船舶自动化电站履约补差课件PPT课件.ppt

自动化电站 青岛远洋船员职业学院电气教研室 1 船舶电站自动化 第一节船舶电站自动化概述 船舶电站自动化装置的发展 经历了从六十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七十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 至八十年代的微处理机控制技术 九十年代的PLC控制技术 进入八十年代世界各国都先后研制由单板机或单片机组成的微机控制系统 由于船舶机舱环境的恶劣 使微机控制系统在防电磁干扰上或多或少存在一些问题 九十年代PLC控制系统的可靠性已为世人所共识 其产品的通用性 仅需少量备件且易在世界各地购置而得到广大客户的青睐 SIEMENS公司于九十年代初首先在机舱自动化中采用了通用性的PLC作为控制核心器件 至目前PLC控制的电站 主机遥控 集中监测报警等系统也已不断地更新换代 2 作为电站的重要内容之一的自动电压调节 除早期系统外 现在一般均未包含在自动电力管理 自动化电站 系统中 这是因为调压装置是由发电机制造厂家配套生产的 是属于发电机的一部分 通常安装在发电机上 对于电子调节装置部分一般安装在发电机控制屏内 发电机制造厂家已保证发电机电压及并联运行时无功分配问题均得到令人满意的程度 通常无需再作进一步的调整 自动电力管理系统功能大致有 1 发电机组停机状态下的预润滑2 发电机组的自动起动控制3 发电机组的自动并车操作4 并联运行中功率的自动分配 转移与电网频率的自动调整5 取决于负荷大小的发电机组运行台数管理6 大功率负荷投入管理7 发电机组机 电故障的自动处理与报警8 发电机组自动 故障状态下解列 停机控制9 发电机的保护10 运行状态显示及故障监视11 运行中系统给定参数的监视与修改 3 第二节自动电力管理系统的结构 组成及种类 一 数字 模拟集成电路构成的自动电力管理系统基于可靠性 灵活性及在控制系统局部发生故障时 从能最大限度保留自动控制功能等情况出发 世界各生产厂家大多是朝着模块化方向发展着的 随着模块与模块间连接的构思不同 大致可分成两种类型的结构组成形式 1 采用总体控制方式总体控制单元相当于人的 大脑 把来自各台发电机组的机 电信息及主开关 汇流排与各大用户的必要信息给以综合分析 判断 然后发布相应命令 确保电力系统安全 可靠且经济运行 保证供电质量 由图可见总体控制单元与各子单元间是直接联系的 而各子单元间是互不相连 4 柴油发电机组的起 停控制器每台机组各一套对柴油机组进行自动起动 自动停机与应急自动停机逻辑控制操作 因此某一套控制器发生故障 那末只影响该台机组 对其它机组无任何干扰 并联运行控制器是由自动并车装置与频载调节器组成 通常自动并车装置整个系统只需一套即可 频载调节器是每台机组各需一套 早期这两个装置是各自独立成体 以后大多数厂家已将这二个装置合并成一个整体形式问世 并联运行控制器进行将待并机组自动投入电网及并网后执行恒频与负荷分配操作 发电机组监视与电网监视器是作为安全系统 监视电网电压 频率及机组的水温 油压等机 电参数是否低于或超过允许值 供总体控制单元鉴别故障机组 起动备用机组投网并使故障机组脱离船舶电网 保证电网供电的连续性 汇流排监测是测量汇流排即电网的电压 电流等电气参数 供总体控制单元计算与判断电网的功率余量 以决定起动备用机组投入电网还是解列一台多余在网机组 5 备用机组准备工作单元每台柴油机组一套装置 机组处于停机状态时控制周期性预润滑系统 重要负荷自动分级重合闸当运行机组发生严重机 电故障时会导致发电机组跳闸 电网将出现短暂断电状态 在电网自动恢复供电后 为了迅速地恢复整个电力系统的正常运行 在自动电力管理系统中可设置这一环节 主要用于控制为主机运行服务的各种辅机与舵机 冰机及其它各类泵浦等设备的再启动 分级起动目的是为了防止众多设备同时起动时的冲击电流可能会再次形成发电机假性短路而导致主开关跳闸 分级起动顺序按负荷的相对重要性排列 每一级起动之间的间隔时间约为4 8秒 重载询问装置即对大功率负荷投入时进行管理 当电网功率富裕量充足时大负荷可直接投入 当电网功率余量不富裕时需待备用机组起动投入电网并联运行后 才允许大负荷起动 6 