新型船舶电站控制系统

船舶 电站 由于 自身的特 点和在船舶上 的作用 ． 设 计它 的控制 系统 时 ， 除考虑 到控制功
能的实现外 ， 特 别 要 重 视 的是 抗 干 扰能 力 、 可 靠性 及 维 护 问 题 。 目前 ， 先 进 的船 舶 电 站 控 制 系统采 用了以微 型机为核 心的设计 方法 ， 这 就 使 得 其 功 能 日趋 完 善 。 之 所 以 能 做 到 这 一
测 量 每 一 相 电流 ， 过 电流 情况 下 ． 完 成 如 下 功 能
测 量原动机功率 ． 超过 限定值 情况下 ， 完 成 如 下功 能
功 率
＞ ９ ０ ×
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轰延 生 ： 新 型 船 舶 电站 控 制 ＇ 袅统
２ ８ １
＞ ９ ５
＞１ Ｏ ０ ％ ＞ｌ ０ ５ ％ ＞１ １ ０ ％
测量 电网频率 ． 达 到 最 小 限定 值 情 况 下 ， 完 成 如 下 功 能
０
×
×
以上分析 可以看到 ： Ｐ ＭＡ ５ ２电站 控 制 系统 主 要 是 采 用 了 ｓ ５ — １ １ ５ Ｕ 可 编 程 控 制 器 。这
就 使 系统 具 有 以 下几 个 特 点 ：
× × （ １ ） 系 统 的硬 件 设 计 减 少 到 最 低 限 度 ， 而 且 硬 件 可 靠 性 也 得 到 了 保 证
电站 的工 作条件 比较恶劣 ， 其控制 系统要 实现 的控制功 能 较多 ． 整体 结构 较 为复 杂 ． 尤 其 是 对可 靠性 要 求 很 高 ， 加 上软件设计 中主要采用汇编语 言 ． 就 使 得 电站 控 制 系 统 在 实 现 上
存 在 着 一 定 的难 度 。而 它 的硬 件 可 靠 性 、 维 修 问题 ， 一 直 是 困 扰 我 们 的 难 题 。西 门子 公 司 推出的 Ｓ Ｉ ＭＯ Ｓ Ｐ ＭＡ ５ ２电 站 自动 控 制 系 统 ． 对 我 们 在 这 方 面 的 研 究 很 有 启发 。
皇苎， 篓型墨 塾 可编 程序 控制 器・ 要 皇生
中圉 法 分 类 号 ； 盟 ： 塑 随 着 船 舶 自动化 程 度 的 提 高 ． 船 舶 设 备 越 来 越 多地 依 靠 电气 系 统 来 进 行 自动 控 制 。 因 此． 作 为船 舶 供 电 电源 的 船 舶 电站 的重 要 性 就 显 得 越 来 越 突 出 。船 舶 电站 的 自动 控 制 ， 就 必 然 成 了轮 机 自动化 的 重 要 内 容 。
设计 方法 ， 可有效地 防止误操作 和 由于震 动产生的干扰 信号 ， 提高 了可靠性 和安全性 。
信号调节单元
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大 连 海 运 学 院 学 报
１ ８卷
该单元 实现 的功能 有 ： 获取发 电机 电压 、 电流信 号 ｝ 母 线 电压信号 ； 功 率计 算 ； 信号转
换（ 即把 各 种 输 入 信 号 分 别 转 换 成 和 逻 辑 控 制 单 元 适 应 的 模 拟 信 号和 数 字 信 号 ） 及 信 号 输 出 到 逻 辑 控 制 单 元 与 外 部 显 示 系统 发 电机电压 、 电流 信 号 及 母 线 电 压 信 号 直 接 接 到 该 单 元 的 接 线 板 上 ｔ 而 所 有其 它 ｔ ／ ｏ 信 号 则 通 过 插 入 式 插 头连 接 。 主要 的 信 号 状 态 通 过 发 光 二 极 管 进 行 显 示 。
了 一 定 的成 绩 。但 在 实 船 （ 尤其是远洋船 ） 应 用 中进 展 不 大 ， 其 主 要 原 因 有 以 下几 点 ：
证。 如 果 我 们 选 用 世 界上 著 名 的 Ｐ ｃ生 产 厂 家 生 产 的 Ｐ ｃ． 那 么 长 期 的 备 件 供 应 也 不 会 有 问 题。 因 为 这 样 可 以 利 用 它 们 的 全 球 性 销 售 网络 ． 为 我 们 的控 制 系 统 提 供 急 需 的 备 件 。 其次 ． Ｐ Ｃ产 品 的 标 准 化 、 系 列化 ， 为控 制 软 件 的 可 移植 性 ， 兼 容 性 以 及 改 进 发 展 都 奠 定 了 很 好 的
