船舶电站功率管理系统（PMS）的研究

发布时间：2017-11-01 01:15

  本文关键词：船舶电站功率管理系统（PMS）的研究

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【摘要】：21世纪以来,国家提出了“走向蓝海,融入全球”海洋发展战略,我国的船舶行业也进入了更快发展阶段,船舶电力系统作为船舶电力的心脏在船舶设计中占据着举足轻重的地位。近年来,船舶电站功率管理系统(Power Management System)以高科技、功能多样化、控制智能化、管理高效化为发展方向,采用现代控制系统配合复杂运算系统、网络化分布控制使得PMS。由于PMS强大的功能以及广阔的应用前景,使得船舶电站功率管理系统成为当今船舶电站自动化技术研究的核心方向之一。本文以产学研基金项目“1500米作业水深钻井船平台电站系统集成”为平台,将1500米作业水深钻井船功率管理系统作为研究课题,根据钻井船功率管理系统的要求,对功率管理系统的实施方案及软硬件设计、电站发电机组控制及大功率负载的限制控制进行了探讨与研究。论文具有明确的工程应用背景和一定的实用价值,其主要工作如下:针对1500米作业水深钻井船为应用背景,分析了船上工作人员对全船电力控制系统的功能需求,结合钻井船的工作流程和工程作业特点,确立了船舶电站功率管理系统的主要功能,并对功率管理系统功能实现中的技术要点,给出了原理分析,并且为发电机组开发了双闭环转速控制器,为负载开发了Observer-based FLR减负载控制器。根据系统的功能,确立了整体设计方案,构建了整个系统的硬件框架和网络结构:系统按功能分为下位机、PLC、上位机三个层次,以西门子S7 300PLC为控制核心,向下控制电气设备获取电气信号,向上通过PROFIBUS现场总线与上位机通信,下位机的电气设备完成钻井船工程作业,上位机监控功率管理系统运行。搭建好硬件平台后,在对系统技术要点的分析上,本文给出了系统功能实现的具体算法。论文基于模块化设计的思想将系统分为发电机组、负载、监控报警三大模块,对三大模块的具体功能给出了流程图算法。最后通过编写下位机PLC程序、基于visual Studio的上位机应用程序,完成了PMS的设计。经过现场调试系统达到了预期目的,实现了船舶电站发电、输电、配电、用电的完整功能。系统分部控制,集中管理,实时监控,功能强大,稳定可靠。
【关键词】：船舶电站 PLC 模块化 上位机
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U665.12
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-20
• 1.1 课题概述14-15
• 1.1.1 课题研究的背景14-15
• 1.1.2 课题的研究目的及意义15
• 1.2 课题研究现状与发展趋势15-16
• 1.2.1 国外研究现状及开发前景15-16
• 1.2.2 国内研究现状及发展趋势16
• 1.3 论文的主要工作与研究内容16-20
• 第2章 钻井船功率管理系统的总体设计20-39
• 2.1 系统实现总体方案20-22
• 2.2 发电机组功能及控制原理22-30
• 2.2.1 发电机组调速控制器的改进22-25
• 2.2.2 调速系统调差系数25-26
• 2.2.3 发电机组综合频率特性26-27
• 2.2.4 发电机组功率的相关计算27-28
• 2.2.5 发电机的自动启停原理28
• 2.2.6 发电机的并网解列原理28-30
• 2.2.7 发电机的失电恢复原理30
• 2.3 负载模块功能及控制原理30-37
• 2.3.1 船舶电站负载分类31
• 2.3.2 负荷频率特性31-33
• 2.3.3 负荷的变化对船舶电站的影响33
• 2.3.4 负载功率计算33-34
• 2.3.5 减负荷控制器的改进34-37
• 2.4 报警模块37-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第3章 船舶电站管理系统的硬件设计39-51
• 3.1 船舶电站管理系统的总体构成39-40
• 3.1.1 船舶电站PMS的总体构架39
• 3.1.2 船舶电站电气设备单线图39-40
• 3.1.3 船舶电站监控系统的冗余系统40
• 3.2 PLC测控单元及其详细配置40-44
• 3.2.1 PLC的产生与发展41-42
• 3.2.2 PLC的主要特点42-43
• 3.2.3 PLC与其它控制系统的比较43-44
• 3.3 S7-300PLC控制器的介绍44-47
• 3.3.1 S7-300plc的优点45-46
• 3.3.2 检测信号的处理46-47
• 3.4 上位机的设计47
• 3.4.1 上位机的基本功能47
• 3.4.2 上位机的选择47
• 3.5 总线选择47-49
• 3.5.1 工业以太网48
• 3.5.2 工业以太网的优势48-49
• 3.5.3 现场总线网络49
• 3.6 系统抗干扰设计49-50
• 3.6.1 系统干扰信号49-50
• 3.6.2 抑制干扰的设计50
• 3.7 本章小结50-51
• 第4章 船舶电站管理系统的软件算法设计51-59
• 4.1 电源模块软件设计51-56
• 4.1.1 发电机组自动启动模块52-53
• 4.1.2 自动准同步并车模块53-54
• 4.1.3 自动调频调载模块54-55
• 4.1.4 自动解列及停机模块55-56
• 4.2 负载模块算法设计56-57
• 4.2.1 重载询问56-57
• 4.2.2 负载功率限制57
• 4.3 监控模块的设计57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 船舶电站功率管理系统实现59-74
• 5.1 编写PLC程序59-64
• 5.1.1 PLC硬件组态60-61
• 5.1.2 编写符号表61
• 5.1.3 编写功能函数61-63
• 5.1.4 OPC实现PLC与上位机的连接63-64
• 5.2 上位机人机界面设计64-66
• 5.2.1 上位机程序方案64
• 5.2.2 Visual Studio2008介绍64-65
• 5.2.3 编写数据库65-66
• 5.3 功率管理系统人机界面实现66-73
• 5.3.1 系统主界面66-67
• 5.3.2 发电机组模块界面67-70
• 5.3.3 负载模块界面70-72
• 5.3.4 报警模块界面72-73
• 5.4 本章小结73-74
• 总结与展望74-76
• 参考文献76-81
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文及科研成果81-83
• 致谢83

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本文编号：1124595