CN202503303U - 一种船舶电站自动化管理系统 - Google Patents
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Abstract
实用新型公开了一种船舶电站自动化管理系统，其系统设备由工控机、显示器、西门子S7-300PLC、断路器、PPU、柴油发电机组、停泊发电机、汇流排组成；工控机通过以太网通讯与西门子S7-300PLC连接，读取各台发电机和汇流排状态；西门子S7-300PLC通过Profibus总线与PPU相连进行交换数据；汇流排通过断路器(4)与柴油发电机组、停泊发电机相连；PPU通过船用电缆与柴油发电机组、停泊发电机和断路器相连，实现对船舶电站的管理功能。实现了船舶电站的自动化管理，能够更好的保护柴油发电机，延长船舶电站系统的使用寿命，能够产生较好的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本实用新型涉及船舶自动化管理系统，是船舶自动化系统重要的组成部分。具体涉及一种船舶电站自动化管理系统。
背景技术
船舶电站是现代船舶的心脏。船舶电网失电会造成整船瘫痪，电站的可靠供电是全船所有设备正常运行的必要条件，电站可靠供电的保证则取决于电站自动化管理系统及电站机组、发电机控制屏等主要装置的相互配合。其中电站自动化管理系统是核心，其他系统的安全要依赖电站自动化管理系统的安全和稳定。
现今大致采用如下三种方式实现船舶电站的管理：
1、利用指示灯和同步表等分立元件构建手动电站管理系统经过十多年的发展，性能稳定可靠，但元器件复杂，易坏，维修困难。有些操作需人为干预，操作人员需要培训，并具有一定的实践工作经验。与船舶其他系统难于通讯，不能扩展构成全套的监控系统。
2、利用单片机系统开发的小型自控装置，成本低廉，编程方便，但是单片机抗干扰性差，容易出现误动作，特别是船舶机舱环境恶劣，电压不稳定，单片机系统难以稳定工作。
3、国外公司的专业化的成套自动电站系统功能强大，但价格高维护困难，需要船员有一定的专业仪器操作知识和维护能力，因此在国内还没有普及，只是在个别自动化等级要求高的船舶上使用。
实用新型内容
发明目的：针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的是提供一种船舶电站自动化管理系统，以有效解决国内船舶电站管理系统中的柴油机不能完全自动起动，手动并车不稳定，不能自动功率调整，不能自动轻载解列停车、没有对柴油机电能质量及工作状态监控等问题。完善船舶电站管理系统，实现船舶电站的自动化管理。
技术方案：为了实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：
如说明书附图所示，系统设备由工控机(1)、显示器(2)、西门子S7-300PLC(3)、断路器(4)、PPU(5)、柴油发电机组(6)、停泊发电机(7)、汇流排(8)组成；工控机(1)通过以太网通讯与西门子S7-300PLC(3)连接，读取各台发电机和汇流排状态；西门子S7-300PLC(3)通过Profibus总线与PPU(5)相连进行交换数据；汇流排(8)通过断路器(4)与柴油发电机组(6)、停泊发电机(7)相连；PPU(5)通过船用电缆与柴油发电机组(6)、停泊发电机(7)和断路器(4)相连，实现对船舶电站的管理功能。PPU (5)通过船用电缆与柴油发电机组(6)、停泊发电机(7)和断路器(4)相连，实现对船舶电站的管理功能。柴油发电机组(6)、停泊发电机(7)的起停、升降速均由PPU(5)控制完成。
有益效果：与现有船舶电站管理系统相比，本实用新型的船舶电站自动化管理系统具有的突出优点。
包括：船舶电站自动化管理系统真正实现了船舶电站的自动化管理，使船舶电力系统自动化程度达到了新的水平。船舶电站自动化管理系统能够自动判断工况，在电网失电或需要另行起动其他发电机组时，该系统可自动起动备用发电机，自动进行并车所需的调频、调速等操作，完成自动并车。在几台发电机并行运行过程中该系统可自动实现功率均分和稳频功能。当功率减至一定范围内时船舶电站自动化管理系统可自动对备用柴油机进行轻载解列和解列柴油机的停机。船舶电站自动化管理系统使船舶在工作过程中不再需要专业操作人员来进行电站管理。值班人员只需观察部分数据即可实现船舶的安全施工和航行。这个过程中无需人为干涉，并且避免了手动并车的不稳定性，具有很好的实用性，能够产生较好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是船舶电站自动化管理系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。如图1所示，
