁的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序员，而不是工控用户。c i t e c h 提供 了类似c 语言的脚本语言进行二次开发，但与i f i x 不同的是，c i t e c h 的脚本语言 并非是面向对象的，而是类似于c 语言，这无疑为用户进行二次开发增加了难度。 3 、w i n c c ：s i m e n s 的w i n c c 也是一套完备的组态开发环境，s i m e n s 提供类 c 语言的脚本，包括一个调试环境。w i n c c 内嵌o p c 支持，并可对分布式系统进 行组态。但w i n c c 的结构较复杂，用户最好经过s i m e n s 的培训以掌握w i n c c 的 应用。 4 、i f i x ：i n t e l l u t i o n 将自己最新的产品系列命名为i f i x ，在i f i x 中，i n t e l l u t i o n 提供了强大的组态功能，但新版本与以往的6 x 版本并不完全兼容。原有的s c r i p t 语言改为v b a ( v i s u a lb a s i cf o r a p p l i c a t i o n ) ，并且在内部集成了微软的v b a 开 发环境。 国内组态软件： l 、三维力控f o r c e c o n t r o l ( 北京三维力控科技有限公司) ：北京三维力控 科技有限公司是专业从事监控组态软件研发与服务的高新技术企业，核心软 件产品初创于1 9 9 2 年，公司以自主创新为动力，逐渐奠定了在国内市场的领 先地位。 2 、紫金桥r e a l i n f o ( 紫金桥软件技术有限公司) ：紫金桥实时数据库和监控 组态软件设计起点高，适应性强，应用面广，已经在国家“九五”项目、国家 “8 6 3 ”计划、c i m s 示范工程等中发挥了重要作用。多年来，公司持续不断地 对软件进行改进与提高。目前紫金桥实时数据库系统3 6 和组态软件3 6 的稳 定性、安全性和先进性都达到或超过了国外同类产品水平，打破了国外实时 数据库在国内占垄断地位的局面。 3 、组态王k i n g v i e w ( 北京亚控科技发展有限公司) 。 第1 章绪论 4 、m c g s ( ： l 京昆仑通态自动化软件科技有限公司) 。 5 、还有c o n t r o x ( 开物) ，易控等。 1 3 课题的提出 船舶电站自动化是实现机舱自动化，进而实现无人值班机舱的必要条件。随 着船舶自动化程度的不断提高，电站自动化也必然由局部的，就地的控制发展到 综合的，集中的控制，并成为机舱自动化以至船舶自动化的重要组成部分。 课题来源于青岛远洋船员学院自动化电站实训室建设项目，为其设计并建造 一套实物船舶电站仿真系统。 本文的船舶电站监控系统由基于p l c 的下位机控制系统，基于组态王的上位 机监控系统构成，二个子系统是既互相独立又互相关联的。 ( 1 ) 下位机控制系统。该实训电站以1 台s 7 3 0 0p l c 为第一类主站，以3 台 d e i f 公司的p p u 为d p 从站构建了p r o f i b u s d p 网络。下位机p l c 监控程序利 用s t e p7 编程软件完成。 主要实现功能：实现了两台发电机的开关连锁、主电网失电管理、柴发超载 自动并车管理、轴发超载自动并车管理、卸载管理、轻载解列管理、柴发二类故 障管理、电压频率异常管理等管理功能【。 ( 2 ) 上位机监控系统。由1 台p c 机和北京亚控公司的k i n g v i e w 6 5 3 组态软 件构建。通过网卡c p5 6 1l 与p l c 的m p i 口一对一连接，通过p l c 读取所需从 站数据和完成远程监控组态工作。 其主要任务包括：自动地实时监测电站各设备运行参数和运行状态，这些设 备包括机组原动机、发电机、配电系统的机械参数、电气参数和运行状态，监测 量可以是模拟量，也可以是开关量。