嵌入式船舶电站控制装置的研究与设计样本

嵌入式船舶电站控制装置研究与设计

时佳慧张敏

（上海船舶运送科学研究所研究开发中心，上海35）

摘要：为了适应船舶大型化、高速化和多用途发展，船舶电力系统规模、容量更大、构造更复杂，

电力系统工作稳定性、安全性及可靠性规定越来越重要，船舶电力设备控制、监视和管理也规定更高。为

了实现船舶电站可靠运营、控制和管理，提高船舶机舱自动化限度，本论文对基于ARM嵌入式船舶电站

控制装置进行研究和初步设计，采用先进嵌入式计算机控制技术，提高了系统集成限度、技术水平和可靠性。

核心词：船舶电站，控制系统，嵌入式系统，ARM，柴油发电机组

Research&Design of Marine Power Station and Its Control Device

SHI Jia-hui ZHANG Min

(R&D Center,Shanghai Ship&Shipping Research Institute,Shanghai 35,China)

Abstract：In order to realize the needs of large-scale，high speed and multi-purpose of the ship power station，liable control and safe operation and maintenance of ship power station is more and more important，the require of the control monitor and managing of the electric power station is higher. In order to realize the reliable running，controlling and managing of the ship power station，advance the automatization of the engine room，the thesis has designed a controlling device based on arm，which can increase the reliability and economic effect，using advanced embedded control technology，computer technology and network programming technology.

Key words：Ship Power Station，Control System，Embedded System，ARM，Diesel Generator Sets

0 引言

船舶电站是船用电能生产中心，也是船舶重要动力来源之一，它工作质量直接影响全船

整体性能。随着科学技术飞速发展，海上运送和当代装备需求不断变化，对民用船舶和军用

舰船规定也在不断更新和变化，船舶正在向着大型化、高速化和自动化方向发展。对舰船电

站监控技术提出了更高规定。

国外对船舶电站监控技术研究起步比较早，某些具备先进实验室重要造船国家研究机构和高校都在开展相应研究工作，例如代表国际水平美国加州大学、俄罗斯圣彼得堡海洋技术学院、日本长崎综合科技大学、德国洪堡大学、乌克兰尼古拉耶夫造船学院等。这些实验装置可进行电站集中控制分析、实验与设计等课题研究。实验室具备一流设备和充分科研经费支持，并有诸多高档科技人员参加某些重要课题研究，从而推动了电站集中控制研究和发展。

国内研究船舶电站监控系统机构也比较多，但由于船舶电站系统复杂性和高额研发成本，国内产品和世界重要造船国家相比，还存在着较大差距。国内船舶电站监控系统总体上还处在研究阶段，加上技术不先进，未能与国际接轨，达不到国际船舶规范规定，因而尚不具备全面投入使用能力。导致国内在该领域落后重要因素是技术支持不够和研究工作跟不上，因而，国内更应当加强船舶电站监控技术研究。

1 船舶电站控制装置构成和功能

随着船舶自动化限度不断提高，电站自动化也必然由局部，就地控制发展到综合，集中控制，并成为机舱自动化以至船舶自动化重要构成某些。

电站综合控制系统实现重要功能普通有：电站自动控制，自动监测报警和安全保护三个某些。

(1)控制功能：可以自动解决电站浮现普通故障、严重故障，电站功率自动管理以及电压、频率恒定和柴油发电机组自动起动、并车，解列等各项控制功能。所谓自动解决是指，当系统发生故障时，控制系统可自动地使处在备用状态发电机组及时起动，自动准同步投入电网运营；并网成功后，发生故障机组将负荷减少至不不不大于额定功率20%时，自动脱离电网。

(2)监测报警功能：自动监测报警系统任务一方面是自动地实时监测电站各设备运营参数和运营状态，这些设备涉及机组原动机、发电机、配电系统机械参数、电气参数和运营状态，监测量可以是模仿量，也可以是开关量。另一方面，自动监测报警系统将监测量监测成

果时时与事先设定限定值进行比较，当被测量越限时，将会发出相应声光报警信号，并设有相应报警应答装置。最后，监测报警系统另一种任务是对监测成果打印、记录、并对被测参数越限状况进行登记。

(3)安全功能：对自动化电站应设立安全系统。当电站控制系统和监测系统在运营过程中发生危及电站系统内各重要设备安全严重故障时，安全系统应能自动产生保护性动作。避免事故进一步扩大，甚至危及船员人身安全。

针对电站控制装置各项功能特点，本文设计中，将电站综合控制系统分为发电机组控制/保护单元、负荷控制单元和显示/操作单元三个某些。

一、发电机组控制/保护单元，完毕功能重要涉及：

1.柴油机和发电机控制与保护

2.多机协调控制涉及功率分派、机组起/停顺序设定、控制方式切换和越控等

3.通过CAN网与其他机组控制单元通信

二、显示/操作单元，完毕功能重要涉及：

1.实现对机组控制单元操作

2.有关变量/参数/状态显示和报警

3.应急停机、控制部位选取

4.与机组控制单元交互信息。

三、负荷控制单元，完毕功能重要涉及：

1.对母排开关进行状态监测及控制，实现不同供电方式

2.重载询问、分级卸载和加载

3.与各机组控制单元通过CAN网通信

系统网络构造为分布式控制系统，上层为以太网通信构造，保证数据传播量，下层为CAN现场总线通信构造，保证数据传播实时性。系统总体构造如图1所示。