电 源 单 元输 入 分 两 路 ： ＋ 路 来 自发 电机 电 压 ； 另 一路 来 自应 急 配 电盘 的 ２ ４ Ｖ 直 流 电 源。 采 用 这 种 冗 余 方 式 来 保 证 供 电的 可 靠 性 。电源 单 元 有 多 路 输 出 ． 分 别 给 控 制装 置 的 各 种 电路 及 发 电机 断 路 器 的 欠 压 线 圈 供 电 。 每 一 路 都 有 各 自的 保 险 丝 ． 任 一路 保 险丝 烧 断 都 可 以通 过 光 电耦 台 器 发 出 报 警 信号 ． 每一 保 险 丝 的 状 态 通过 相 应 发 光 ： 极 管 指 示 出来 。 操 纵 控 制 板 由 一块 印 刷 电路 板 及 若 干 按 键构 成 。 运 行 和 故 障 状 态 是 通过 发 光 二级 管 指示的 。 控 制 命 令 的 输 入 采 用两 步 法 实现 ： 即要输 入某个控 制命令 ． 先按该命令 键 ； 随后 按 “ Ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ” 键 。如果按下某个 命令键后 ５ ｓ内 没 有 按 Ｆ“ Ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ 键． 皿 Ⅱ 该 命 令 被 自动 取 消 。这 种
逻 辑控 制 单 元 Байду номын сангаас
该 单元 是 由一 台 ｓ ５ 一 ｌ １ ５ Ｕ可 编程 序控 制 器 （ 简称 Ｐ Ｃ ） 构成 ， 它 完 成 的 三 类 控 制 功 能 是ｔ 原 动机 控 制 及 检 测 ； 发 电机 控 制 和 发 电机 保 护 。 ｓ ５ — １ １ ５ Ｕ Ｐ Ｃ是 西 门子 公 司 生 产 的 Ｓ １ ＭＡＴ １ Ｃ ｓ Ｕ 系 列 Ｐ ｃ中的一种 ， 属 于 中型 机 。 模 块 化结 构 ｕｏ端 口分 别 可 扩 展 到 ｌ ０ ２ ４个 。采 用 的 编 程 语 言 有 梯 形 图 ｛ 语句表 ； 控 制 系统
（ ２ ） 控 系 统 的 软 件 采 用 Ｐ Ｃ编 程 语 言 ， 这 种编 程语 言相 对 于汇 编语 言要 简 单得 多 ， 因而简 化了软件设计 的难度 ； （ ３ ） 模 块 化结 构 。每 个 模 块 都 是 标 准 形 式 ． 加 上 每 台 发 电装置 都 对 应 着 一 套 相对 独 立 的 控 制 装置 ． 因此 ， 给维 修保养及备 件的储备 及获得 都带来极 大的便利 。
机控 制和 检测 ； 发 电 机 保 护 等 功 能 除 此 之 外 ． 增 加 某些 标 准 设 备 （ 如Ｓ Ｉ ＭＡＴ Ｉ Ｃ — ｓ ５ ｔ ０ ０ Ｕ Ｐ Ｌ Ｃ等 ） ． 还可 以实现某些特 殊的控制 功能 。
囝 １ 系 统 的 整 体 框 罔
电源 单 元 和 操 纵 控 制 板
１ Ｐ ＭＡ ５ ２电站 控 制 系 统原 理 及 特 点
Ｓ Ｉ ＭＯ Ｓ Ｐ ＭＡ ５ ２电站 控 制 系 统 可 用 于 柴 油 发 电 机 组 ． 轴 带 发 电 机 组 和 母 线 连 接 断 路 器 的 自动 控 制 。 其设 计 方 法 是 每 台发 电机 组 都 对 应 着 一 套 控 制 装 置 。 每套 控 制 装 置 都 是
（ 轮机 系 自动化 教 研 室 ）
［ 摘要］ 简 述了 船舶电 站 控制系 统 设计中 的问 题： 对Ｓ Ｌ Ｍ Ｏ ￣ Ｐ Ｍ Ａ ５ ２ 电 站 控制系 统 进行了 剖析， 在 此
基 础 上 提 出 了 发 展 国 产 船 舶 电站 控 制 系 统 的 方 向 。
，
关钽 Ｉ 词
点， 是 因为控制 系统 的功能不是 靠硬 件 电路 来 实现 ， 而是 靠硬件 和 软件 相结 合 ． 并 且在很 大 程 度 上 是 靠 软 件 来 实现 的 。因 此 ， 我 们 说 此 类 控 制 系 统 在 设 计 上 主 要 包 括 两 方 面 的 内