并且还要把某些监测量进行上位运算，用于 得到相应的故障显示及其送出相应的声光报警信号。同时还要对监测结果打印、 记录、和对其参数越限情况进行数据存储。 4 基于组态软件的船舶监控系统 第2 章实训电站 2 1 实训电站总体情况介绍 ( 1 ) 总体技术方案 模拟电站以入级规范的a u t o 0 标准设计，以国内第一艘专用教学实 习船“育鲲轮为设计的基本仿真对象，制作大型全功能船舶电站模拟器一套； 以满足下列有关规范： 满足i m o 关于海员培训、发证及值班标准国际公约( s t c w 7 8 9 5 ) 规定的“适 任评估项目和“能进行持续熟练程度演示的要求。 满足中国海事部门“关于s t c w 7 8 9 5 公约过渡规定的实施办法 中规定 的“自动化电站的训练 和“自动化系统的训练”的要求。 满足“海船船员适任证书考试、评估和发证规则及相应的评估规范。 ( 2 ) 总体功能简介 结合现代化船舶电站与自动化的发展，设计与开发一套船舶电站实训系统。 采用v p u ( 丹麦d e i f ) + p l c ( s i e m e n s ) 的实船典型方式实现电站的自动化，配设 主开关的电动远程操控机构，设置完备的总线通信机制，提供先进的双层网络的 电站远程监控功能，体现教学效果和实验手段的先进性，整个电站的设计与布置 考虑了使用于教学的目的，能够充分地展示手动，半自动和全自动等工作模式， 组合起动屏中选择了实船使用的多种典型电路。电站元器件的选择都为品牌产品， 在确保可靠性的基础上，尚注重教学展示意义。 所制作的船舶自动化电站功能具有柴油机组的自动起停控制和保护；自动并 车操作；并联运行中功率的自动分配、转移，电网频率的自动调整；发电机的运 行管理；大功率负荷投入管理；发电机组机、电故障的自动处理与报警，顺序起 动；发电机自动、故障状态下解列、停机控制；发电机的保护；运行状态及故障 显示；参数监视与修改，以及自动化电站系统的自检功能p ，7 j 。 第2 章实训电站 2 2 实训电站的组成 2 2 1 发电机组 船舶电力系统一般由发电系统、配电系统、输电系统、负载系统等部分组成， 本实训电站电力系统原理如图2 1 所示 一号发电机 二号发电机 轴 应急发电机 图2 1 船舶电力系统 f i g 2 1s h i pe l e c t r i cp o w e rs y s t e m 本系统采用3 台发电机组模拟船舶主发电机组( 2 台) 和应急发电机组( 1 台) 。 发电机额定功率为4 0 k w ，额定电压为4 5 0 v ，额定频率为6 0 h z 。发电机组柴油机 采用康明斯4 b t a 3 9 g 型柴油机、发电机采用斯坦福u c 2 2 4 d 发电机并带有发电 机控制箱。 控制箱为普通一体式控制箱。并带有电压、电流、频率、水温、油温、油压 显示，集调整、操纵、监测于一体，其上装有电子调速器和电子控制仪表板，并 设有转速表、计时器、水温表、油温表、油压表、起动按钮等。机组配有远传显 示仪表，可显示水温、油压、油温、转速、电瓶电压，装有远程起动停机开关。 提供r s 2 3 2 接口呻1 。 机组设有机旁报警指示，具有高水温、低油压、超速、停机保护等功能。 6 够嘭 基于组态软件的船舶监控系统 圈2 2 发电机组 f i g2 2 d i e s e l g e n e r a t o r 22 2 配电板 图2 _ 3 为实训电站系统主配电板的外视图。主配电板设置6 屏，分别为：左 4 4 0 v 动力负载屏与组合起动屏，1 号发电机控制屏，同步屏，2 号发电机控制屏， 轴带发电机屏，2 2 0 v 照明负载屏与右4 4 0 v 动力负载屏。 第2 章实训电站 “一c y 。