基于MCGS 舰艇应急电站监控系统设计

胡 静，朱 娜

（1. 武警海警学院，浙江宁波 315801；2. 中国舰船研究设计中心，武汉 430064）

0 引言

随着海警舰艇自动化的标准逐渐提升，舰艇应急电站作为全舰艇自动化的重要环节，针对其自动化控制进行研究尤为重要。应急电站的监控系统分为参数显示和自动控制2个主体部分[1]；在应急电站工作时，能实时显示原动机和电网的参数，如原动机的油水压力和温度、应急电网的电压、电流和频率等。在发生故障时，能及时报警并自动调节部分参数，如通过控制油门开度来稳定频率、通过调整励磁电流来稳定电压[2]。传统的继电器和机械显示仪表已经不能满足这一系列的控制要求，因此，如何提高整个监控系统的稳定性与可靠性已成为海警舰艇自动化的重要研究方向。

1 舰艇应急电力系统

舰艇应急电力系统属于全舰艇电力系统的一部分，当遭受如战损、恶劣海况等导致的主电力系统断电且暂时不能恢复供电的情况时，应急电力系统应快速投入运行，为舰艇重要用电负载紧急供电，以保证舰艇生命力的维持；同时，舰艇人员需尽快恢复主电网的供电。

随着海警舰艇新型舰船装备的列装、控制技术的不断发展，其自动化程度的提高为人员带来便利的同时，对使用环境、设计水平和人员素质提出了更高的要求，其主要概括如下：

1）舰艇应急电站应设有自动和手动控制2种工作模式。

2）应急发电机组投入运行与主电网正常运行之间设有必要的电气连锁，避免出现应急发电机组和主电网二者同时供电的情况。

3）应急发电机组通常设置在人员容易到达的高层连续甲板、远离主副机舱的位置，应急配电板和应急发电机应安装在同一舱室。

4）应急电力系统应设置必要的短路、欠压、过载保护，同时设有必要的绝缘监测与报警系统。

5）舰艇应急发电机组应保证至少能连续起动6次的电力或压缩空气的储备，且其控制系统能保证能短时间连续起动3次发电机组，并保证能在45s内根据预定控制程序给应急负载供电。若3次均未能成功起动，则监控系统立即停止其自动起动程序并报警。

6）应急电站监控系统设有对柴油机运行参数的报警以及发电机和电网参数的显示和报警功能。表1为舰艇应急电站规范所要求的报警内容。

表1 舰艇应急柴油机的安全保护和报警项目表

2 控制系统设计

舰艇应急电站控制系统是以PLC作为核心控制元件来实现对应急电站柴油机和电气参数的采集与控制，采用MCGS设计出的人机监控界面并建立与S7-200连接的PPI通信通道，实现对整个电站实时监视和控制。

本文设计的应急电站控制单元主要在以下2种情况下使用：

1）当主电网正常工作时，发生故障失电且经历短暂延时确认后仍未恢复供电，则立即启用该控制程序，根据不同情况，按照既定的控制程序完成对应急负载的供电过程。

2）在对应急柴油发电机组（简称：EG）起动性能模拟测试时，只运行PLC自动起停模块的子程序，而不运行合闸部分的程序，以保证试验时主电站的正常供电。

在不考虑背向反射影响的情况下,微环谐振腔的光场传输示意图如图1所示。图1中,微环与直波导宽度相同,半径为R,耦合间距为d,微环与直波导光场耦合系数为k,在耦合区域,输入光场(a1,a2)与输出光场(b1,b2)的传数矩阵[20]可以表示为:

根据舰艇应急电站所需实现的控制需求，以模块化的设计方法对整个控制流程进行编写，即通过主程序来调用各子程序，主要包括应急柴油发电机组自动起停模块、主开关分合闸模块和声光报警模块[3]。

现按照控制要求对I/O资源作如下配置：

1）数字量I/O分布如表2所示。

表2 数字量符号表

2）模拟量I/O分布如表3所示。

表3 模拟量符号表

3 系统调试

将装有控制程序的S7-200 PLC与MCGS触摸屏连接，进行监控系统的模拟运行与仿真，以应急发电机的起动情况为例，其测试结果如下：舰艇通常由主电网供电，当主电网因故断电时，应急发电机组应迅速起动，且在45 s内投入运行。其投入运行过程如图1～图3所示。

图1 应急起动完成

图3 应急投入运行时负载的监控

图2 应急系统界面

根据电站实际运行过程和相关控制需求，设计出舰艇应急电站监控系统，可设置为自动或手动2种运行模式，经过从系统初始化到起动、应急负载监控与手动调节，对报警提示与查询等过程的功能进行仿真测试。测试结果表明：该系统能够满足对舰艇应急电站的实时监控。

4结论

舰艇应急电站作为舰艇电力系统最后的保障，尽管使用频率低，但一旦投入运行，监控系统必须保证供电的稳定性和快速性。最终测试结果表明：基于MCGS的监控系统在参数显示、故障报警等方面人机交互性好，结合PLC控制器的控制优势，能够在舰艇复杂情况下及时、可靠地完成对重要负载的供电，降低舰艇人员的工作和执勤强度，提升舰艇自动化水平和舰艇生命力。