现代船舶电站管理系统的设计与研究

发布时间：2020-06-05 18:03

【摘要】：在海洋工程装备及高技术船舶入围《中国制造2025》十大重点领域的背景下,为实现绿色,节能的目标,现代化船舶制造必定向环保转型,因此船舶电站管理系统的控制策略及监控管理尤为重要。本研究在对国内外现有船舶电站管理系统相关设计及文献进行分析与研究的基础之上,综合了现阶段船舶配电网络应用的实际情况,进行了理论分析与应用研究,设计了一套现代船舶电站管理系统。本文针对传统集中式和分布式的船舶电站管理系统进行了深入研究与分析,同时综合分布式控制系统(DCS)和PLC控制系统的各自优点,设计了基于网络的分布式船舶电站管理系统。该系统通过以太网的方式进行数据传输,形成一个小型的局域控制网络。改进的现代船舶电站管理系统是一个公共的多功能集成网络平台(现代船舶电站管理系统信息网络),可以通过各控制及检测模块获得船舶运行状态的各项数据,同时以统一的标准进行控制处理和呈现。由于现代船舶系统的控制需求,系统的数据信息传输量都是海量的,容易造成网络拥塞的问题,严重影响系统控制的实时性和准确性,甚至可能导致包括船舶电站在内的全船信息网络崩溃等问题的发生。为此,本文对网络拥塞控制的主动队列管理(Active Queue Management,AMQ)控制策略进行了着重研究与分析,并提出了一种改进的随机早期检测(Random Early Detection,RED)算法。在NS2软件仿真平台上,对改进算法进行了仿真研究,验证了本文所提算法的有效性和可靠性。基于现代船舶电站信息网络的基础上,本文提出了一种新型的具有以太网通讯结构的现代船舶机舱节能管理方案。首先,本方案将机舱变频控制系统和电能质量管理系统并入配电板总网络平台,信息数据实时进行横向共享,同时实现了系统纵向过程控制。其次,针对基于现场总线的传统独立式的船舶电站控制方案的不足,本文设计的改进方案有效结合了网络中信息数据共享功能以及网络技术各种优点,对机舱变频器和有源滤波器实现了优化控制。最后,为了验证改进的节能管理方案,本文对现代船舶机舱节能管理的系统方案、系统功能以及上位机控制管理模块进行了分析与设计,并完成了硬件的选取和软件编写。为了进一步验证改进方案的可行性,在南方某工程船上实现了安装、调试与试航。现场测试结果表明了该方案运行稳定,节能效果良好。从长远意义看,该系统的研发与设计是对智能船舶、绿色节能船舶设计制造的一次有力探索。对于促进国内高校和科研单位对船舶电站管理系统的分析研究及提高船舶电站安全经济运营方面有着非常重要的现实意义。
【图文】：

建模机制,环境,信息网络

丢包率非线性增大。当平均队列长度Qavg 达到上限阈值上限阈值Hth时，将中间节点缓存区的数据信息进行分组全部丢弃。该控制策略既对平均队列g 在最大阈值 max_ th 附近时对丢包率进行了平滑处理，解决了全局同步现象同时有效的规避了参数敏感度问题，对 RED 算法进行了进一步的优化改进。现代船舶电站管理系统信息网络仿真测试实验本节介绍了网络仿真工具 NS2 的工作原理，并根据船舶电站管理系统信息网络S2 中建立模型，对 RED 算法、RED-IS 以及其它改进算法，在 NS2 软件平台仿真对比，验证 RED-IS 算法的有效性。信息网络仿真工具介绍目前，网络仿真在科研领域中应用比较普遍的工具是 NS2 和 OPNET。在 O产品中，modeler 几乎包含其他产品的功能[72]，其采用面向对象的模拟方式，点开始都采用相同的节点模型，在针对不同的对象，设置特定的参数。其仿真如图 3.11 所示。

编辑界面,脚本,改进算法

2SnS2DnD0R1.R.....20ms图 3.13 网络仿真拓扑结构Fig. 3.13 Network simulation topology息网络拥塞控制实验分析网络中节点主要由路由器和交换机等组成，且路由器和交换机厂家源。在 NS2 软件仿真平台上，对改进算法进行了仿真研究，验证了本文和可靠性。针对本文提出的 RED 改进算法 RED-IS，，主要通过以下仿有效性及可取性。如图 3.17 所示，主要数设置 max_ th = 450 50packets，平均队列 Qavg = 250packets， 0.02qw = ， max p = 0.1，，进行脚本编辑。如图 3.14 所示。
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U665.1;TP315

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