基于PLC的网络型船舶智能电力控制管理系统研究

郑晓鸣 徐永法,2 陆中杰

（1. 上海交技发展股份有限公司，上海200135；2. 上海海事大学，上海200135）

1 引言

伴随着船舶工业的快速发展，船舶的大型化和高科技日趋显著，船舶的自动化程度越来越高，尤其是近二十年，舰船配电自动化发展迅速，自动控制水平得到很大的提高[2]。本智能配电系统，集成了电站能量管理和各设备状态监控显示的功能，将PLC与触摸屏相配合，并运用Modbus主从通讯方式[4、5]，将几个机组融合成为一个整体，其特点是以分散的控制适应分散的控制对象，以集中的监视和操作达到掌握全局的目的。系统具有较高的稳定性、可靠性和可扩展性。

2 智能配电系统组成

系统由2套机组控制屏，一套并车屏和一套负载屏组成。机组控制屏是用来控制、调节、监视和保护发电机组，并车屏用于实现多台发电机组的并联运行、解列及能量控制管理等功能。负载屏主要用于对各馈电回路进行控制、监视和保护。图1为智能电力控制管理系统组成框图。

2.1 机组控制屏

机组控制屏主要由一套 Schneider twido PLC，一个电参数采集模块，一个并车模块和一个5.6寸触摸屏组成，根据主控PLC（M340）的指令来控制单台机组的启、停、合、分，并通过网络将所有采集参数反馈给主控PLC(M340)。触摸屏用于显示机组的各种电参数，并对故障作出报警提示。

图1 智能电力控制管理系统组成框图

2.2 并车控制屏

并车屏主要由一套Schneider M340 PLC和一个10寸的触摸屏组成，该屏相当于整套系统的大脑，对各个屏上传的数据作出处理，并根据处理结果发出下一步的指令。10寸触摸屏上配有各个机组屏的电参数显示，并可以手动对各机组屏幕进行启、停、合、分控制。（如图2所示）。

2.3 负载控制屏

负载屏主要由馈电开关和一套 Schneider twido PLC组成，发电机组通过母牌将电能传送给负载屏，馈电开关将电能供给各设备或分电箱，PLC主要用于采集各馈电开关的状态和电参数，并将数据通过Modbus通讯直接传输到主控PLC，并由主控PLC对数据进行显示和处理。

3 负荷控制管理原理

具有多台机组的电站中。当需要两台以上的机组并联供电时；或者虽然只需单机供电，但为了能够不间断地供电，都需要进行并车、解列的负载转移和分配的操作。其中，频率的自动调整和有功功率的自动分配是不可缺少的环节。本系统采用综合调整方式，在实际运用中，随着功率的变化电网的频率也会变化，所以恒定频率和平均分配功率是同时进行的（如图3），其中，执行机构是柴油发电机的油门，根据频率设定值和平均功率，结合当前发电机的频率功率反馈值可以得出[1]：

图2 系统主监控界面

其中，Kf、Kp为比例系数，我们可以设定一个阈值U＞0 ，当UINI＞U则需要加大油门，提高转速；反之，当UINI＜-U，则需要减小油门降低转速。通过多次调节可以将UIN.I恒定在一定范围之内，以达到恒定频率，平均分配功率的目的。U值越小调节精度越高，但是调整时间会相对加长。在本系统的实际运用中，该调频调载的方式得到了较好运用，只要能正确的设置Kf、Kp以及U，就能达到又好又快的效果。

图3 调频调载系统框图

4 系统主要功能 [4 ]

4.1 机组的自动启动

(1)当运行机组发生超速、滑油过度等严重故障时，备用机组应自动启动；当母线失电时所有备用机组立即自动启动，最先起动成功者自动投入，从启动开始到投网电压后自动投入的时间小于30 s。

(2)在网发电机组总功率大于总额定功率的85%时，备用机组应自动启动。备用机组的优先顺序可人工设定。

(3)当在网运行机组因柴油机滑油压力低、冷却水温度高、发电机组绕组过热等故障报警时，自动启动备用机组，备用机组并入电网成功后，逐步卸去故障机组负荷和发出停机指令，并发出报警信号。

(4)当装置收到一台机组启动失败信息后，则应能自动将启动指令转至下一台备用机组，并发出警报信号。

(5)机组启动指令的发出不应超过三次，即具有三次启动失败报警功能

4.2 机组投入和并联运行

(1)母线无电时，启动的备用机组在达到一定电压（大于额定电压的85%）和频率（50±0.5Hz）后立即投入。

(2)母线有电时，该机组应自动同步，自动合闸。

(3)自动并联后，应具有有功功率自动分配功能，并满足有功分配精度（±10%PN），频率调节精度为50±0.5 Hz。

(4)若因短路故障而引起的电网失电，备用机组主开关的自动合闸只允许进行一次，自动合闸失败应自动报警，并启动下一台备用机组投入。

4.3 机组解列和停机

(1)在网并联运行发电机组总功率小于总额定功率的30%时，指定机组自动解列、停机，停机失败则发出声光报警。

(2)在解列过程中，除严重故障之外，均应能平滑地自动转移负荷。当解列发电机组的负荷转移至小于该发电机组额定功率的10%时，发出分闸指令。

(3)机组发生超速或滑油失压等严重故障时，必须采取可靠措施紧急停机，并启动备用机组投入。

5 总结

本文采用施耐德 PLC作为控制核心，通过Modbus网络将几个控制屏联系起来，以达到分散采集、响应、集中监控的目的。该系统充分发挥了 PLC的高效可靠性。每个屏上都配有触摸屏，使得系统的监控更直观、灵活。由于ModBus网络的可靠、快捷、布线方便，使得系统的可扩展性大为增强。文中阐述以两台机组为例，在实际运用中可以扩展到多台，在电站自动化领域有一定的运用价值。

[1]王文义.船舶电站.哈尔滨工程大学出版社，2006，9：293-294 .

[2]王闯，吴志良.基于PLC的船舶电站监控系统的设计[J].船电技术.2009，2（2）.

[3]林华峰，李华. 船舶电站及电力拖动.哈尔滨工程大学出版社，2006，1：

[4]徐世许等. 可编程序控制器应用指南. 北京： 电子工业出版社，2007，7.

[5]扬宪惠.现场总线技术及其应用. 北京： 清华大学出版社，1999，6：406-407.