目t ，“_ t - g q t ur f - 1v ， 口粤口-口圈四桑固窘甲口日酽囚圈口 固l l 目 警 自囱明量z崮鞭髑髫 雪雪暖嚣嚣；爵翟；字；毛 目_ 目 - 目目目9目目 是萨 圜 贼 蕊薛 j 甲由口研 苎薛： 圜 u 图2 3 主配电板外形图 f i g2 3t h e f i g u r e o f m a i ns w i t c hb o a r d 主配电板直接和主发电机相连，把主发电机发出的电能或岸电送来的电能分 配至远外的二级分电装置或直接分配给用电负载；当主电源失电后，应急配电板 向一些重要设备供电( 如应急照明、操纵装置、导航和无线电设备等) 。 配电板的制造符合g b l l 6 3 4 8 8 船用交流低压配电板通用技术条件、 g b i1 8 0 3 8 9 船用交流低压配电板结构及基本外形尺寸及c c s 船级社的规范要 求。 配电板及组合起动屏为落地自立式，防护等级为i p 2 2 ，选用材科主要为冷轧 薄钢板2 m m ，板前、板后开铰链门，可以在板前、板后进行维修，侧面有固定板， 底部开启，屏间提供隔板，屏前后有水平扶手，并提供l o o m m 高的槽钢底座，在 配电板前面有提供照明的日光灯，该日光灯可在不中断设备的正常运行下安全更 换m 。 配电板的外形工艺要求应符合以下几点： ( i ) 结构各结合处及门的缝隙匀称适当，门的开启、关闭灵活自如，锁紧可 靠。门的开启角度不小于9 0 。门关闭后，应与屏面形成一整体平面，并 且无反弹现象。 基于组态软件的船舶监控系统 ( 2 ) 安装在屏后的元件及端子排应不妨碍其它元件的维修，屏后元件排列整 齐、层次分明。 ( 3 ) 涂覆层应有良好的附着力，应均匀、光洁，不允许有流挂、缩边，缩孔 等缺陷。表面不应眩光，以免影响监控效果。有安全接地措施并确保保 护电路的连续性，接地连接处应有防锈、防污染的措施，接地处应有明 显的标记。 ( 4 ) 按船用标准设置发电机绕组烘潮器控制、o n o f f 开关，指示灯。运行时 停止加热，停车时开始加热。 2 2 3 配电板上测量仪表 船用配电板仪表一般采用矩形表。外形尺寸为7 2 m m 、9 6 m m 、1 1 0 m m 和 1 4 4 m m ，目前较多采用9 6 m m 。 配电板仪表的要求如下： 1 、量仪表的精度应不低于2 5 级。发电机屏仪表不低于1 5 级。 2 、量程：电压表为额定值的1 2 0 ；电流表为额定值的1 3 0 , 并联运行电机 功率表应能指示出1 5 的逆功率；频率表应具有1 0 额定频率的刻度。 3 、压表、电流表和功率表的刻度盘上应由表示其额定值的明显标志。 根据上述要求，配电板选用上海怡泰仪表厂的测量仪表，具体型号如下： 电压表：f 9 6 a c b ，0 6 0 0 v ，6 0 h z ，r 一4 5 0 v ； 电流表：f 9 6 a c b ，0 1 0 0 a ，1 0 0 5 a ，6 0 h z ，r - 6 4 a ； 功率表：f 9 6 一w b ，6 - 0 - 6 0 k w ，1 0 0 5 a ，4 5 0 v ，6 0 h z ，r 一4 0 k w ； 功率因数表：f 9 6 c o s b ，0 5 1 0 5 ，4 5 0 v ，6 0 h z , 频率表tf 9 6 h z b ，5 5 6 0 6 5 h z ，4 5 0 v ，r 一6 0 h z ； 同步表：f 9 6 s ，a c 4 5 0 v ，6 0 h z 。 223 主配电板电路功能 图2 4 机屏主电路及控制电路框图。从图中可以看出，发电机屏电路是由各自 功能块电路构成的。因此在设计电路时，首先要考虑各个功能块电路的实现，再 结合所选元器件，综合绘制出所需电路刚7 】。 9 第2 章实训电站 ，1圭堑逾挂| 发电机柴油机 图2 4 发电机控制屏电路框图 f i g 2 4t h ef r a m ed i a g r a mo fd g c o n t r o lp a n e l 下面以一号柴油机组电路为例，1 号柴油发电机控制屏的组成电路有很多，包 括：控制电源电路、仪表测量及检测电路、电站管理电路、断路器控制电路、辅 助继电器电路、指示灯及运行计时器电路、2 4 v 辅助继电器电路、发电机组起停 电路、发电机调速及调压电路、空间加热器控制电路、外部接线端子电路等。 