2 积木块式 自动起动 停车装置 作为安全系统监视电网电压和频率是否低于和超过允许值 鉴别故障机组并使其脱离船舶电网 保证电网的继续供电 电网断电后电网监视器也有自动恢复供电的功能 积木块式自动化电站主要由五种 或四种 功能块组成 控制柴油机的起动 保证柴油机起动所需的润滑 起动空气和燃油等 监视柴油机运行中的所有重要运行参数 当其参数超过规定极限时柴油机则立即或延迟 3分钟 停车 因此本装置也是一个安全保护系统 并车装置建立和检查发电机并入主汇流排的条件 执行并车功能 电网监视器 7 这些功能块是以独立装置或模块形式出现的 主要是应用具有一定程度的集成功能块的模拟技术和数字技术实现的 大多厂家如前所述已将并车装置与功率分配器合并成一个独立的并联运行控制器出现 故而系统就由四个功能块组成 功率分配器使运行中的柴油发电机组均匀地承担负荷 需要时也可实现频率调节 负荷控制器保证机组运行在经济工况下 也就是使运行机组的台数与电站的负荷量相适应 8 二 基于微机或PLC控制的自动电力管理系统1 由一套微机控制的系统结构 DO 数字量输出单元DI 数字量输入单元AI 模拟量输入变换器SET 设定器INT 中断输入单元DISP 显示单元DSI 数字量调节输入单元检测元件 功率变换器W 频率变换器f 脉动电压检测器 电压 电流测量等 执行机构 自动空气开关ACB MCB 继电器 伺服马达等 该系统将来自检测元件的电站所需的控制信息 经DI AI送入RAM中 然后根据存放在ROM中的设计人员编制的控制程序进行运算 算术或逻辑 运算结果或存放在RAM中或直接刷新DO 最后按时分原则由DO单元输出至控制系统的执行机构 实现对船舶电站的控制 9 PLC 主要承担发电机组起 停控制 机组故障处理 调频 并联运行控制 机组运行台数及大功率负荷投入管理等任务 信号处理板 产生PLC所能接收的系统所需的开关量 模拟量信号 如U I P f Us等参数 2 PLC控制的系统结构 PLC控制系统主要由PLC 信号处理板 电源板 操作控制显示板所组成 系统配置是按每台发电机组一台PLC 一块信号处理板 整个系统配一块电源板 系统参数的在线监视与在线修改是通过PLC的编程器 若采用西门子公司PLC产品 则可用专为操作人员使用的操作器如OP393 等 实现的 10 电源单元输入 DC24V AC220V 输出 DC24V 15V 15V 向系统所有单元 部件包括起动 停机电磁阀提供工作电源 OP393 运行中可监视 修改系统给定各类参数 雷同于微机控制系统 来自于机组 主配电板的所有电站信息 经信号处理板加工后 送入PLC的DI AI输入模块 PLC的CPU模块中存放在RAM内的设计人员编制的控制程序依DI AI中的信息进行运算 算术或逻辑 其结果刷新DO 然后再输出至执行机构 实现对电站进行控制 11 集散控制 DCS 形式 不同厂家的船舶电站DCS DistributedControlSystem 采用各自专用的封闭形式 不具可互操作性 价格昂贵 12 局域网 LAN 控制形式 13 现场总线控制系统 FCS 基于PLC和DEIFPPU的PMS 14 PLC控制的系统结构 系统实例 15 现代船舶电站自动化系统基于先进的网络通讯 自动化控制 计算机 PLC技术以及模块化可靠产品 提供现代化的设备监控管理和远程在线监测 确保船舶电站稳定 可靠 连续供电以及最优化的电站负荷管理 灵活多样的高冗余的系统结构 船舶电站自动化系统的结构形式有集中控制 总体控制 集散控制 分布式控制 局域网控制和模块化控制 现代船舶电站采用环形双冗余现场总线局域网络 开放的 灵活的网络拓扑结构 分布式处理模块与现场设备直接连接 信号双向传输 16 下面几个所示为典型的船舶电站自动化管理系统 PMS 本图为TAIYOPWC GM集中型PMS TAIYOPWC GM型PMS 17 该图为TAIYOPWC PL分布式PMS PWC GM采用一套PLC和自动同步负荷分配装置管理整个电站系统 属于简易型PMS PWC PL系统的发电机组各配一套PLC和LCD触摸屏 每套机组的控制具有独立性 机组之间经串行通讯相联 具有高冗余 高可靠性 18 该图为每套发电机组配一个DEIFPPU控制器 PPU承担机组的所有管理功能 将PMS扩展为一个独立的局部CAN网络 