開題報告基于PLC的船舶電站監(jiān)測系統(tǒng)的設計.doc

1、開題報告-基于PLC的船舶電站監(jiān)測系統(tǒng)的設計開題報告 電氣工程及自動化 基于PLC的船舶電站監(jiān)測系統(tǒng)的設計 一、主題敘述本課題在國內外研究發(fā)展的動態(tài)，說明選題意義 1.1本課題研究目的 作為一個可移動的海上城市船舶，它的很多設備都必須使用電能，所以在船舶上都必須配備有由發(fā)電裝置、配電裝置和用電裝置組成系統(tǒng)，即船舶電力系統(tǒng)。船用設備中隨著船舶自動化程度的不斷提高，需要用電來控制和驅動的地方也越來越多，故而自動化程度隨著船舶電力系統(tǒng)的日益復雜、龐大，也變得越來越重要，現(xiàn)在的主要方向發(fā)展有：數(shù)字化、集成化、網(wǎng)絡化、標準化以及智能化。并且電站自動化程度在船舶電站供電可靠性和連續(xù)性質量指標中是一個十分重

2、要的環(huán)節(jié)，對其進行設計研究具有很重要的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟價值。 船舶電站自動化監(jiān)測系統(tǒng)的主要目的是在提高運行經(jīng)濟性的基礎上保證供電過程的安全、可靠，并盡可能的改善船舶上惡劣的工作環(huán)境。因此要求能夠實現(xiàn)以下功能：柴油機組自動起動、停機控制；重要負荷分級自動起動；發(fā)電機組狀態(tài)控制；自動分級卸載；自動并車；自動調頻調載；勵磁調整及無功功率自動分配；電力系統(tǒng)及發(fā)電機組的自動巡回檢測；重載詢問；電力系統(tǒng)保護；電網(wǎng)；總體控制等。本文以船舶電站監(jiān)測為研究對象，采用三菱PLC控制器中的FX2N系列與船舶電站相結合來實現(xiàn)自動化，著重設計了柴油機組自動起動和停機部分，完成了對船舶電站監(jiān)測裝置的部分軟、硬件設計，提升了

3、船舶電站的自動化程度。 1.2課題的國內外研究狀況 在經(jīng)濟體全球化的發(fā)展過程中，船舶作為一種重要的交通工具承擔著超過90%的國際貿易貨運量，扮演著無可替代的角色。適應新出現(xiàn)的船舶運輸要求，電站在船舶上是一個重要的輔助動力裝置，給船舶輔助機械和全船提供必要的電力。船舶動力系統(tǒng)是船舶的重要組成部分，是產生連續(xù)的供應電力的發(fā)電設備，原動機、發(fā)電機、附屬設備以及配電板共同組成了船舶電站。船舶通過電氣機械及設備的數(shù)量來選擇發(fā)電機的容量，一般采用的頻率為50赫茲和60赫茲的400伏三相交流電。與陸地上電站相比，船舶電站有電站容量??；船舶電氣設備工作環(huán)境比陸地惡劣，影響設備工作的可靠性、正確性和使用壽命；船

4、舶電站發(fā)電設備和用電設備之間的直線距離很短，故而在計算電網(wǎng)壓降時有可以忽略電纜電抗的特點。 船舶電站自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展大體經(jīng)歷了4個階段：由繼電器和接觸器所構成的有觸點控制系統(tǒng)；由分立元件和集成元件所構成的無觸點控制系統(tǒng)；大規(guī)模、結構化、模塊化的集成電路控制系統(tǒng)；現(xiàn)在己經(jīng)發(fā)展到了微機控制系統(tǒng)。 這使控制系統(tǒng)中控制部分所占的體積、重量減少，整體工作可靠性大大提高。而控制方式也由硬件控制為主變?yōu)橐攒浖刂茷橹?，這使功能的組合與擴展變得更加的簡潔、方便。由大型機集中控制方式向多微機分散控制方式轉變的計算機控制使控制系統(tǒng)的工作可靠性進一步的提高，繼而出現(xiàn)由多級計算機共同構成的分布式控制系統(tǒng) 。目前己