第一个基本电路是控制电源电路，它指明了柴油发电机各组成电路之间的联 系情况。其电路图如图2 5 所示： 控制电源电路图的左下方为发电机三相输出端r 、s 、t ，发电机三相输出端r 、 s 、t 经断路器c b 与4 4 0 v 主汇流排相连。在c b 后电流信号经过电流互感器被送 到1 路p p u 的电流端口。在c b 前引出一组电路经熔断器分成三部分电路：第一路 2 送至p p u ，用于电压取样；第二路经过控制变压器后又分成三路，分别为3 断路 器控制及辅助继电器电路、4 运行计时器电路和5 指示灯电路，其中前两路是2 2 0 v 而后一路是2 4 v ；第三路6 则送到同步控制屏的同步选择及测量电路，其作用是同 步并车时测量待并机的参数与电网的参数比较。 1 0 基于组态软件的船舶监控系统 菲。 竺键 l 意= l = 一 ，1 【。 图2 5 控制电源电路图 f i g 2 5 t h e c i r c u i t d i a g n u n o f c o n 口o l e l e c c i c a l 优 2 3 4 5 6 图2 , 6 控制电源接线图 f j 晷2 6 t h e w i r i n g d i a g r a m o f c o n n o le l e c t r i c a ls o t t r c e 第2 章实训电站 仪表测量及检测电路的原理图如图2 7 所示。图中从左至右的虚线框分别表 示p p u 单元、功率表、功率因数表、电流表转换开关和电压表转换开关。p p u 左侧 的端口a 0 、a 1 、a 2 接受由电流互感器产生出的三相电流信号，上侧端口b 1 、b 2 、 b 3 接受柴油发电机三相输出端的电压信号，上侧端口c 1 、c 2 、c 3 接受汇流排三相 电压信号。p p u 的端口d 经功率表、功率因数表、电流表选择开关及电流表连接到 地线上，端口e 直接回地线，端口f 经功率表、电流表选择开关及电流表连接到 地线上。柴油发电机三相输出端的电压信号还被引到功率表、功率因数表、电压 表选择开关上，其中，功率因数表只用了两相；电压表选择开关与电压表和频率 表组成回路。当电流表选择开关置于r 档时，其接线端口3 与4 通路，电流表显 示r 线电流；当电流表选择开关置于t 档时，其接线端口7 与8 通路，电流表显 示t 线电流；当电流表选择开关置于s 档时，其接线端口3 与4 、7 与8 同时通路， 电流表显示由r 相、t 相叠加而成的s 线电流；当电流表选择开关置于o f f 档时， 电流表不显示电流值。电压表选择开关的工作过程原理与电流表选择开关的工作 过程原理基本相似，在此不多作赘述旧。 复罄分区蕾l 旧馥 i _ 一 一h h- 一， 蠢毫 毫压毫 i ： ! ：ii0即r s t 鲁王z ! ，- 弗柚 苣苜可，。 。两。ii ! 鼍。翌i o 劬啪甜扩 1 1i 量口叠司簟l p iej - 一l j ：丁：t ：l t _ 丫1 1t i 。丫 一、r 一。r _ y 。li r 刊3 ； 卜一 6 皿i i4 , - ) l 啊吆45c 崩ms 上 i j 舌0 o n 飞5 t 。 i 1 ：l1 ：；ijjj ：广 1 ii - y 一 1 。i ： 。r i t 蚰i ：n 0 自d g lc b 后的电流互量瞄出 p 0 丘8 广航 瓠卜一 o i m 吃8 i ：6 “ 谧愈 图2 7 仪表测量及检测电路 f i g 2 7t h ec i r c u i td i a g r a mo fi n s t r u m e n tm e a s u r ea n dc h e c k 电站管理电路的原理图如图2 8 所示。