船舶电站热备冗余控制系统的设计与实现

发布时间：2020-08-27 08:08

【摘要】：随着微机控制技术的飞速发展,船舶自动化和大型化的趋势不断上升,对船舶电力系统可靠性的要求也逐渐升高,船舶电站控制系统的可靠性直接关系到整条船舶的航行安全。本文在船舶电站自动化功能的基础上,设计并实现了船舶电站热备冗余控制系统,以提高整个船舶电站的可靠性。本课题的研究是以实验室船舶电站作为试验平台,采用的是德国西门子S7-1200PLC作为核心控制器,在设计船舶电站自动化的基础上,对船舶电站可靠性进行研究,并且对核心控制器进行冗余设计与实现。最后在实验室环境下启动电站自动化功能,模拟故障的发生并进行冗余调试,记录实验现象和数据。该控制器通过检测船舶电站的实时运行参数,并加以分析、判断,在合适的条件下自动地采取适当的措施,处理船舶电站运行中可能出现的各种情况,从而确保船舶电站安全、可靠、经济的运行。本文设计的船舶电站热备冗余控制系统具备并实现了以下主要功能:(1)发电机组的自动启停、自动准同步并车以及并联运行时的调频调载;(2)发电机组主开关的自动合闸与分断;(3)可视化的人机交互监控系统;(4)故障发生时,主备控制器可以进行无缝切换。本文设计的船舶电站热备冗余控制系统以大连海事大学船舶电站实验室的船舶自动化物理仿真电站为实验平台进行调试。经过反复实验证明,此控制系统能够安全稳定可靠地工作,达到了预期制定的目标,极大地提高了船舶电站自动化的可靠性。
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U665.12
【图文】：

配电盘,控制屏,马拉松,总体布置图

推进负载断路器。本实验平台配电盘的耐压等级、柜体尺寸、仪表系统、空间布逡逑局和“五防”措施，与实船上的高压电站完全相同。本实验平台配电盘的总体布逡逑置如图３．２所示，配电盘共有５屏，从左到右依次为：日用变压器控制屏、１＃发电逡逑机控制屏、同步联络控制屏、２＃发电机控制屏和推进负载控制屏。逡逑Ｐ１逦Ｐ２逦Ｐ３逦Ｐ４逦Ｐ５逡逑日用变压器控制屏逦１嗤电机控制屏逦同步联络控制屏逦２嗖电机控制屏推进负载控制屏逡逑ａ邋逦邋ａ邋？逦逦邋＆邋＆逦ａ邋ｏ逦６邋ａ逦６逡逑［ＳｗＳＳｉＳ］逦［ｘ＊＾ｔｆｅＨｉＲｉｈ９］邋１逦［５５５５Ｓ５］逦［ｘ，＊？ｊｉ＿］逡逑0逦0逦ｏ邋ｅ逦ｑ逦＆邋0逦＆逡逑□逦０逦ＱＨＨＱ０逦ＨＨ００邋ＥＨＥＨ０邋□逦０逡逑＿逦＿邋ｌｐｉ

逦０．８逡逑为了模拟实船上的各种负载，本电站实验室专门设置了一个负载柜，用于消逡逑耗发电机产生的电能，如图３．３所示为本实验平台的负载柜实物图。负载柜由阻性逡逑负载和感性负载组成，不仅可以消耗有功功率，也可以消耗无功功率，以便模拟逡逑实船用电设备的运行，来测试实验室电站的配电盘对电能的控制功能。负载柜控逡逑制板上有电感升、电感降、电阻升和电阻降四个按钮，以便根据实验室需要调节逡逑投入船舶电网的有功功率和无功功率。每一相设有３２Ａ的熔断器，为了防止负载逡逑电流过大导致负载柜电感和电阻烧毁。逡逑图３．３负载柜实物图逡逑Ｆｉｇ．３．３邋Ｔｈｅ邋ｒｅａｌ邋ｐｉｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｌｏａｄ逡逑考虑到柴油机震动剧烈、噪声大、燃气排放等问题，船舶上常用的柴油机无逡逑法在本电站实验室使用，因此发电机组的原动机采用上海革新电机有限公司生产逡逑的三相异步电动机，即电动机与发电机同轴连接驱动发电机发电，该型号电动机逡逑－１９－逡逑

框图,船舶电站,自动化功能,框图

３．２船舶电站自动化功能概述逡逑为了满足船舶在海上的航行需要，必须保证船舶电站能够合理的发电、配电逡逑和控制电能的消耗，也就要求船舶电站有一些基本的自动化功能，如图３．４所示为逡逑实验室船舶电站主要自动化功能框图。逡逑重载询问功能逦？＇船舶电站自动化功能逦？监测报Ｓ、保护逡逑”逦＼邋ｒ逦Ｖ逦１邋ｒ逦Ｖ逡逑自动并联运行自动调灥载机组解列控制逡逑图３．４船舶电站自动化功能框图逡逑Ｆｉｇ．３．４邋Ｔｈｅ邋ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ邋ｆｕｎｃｔｉｏｎ邋ｆｒａｍｅ邋ｏｆ邋ｓｈｉｐ邋ｐｏｗｅｒ邋ｓｔａｔｉｏｎ逡逑ｉ．机组自动启动与停止逡逑对船舶电站进行自动化设计时，最基本的功能之一是发电机组的自动启停。逡逑船舶电站在自动状态运行期间，当满足一定的条件时，发电机组应当能够自动启逡逑停。在本课题中，发电机组自动启动次数设置为３次，当发电机组３次自动启动逡逑－２０－逡逑

【参考文献】