容： 硬 件 设 计 和 软 件 设计 。硬 件 设 计 要 注 意 和 软 件设 计 相 适应 ， 要解 决 的首 要 问题 是 抗 干 扰能力和可靠性 ； 软 件设 计 要 解 决 的 主要 问题 是 软件 可 靠 性 及 控 制 功 能 的 实 现 。 由于 船 舶
２ 给 我 们 的启 示
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墨 扛
多年来 ， 我 国 不 少 科 研 人 员 一 直 在 致 力 于 机 舱 设 备 先 进 控 制 系统 的 研 制 工 作 ， 并取得 （ １ ） 硬 件 可靠 性 不 过 关 ； （ ２ ） 不能保证 长期的备 件供应 ； （ ３ ） 没 有全球性 售后服务体 系 ． 无 法 提 供 完善 的 售 后 服 务 。 采用 Ｐ Ｃ为 核 心 来 设 计 我 们 的 控 制 系 统 就 可 以 简 化 硬 件 电 路 ， 使 硬 件 可 靠 性 得 到 保
由 电源单元 ， 信 号调节单元 和逻辑控制 单元及操纵控 制板 四部 分组成 的 。 这 四部分之 间是
・ 收稿 日期 ： １ ９ ９ １ —９ ９ —１ ６
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通 过 插 入 式 电缆 插 头 连 接 在一 起 的 。而 控 制 装 置之 『 日 Ｊ 则通 过 环 形 网 络 连 接 方 式 构 成 一 个 完 整 的控 制 系统 。系统 的整 体 框 图如 图 １所 示 。该 系 缆 可 以 实 现 原 动 Ｌ 拄 制和 检 测 ； 发 电
基础 。
现在 ， 我 们应该积极 发展 自行设 计的船舶 电站 Ｐ ｃ控制 系统 。我 们要 学 习先进 国家 已 经成型的控 制 系统 的经验 ， 但 这决不 意 味着要全 面 引进 他 们的 专利 和技 术 。因为 电站 Ｐ ｃ
流 程图和用于顺 序控 制 的 Ｇ Ｒ Ａ Ｐ Ｈ５ 硬件设计 可靠 ， 适合于在 恶劣环境 下进 行控制 。 目前
在 我 国 的钢 铁 、 冶 金 等领 域 的 自动 控 制 系 统 中都 有 应 用 。 有 关 单位 已经 引进 了 这 种 机 型 的 装配生产线 。 原 动 机控 制 除 包 括 自动 切 换 ， 起动 （ 包 括重 复起动 ） ， 停机 、 机 组 预 润 滑 等 十 几 项 常规 自动控 制 功 能 外 ， 对 二 组 故 障 情 况 还进 行 安 全 保 护 第 一 组 故 障 有 超 速 和 滑 油 压 力 低 ； 第 二 组 故 障 有 冷 却 水 温 度 高 和 冷 却 水 压 力 低 。第 一 组 故 障 出 现 时 ， 相 应 的 发 电机 组 立 即 解 列、 停机， 同 时 自动 起 动 备 用 机 组 ； 第二组故 障出现时 ， 自动 起 动备 用 机 组 ． 并 网后 ， 故 障 机 组卸载 、 解列 ， 空 载 运 行 一段 时 问 后 停 机 。 发 电机控 制 实 现 的 功 能 有 ： 频率控 制 ； 并 网前 的频 率 调 整 ； 按 超 前 时 间 原 则 发 并 网 指 令； 柴 油 发 电 机 组 问并 联 运 行 时 ． 采 用 按 比例 负荷 分 配 方 式 ； 柴 油 发 电机 组 和 轴 带 发 电 机 组 间并 联 运 行 ． 可选择采用经 济负荷分配方 式 。 发 电机 保 护 功 能 如 表 ｌ所 。其 中 的 限定 值 和 设 定 时 间都 是 可 根 据 实 际 情 况 重 新 调 整 的 。此 外 ， 还 可 以 通 过 一 个 试 验 开 关 检 查 发 电机 保护 功 能 是 否 正 常 。 表 ｌ 发 电 机 保 护 功 能 表
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Ｊ ｏ ｕｒ ｎａ ｆ ｏｆ Ｄａ ｌ ｉ ａ ｎ Ｍａ ｒ ｉ ｎｅ Ｃｏ Ｈｅ ｇ ｅ
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