5、經(jīng)形成了較為完整的船舶電站自動化的管理系統(tǒng)。 隨著船舶的大規(guī)模化、自動化、自動控制技術和電子信息技術的快速發(fā)展，船舶的自動化水平變得越來越高。隨著對船舶電站自動化的程度要求也越來越高，二十年來船舶電站的自動化發(fā)展非常的迅速，自動監(jiān)測水平也得到了進一步的提高。船舶電站自動化技術的主要發(fā)展方向有以下四個: （1）通過模擬信號的信號處理加工開發(fā)，信號處理盡可能的使用數(shù)字量進行處理和通信。 （2）從大型機計算機集中控制，多機控制分散控制的發(fā)展，大大提高了工作的可靠性，那么光纖通信、網(wǎng)絡技術的應用由多計算機構成了分布式控制系統(tǒng)。對逆功率，過流，欠壓等參數(shù)，實現(xiàn)了監(jiān)測控制、報警；頻率、功率因數(shù)、電壓、電流

6、、功率等參數(shù)和并關狀態(tài)也有軟配電屏進行指示。在任何時間點或選定點，實現(xiàn)所有的打印記錄。它可以取代傳統(tǒng)的通話記錄。當參數(shù)的值超出檢測范圍，則有聲音報警，并自動打印記錄，上下設置了測量參數(shù)限制值，可以很容易地修改。 （3）從傳統(tǒng)的繼電器分立元件的形式來控制到無觸點控制的發(fā)展，大規(guī)模和模塊化的集成電路結構。使用電腦，例如可編程控制器。使控制部分的體積、重量大大減小，減少了工作量、提高了可靠性。控制也是從硬件控制為主變?yōu)檐浖刂茷橹鞯?，這樣使功能的擴展與修改變得很方便，維修方便，模塊具有很強的通用性。 （4）船舶自動化領域正在增加嵌入式系統(tǒng)的使用。嵌入式監(jiān)測系統(tǒng)在船舶電站中按結構可以分為管理、控制、設

7、備三層。其中對電站進行的集中控制、管理，由管理層完成；數(shù)據(jù)采集、控制發(fā)電機組則由嵌入式控制作為主機的控制層來完成；設備層控制器位于發(fā)電機旁邊，方便檢測發(fā)電機組的運行參數(shù)和發(fā)現(xiàn)問題時進行報警。用工業(yè)以太網(wǎng)連接管理層和控制層；用CAN總線連接控制層與設備層，三層之間通過各種數(shù)據(jù)的交換和應對。最終得到高度自動化、智能化、網(wǎng)絡化的改進型船舶電站監(jiān)測系統(tǒng)。 嵌入式控制主機的控制層有數(shù)據(jù)采集和控制發(fā)電機組的功能，而與設備層的控制主機可以通過CAN總線連接。采集電站運行參數(shù)，如發(fā)電機組的有功功率、功率因數(shù)、三相電流，電網(wǎng)中各節(jié)點的電壓、頻率等。可以控制發(fā)電機組起動、停機、加速、減速、應急起動、應急停機；可以

8、控制發(fā)電機主開關的分斷與閉合；還可以對發(fā)電機故障進行報警，并且檢查故障原因和進行故障處理。 管理層是監(jiān)控系統(tǒng)的最上層，位于中央控制室的監(jiān)視終端?？梢酝ㄟ^電站運行信息，對船舶電站的運行狀態(tài)進行集中的控制管理；可以根據(jù)電站實際運行情況進行調頻、調載；可以對發(fā)電機故障進行報警；還可以對在電網(wǎng)運行的故障發(fā)電機組自動換機。 設備層控制器在發(fā)電機組旁邊。以便就近對機組進行運行參數(shù)檢測，如柴油機的冷卻水溫度、滑油壓力、轉速等。可以直接控制發(fā)電機組起動、停機、加速、減速、應急起動、應急停機；還可以在運行參數(shù)超過設定的報警值時進行報警；當機組滑油壓力過低、超速、冷卻水溫度過高時自動對機組進行應急停機。 船舶電站