基于DEIFPPU的PMS 19 基于PLC和DEIFPPU的PMS 该图为每套发电机组配有DEIFPPU控制器 发电机组再共用一套PLC PPU仅承担机组的并车 保护和负荷管理功能 PLC完成电站系统的逻辑程序控制 20 该图所示为寺崎株式会社微机型GAC船舶电站自动化管理系统 在远洋船舶上应用较多 它的控制系统与安全 保护系统 报警系统及其它重要系统相隔离或分离 这样处理使船舶电力系统运行得更安全 它的整个系统分为三块 手动控制块 信号传输块和GAC主机 GAC主机分为电源电路 CPU与存储器 接口电路与自动同步控制电路等四大部分 GAC系统功能分为GAC UMS发电机控制功能和GAC PMS管理功能 GAC具有系统故障自检功能 当检测到系统发生故障时 通过触点输出故障报警信号 在GAC主机面板及内部相关插件板上红色故障指示灯亮 按故障类型通过GAC提供的故障检查流程图来检修 21 微机型GACPMS 22 第三节自动电力管理系统功能及相应控制流程 一 副机起动前的准备工作二 副机自动起动控制三 自动并车四 并联运行中的功率分配与频率的调整五 运行机组台数的管理六 大功率负荷投入管理七 发电机组机 电故障的自动处理与报警及负载自动分级重合闸八 发电机组自动 故障状态下解列 停机控制 23 大功率负荷投入管理 列入大功率负荷管理的负荷 是指在任何船舶工况下偶然使用的大功率负荷 对散装船 杂货船而言 如压载泵 消防泵之类大负荷 当在大功率负荷起动箱上按下起动按钮 这一起动信号不是送入控制箱内控制电路 而是送至自动电力管理系统 管理系统将当前电网总负荷加上准备投入运行的大功率负荷 若不超过运行机组的最大负荷率 则大功率负荷立即起动 若已超过运行机组的最大负荷率 则首先起动备用发电机组 待备用机组投入电网运行且负荷分配好了后 才由管理系统发出起动这一大功率负荷指令 此后大功率负荷才投入运行 24 第四节并车及保护模块PPU PPU Protection ParallelingUnit 装置控制 它包括带液晶显示屏和按钮的面板和主体两个部分 PPU是发电机的控制和保护器 它基于微处理器技术 集成了同步发电机的控制和保护功能 可以控制发电机进行同步 并车 操作及同步之后进行必要的控制和保护 PPU包含了发电机三相电路的测量并能在液晶显示屏上显示参数和报警 自动化电站系统的开发者可以通过RS232接口利用基于WINDOWS的服务软件进行系统的编程 而自动化电站系统的使用者也可以通过显示面板 受密码保护 调出相关通道的设定参数 并进行修改 25 PPU接线的单线图 PPU部分输入输出信号 26 四个子菜单 保护设定 PROT 控制设定 CTRL 功率设定 POWER 系统设定 SYST PPU的显示面板 27 第五节自动化电站系统的操作 维护与故障处理 日常要做的检查工作主要有以下几条 1 检查系统的电源电压情况是否正常 在系统工作中多是由直流电源供电的 此外配有蓄电池供电作为后备电源 电源电压变化应不超过 5 2 检查电压瞬态变化是否会引起控制系统误动作或损坏监控设备 3 每次开航前要检查设备的控制手柄 开关 报警装置及连锁装置等是否处于正常位置 拦杏指示灯和仪表的指示 报警器是否正常 4 对于PLC控制系统应检查PLC及其模块红色故障指示灯是否亮 若红灯亮则应更换相应模块 检查PLC上黄色备用锂电池灯是否亮 若黄灯亮应及时更换锂电池 锂电池更换时注意千万不要切断PLC的供电电源 否则PLC内控制程序将丢失而导致整个系统失去自动的功能 28 每3 6个月应进行下列功能检查 1 人工断电或负荷达到本装置整定值时 交叉试验各台发电机组能否正常投入工作 2 当功率大于整定值时试验各备用发电机组能否自动启动和自动并车投入电网运行 3 人为关闭启动空气阀或油门 进行启动试验 4 试验当滑油低压 淡水高温 柴油机超速等情况下 传感器能否可靠动作 5 人为短路滑油低压等传感器触点 试验柴油机能否可靠地保护停机 6 试验各监控报警装置能否按整定值正常工作 29 随着计算机软 硬件技术 传感技术的发展 自动化系统的故障诊断功能越来越强大 其对自控过程中出现的各种物理量用先进的传感器接收 再进行信号传输和信号处理 从分析处理的结果来对设备的工作情况进行检测 对其发展趋势进行