电站管理的主要元件是并车保护单元 ( p a r a l l e l i n ga n dp r o t e c t i o nu n i t ) ，简称p p u ，这里主要描述p p u 在此电路中实现 的功能。 1 2 基于组态软件的船舶监控系统 图中最左端的1 号、2 号端口是p p u 的工作电源接口，规格为直流2 4 v 。端口 5 6 为4 3 到5 5 公共点，端口2 6 为数据总线控制的开关量输入。端口3 、4 的作用 是若p p u 发生异常，则向p l c 送去该p p u 发生异常的开关量。端口6 5 和端口6 6 共同实现发电机的自动调速过程，端口6 5 的作用为向发电机发送自动加速的调节 指令，端口6 7 则是向发电机发送自动减速的调节指令。端口1 2 、1 3 作用为逆功 率保护；端口1 4 、1 5 、1 7 、1 8 分别起解列分闸和同步合闸的作用，它们是p p u 常 闭和常开型的继电器辅触头。端口7 3 到8 9 分别是发电机与汇流排的相关参数， 其作用前面已经述及。端口3 7 到4 1 分别连接其他发电机的相同端口，起到负荷 分配和外部调节的作用。端口2 9 到3 1 分别是p r o f i b u s 的数据线和公共点。端口 2 3 是报警抑制的开关量输入，端口5 4 、5 5 是主开关状态的反馈信号开关量输入。 图2 8 电站管理电路 f i g 2 8t h ec i r c u i td i a g r a mo fp o w e rs t a t i o nm a n a g e m e n t 柴油发电机控制屏的断路器主开关控制电路是电路组成中比较重要的部分， 其电路原理如图2 9 所示： 第2 章实训电站 图2 9 断路器控制电路 f i g 2 9t h ec i r c u i td i a g r a mo fb r e a k e rc o n t r o l 图中左上方为柴油发电机的主断路器开关，虚线部分表示与各支电路之间存 在机械连接。左起第一个支电路是其内部控制单元，由同步屏提供d c 2 4 v 的控制 电源。第二个支电路为合闸控制电路，当电站管理模式是手动模式时继电器辅助 触点k 1 0 5 5 闭合，此时按下手动合闸按钮s b 才能够实现发电机手动合闸；若是 p p u 单元的同步合闸触点m 1 0 3 2 闭合，发电机合闸动作由f p u 单元自动完成；发 电机合闸后，辅触点k 1 0 5 2 2 由闭合变为断开，此时就阻止了再次合闸的操作。 第四个支电路为分闸控制电路，在该电路的右侧线路上有一系列的辅触头连 接在一起，组成了分闸电路的逻辑控制功能。此控制电路从上面起首先是四个串 联的辅触点： k 1 0 7 5 、k 1 0 5 7 、p p um 1 0 3 2 、k 2 9 3 3 1 分别为公共停车辅触点、 分闸辅触点、逆功率辅触点、岸电开关辅触点。这四个辅触点的任何一个发生动 作断开后，分闸控制电路就不能够执行发电机的分闸动作。紧接下来是一组由四 个辅触点并联而成的部分，包括2 号柴油发电机主开关辅触点k 1 2 5 2 1 、轴带发电 机主开关辅触点k 1 6 5 2 1 、分区主开关辅触点k 1 9 8 3 ；只有当这三个辅触点同时 1 4 基于组态软件的船舶监控系统 处于断开状态时，分闸控制电路才不能够执行发电机的分闸动作，也即当只剩下 一台发电机供电时，这台发电机是不允许进行分闸操作的，若一定要进行分闸操 作则必须起动另一台备用发电机组进行供电【1 7 , 1 8 。 最下面的这部分电路是一个混合电路，首先是汇流排无电辅触点k 1 9 2 4 、同 步测量选择开关辅触点s a 2 0 0 3 和自动同步辅触点k 2 5 0 3 组成一个并联支路，然 后此支路又与异常脱扣辅触点k 2 5 0 2 相串联，最后一同与该柴油发电机主开关辅 触点0 f 2 并联。当柴发主开关闭合时可以对该柴发进行分闸操作；当柴发主开关 断开时且同时满足下列条件时可以进行分闸操作： 1 该柴油发电机没有发生故障脱扣； 2 与之相连的主汇流排无电或该柴发是待并机或该柴发为自动同步状态。 