9、嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)中控制層、管理層和設備層需要相互協(xié)調工作，方能實現(xiàn)電站整體得自動或半自動運行。對發(fā)電機組與主配電板實施各種有效的保護措施，提高船舶電站運行的整體可靠性。 提高船舶電站自動化的水平有許多優(yōu)點：一是能夠提高船舶電站供電的可靠性和連續(xù)性，提高電站供電的品質和電量，并增加船舶的生命力；二是改善了船員工作的條件，減輕了值班的強度；三是提高了船舶航運的經(jīng)濟指標。 目前，我國的船舶電站控制系統(tǒng)都是以集散型控制方式為主。而可編程控制器（PLC）的優(yōu)越性使得將PLC應用到船舶電站自動化監(jiān)測系統(tǒng)中，一定可以提高船舶的網(wǎng)絡化和智能化水平。 1.3課題意義 船舶電站是船舶電力系統(tǒng)的重要組成部分，電站運行

10、的可靠性和經(jīng)濟性對保證船舶安全航行營運具有重要意義。隨著計算機和網(wǎng)絡技術的發(fā)展及其在現(xiàn)代船舶上的應用，船舶電站的管理和操作越來越趨向于自動化與智能化。 提高船舶電站自動化的水平有許多優(yōu)點：一是能夠提高船舶電站供電的可靠性和連續(xù)性，提高電站供電的品質和電量，并增加船舶的生命力；二是改善了船員工作的條件，減輕了值班的強度；三是提高了船舶航運的經(jīng)濟指標。 目前，我國的船舶電站控制系統(tǒng)都是以集散型控制方式為主。而可編程控制器（PLC）的優(yōu)越性使得將PLC應用到船舶電站自動化監(jiān)測系統(tǒng)中，一定可以提高船舶的網(wǎng)絡化和智能化水平。 二、研究的基本內容，預備解決的主要問題： (1)查相關資料，熟悉當今船舶電站監(jiān)

11、測系統(tǒng)的發(fā)展方向。 (2)學習可編程邏輯控制器的使用，了解三菱FX2N系列PLC以及PLC在船舶電站監(jiān)測系統(tǒng)中應用的優(yōu)勢。 (3)了解船舶電站監(jiān)測系統(tǒng)的組成和工作原理。 (4)對船舶電站監(jiān)測系統(tǒng)進行硬件設計。 這里我主要對船舶電站中的船舶輔機進行設計：設計了船舶電站的自動起動和自動停機及部分外部電路。 (5)對船舶電站監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設計 這里我主要也是對船舶電站監(jiān)測系統(tǒng)進行軟件設計：設計了PLC控制船舶電站原動機自動起動和自動停機的程序。 三、研究方法、步驟以及措施： 方法步驟： (1)了解現(xiàn)行船用PLC監(jiān)測的船舶電站系統(tǒng)的技術 (2)分析p 相關基于PLC的船舶電站監(jiān)測系統(tǒng) (3)基于PLC

12、的船舶電站監(jiān)測系統(tǒng)的設計 (4)分析p 設計成果 (5)得出結論 措施：首先在圖書館查找相關的書籍、期刊等文獻，其次通過上網(wǎng)查找相關的一些文獻資料，并了解當代對該技術的最新的動態(tài)和研究成果。進一步的理解和準備系統(tǒng)設計所需的相關知識要點。在設計過程中要及時與指導老師探討，定時匯報設計進度，有不了解的問題及時向老師、同學以及專業(yè)人士請教。 四、【參考文獻】：p ： 1王煥文.船舶電力系統(tǒng)及自動裝置M.北京：科學出版社，20_. 2王闖.基于PLC的船舶電站綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設計D.大連：大連海事大學，2022. 3閏明.基于PLC的船舶網(wǎng)絡綜合監(jiān)控系統(tǒng)的研究D.大連：大連海事大學，2022. 4廖常除.FX系列PLC編程及應用M.北京：機械工業(yè)出版社，20_. 5范永勝，王岷.電氣控制與PLC應用（第二版）M.北京：中國電力出版社， 6劉艷梅，陳霞，李一波，渠莉娜，等.三菱PLC基礎與系統(tǒng)設計M.北