其他情况下则不能够对此柴发进行分闸操作。 图2 1 0 辅助继电器电路 f i g 2 10t h ec i r c u i td i a g r a mo fa u x i l i a r yr e l a y 辅助继电器电路如图2 1 0 所示。当q fd g l 由断开变为闭和，即发电机连接 到电网上时，辅触点0 f 1 由位置1 2 转换到位置1 4 ，从而使线路0 1 接通，线圈 第2 章实训电站 k 1 0 5 2 1 、k 1 0 5 2 2 、k 1 0 5 2 3 通电。于是它们的辅助触头的状态也随之发生改变， 并引起相关电路的状态变化。主开关q fd g l 有连有多个辅触点，这些辅触点与 o fd g l 之间存在着机械连接，即当主开关q fd g l 的状态发生变化时，辅触点的 状态也随之发生改变。 当电站处于手动工作模式下时，辅触点k 2 5 8 8 1 为断开状态，则k 1 0 5 5 手动 连锁辅触点是闭合的，故而此时可以对手动分闸按钮s b l 0 5 6 进行操作来实现手 动分闸。当电站处于自动工作模式下时，则k 1 0 5 5 手动连锁辅触点是断开的，此 时手动分闸按钮将不能够起到分闸的作用，而只能够靠p l c 发送过来的分闸信号 使辅触点k 2 5 0 4 1 闭合以实现自动分闸操作。 2 4 v 辅助继电器电路如图2 1 1 所示。从左至右的顺序分别能实现运行、备机、 公共停车、起动失败、二类故障监测功能。第一个电路在发电机运行时通电，当 发电机 4 0 额定转速时闭合。第二个电路在遥控和备机两个条件都满足时才能够 接通，此时，继电器线圈k 1 0 7 4 通电，其辅触点将使p l c 得到一个发电机备机的 开关量输入：同时，备机指示灯h 1 亮。第三个电路在有公共停机信号时电路接通， 此时k 1 0 7 5 的辅触点由位置l 转到位置5 ，从而使柴油机断路器电路中的分闸电 路动作，使发电机从电网上脱开，以达到与发电柴油机组的同时停机即公共停机。 第四个电路在发电机起动失败后接通，其辅触点将使p l c 得到一个发电机起动失 败的开关量输入。第五个电路二类故障，控制器送出非停车综合故障信号，有该 类信号时闭合，没有时断开。 1 6 基于组态软件的船舶监控系统 图2 1 12 4 v 辅助继电器电路 f i g 2 11t h ec i r c u i td i a g r a mo f2 4 va s s i s t a n tr e l a y 除上述电路外，柴油发电机控制屏的组成电路还包括指示灯及运行计时电路、 发电机起停电路、发电机调速及调压电路以及空间加热器控制电路等，它们都能 够正确完成各自部分所负责的功能。 配电板发电机控制屏上设有柴油发电机起动、停止和应急停止按钮，可以实 现对发电机遥控起停操作。图2 1 2 为遥控起停电路原理图。手动连锁继电器k 1 0 5 5 的常闭触点与$ 2 2 为手动起动按钮串联，确保只有在手动状态时，按钮才有效。 自动状态下，电站控制系统p l c 发出的起动信号使k 2 5 0 4 2 的常开触点闭合，实 现遥控起动功能。遥控停止电路与起动电路类似，只是在手动停止电路中串联了 k 1 0 5 2 1 的常闭触点，发电机断路器合闸后触点断开，这样就不能遥控停止发电机， 防止误操作造成发电机停车、电站失电。应急停止电路中，在急停按钮$ 2 4 触点 两端要并联一个用于断线报警的2 2 k o 电阻，正常情况下，发电机电路总能检测到 这个阻值，一旦发生断线，阻值变成无穷大，系统给出断线报警，防止应急停止 电路失效后无法发现。 第2 章实训电站 lllli lii li 广一一卜一一一一一一一一6 一一一扣一一一一一一夸一一卜- 一1 ： i ”期xts1 1 5 射71 1 i i 鼍控起动遥控停止应童謦止 l il ： 恍汕咐 ： l - 一一一一j 图