在工控机(1)上设有以太网卡，同时也与显示器(2)相连，用于显示和监控系统工作状态；在工控机(1)上设有以太网卡，以太网卡与西门子S7-300PLC(3)相连进行数据交换。西门子S7-300PLC(3)通过Profibus总线与PPU(5)相连进行交换数据。汇流排(8)通过断路器(4)与柴油发电机组(6)、停泊发电机(7)相连。PPU(5)通过船用电缆与柴油发电机组(6)、停泊发电机(7)和断路器(4)相连，实现对船舶电站的管理功能。柴油发电机组(6)、停泊发电机(7)的起停、升降速均由PPU(5)控制完成。
系统以工控机作上位机，设置监控画面，通过以太网卡与数据采集模块PLC进行通讯以采集各台发电机和汇流排数据，如三相电压、三相电流、频率、有功功率、无功功率等。采用西门子S7-300PLC作为下位机进行逻辑运算完成船舶电站系统中备用机组的切换，重载问询的数据采集等逻辑控制，并将控制命令通过Profibus总线通讯传送给电站管理模块。采用PPU作为电站管理模块，与发电机组连接实现发电机组的自动起停、调速和并行运行过程中的功率均分、稳频功能，以及轻载解列和故障停机并且具有逆功保护功能，防止发电机被迫变为电动机造成发电机组的损坏。
船舶电站自动化管理系统采用稳定可编程逻辑控制器(PLC)和高集成度的电站管理模 块(PPU)作为设备管理机构，能够实现船舶电站的自动化管理，减少专业人员投入，可以更好的保护发电机组。采用图形化界面编程，操作方便。可将数据提供给船舶数据记录机构实现数据共享，方便分析问题。
船舶电站自动化管理系统采用工业现场用Profibus-DP和工业以太网通讯技术。其中Profibus-DP是用于现场层的高速数据传送。能够满足柴油机对升降速信号反映所需的时间要求，且具有很好的扩展功能。工业以太网采用统一的TCP/IP协议，避免的不同协议间通讯不了的困扰，可以直接和局域网的计算机互连而不要额外的硬件设备，且传输速度快，实时性强。船舶电站自动化管理系统，按照国标要求严格测试，保证系统更加可靠稳定。并且通过多家船级社认可。
船舶电站自动化管理系统是通过集中控制主机与数据采集单元PLC以及PPU进行实时数据交换。通过内部软件与通讯总线实现船舶电站的自动化管理。该系统具有以下创新点：
(1)备用机组顺序选择：船舶电站自动化管理系统可手动设置备用机组的次序，避免同一机组使用时间过长而其他机组很少使用的情况，延长船舶电站系统的使用寿命；
(2)自动起动备用柴油机：当电站负荷过大、电网失电、运行柴油机组发生故障、重载问询时系统按备用顺序自动备用发电机组；
(3)自动投网与运行：当系统自动起动备用发电机组后，起动成功的备用发电机组在频率和电压达到一定数值后，立即自动投网运行，系统自动维持船舶电站的调频精度；
(4)自动功率分配：当备用机组自动投网运行后，该系统可实现几台并行发电机组的功率均分和稳频操作，避免并联后几组出现频率震荡而造成并联运行失败；
(5)柴油机组自动解列及停机：当船舶电站负荷减少、运行机组发生故障、手动输入解列信号等状况时，系统可进行平滑的负荷转移、解列、停止相应发电机组，避免了仍存在与电网的发电机组突然负荷增大造成发电机组损坏；
(6)可多级重载问询：对不同级别的重载在运行之前可由工作人员对系统进行问讯，若机组提供的功率不足，系统会自动起动备用机组使其自动并网运行；
(7)逆功保护功能：系统具备逆功保护功能，当并联运行出现异常，一台发电机被动成为电动机时系统会自动报警、停机该发电机组；
(8)装置的安全功能：如主开关在30秒内连续两次异常脱扣，则电站自动化管理系统不进行任何动作，直到手动复位；
(9)监视与报警功能：船舶电站自动化管理系统可监视汇流排与发电机的多项参数和各发电机的起停控制；
(10)数据记录与传输功能：船舶电站自动化管理系统可对报警数据进行记录保存，便于查询。所有报警和监视数据能够通过通讯传输整船网络；
(11)图形化显示界面：船舶电站自动化管理系统采用图形化界面，能直观显示监视参数、报警信息、发电机状态、主开关状态、汇流排参数，操作更加方便。
Claims (4)
1.一种船舶电站自动化管理系统，其特征在于：系统设备由工控机(1)、显示器(2)、西门子S7-300PLC(3)、断路器(4)、PPU(5)、柴油发电机组(6)、停泊发电机(7)、汇流排(8)组成；工控机(1)通过以太网通讯与西门子S7-300PLC(3)连接，读取各台发电机和汇流排状态；西门子S7-300PLC(3)通过Profibus总线与PPU(5)相连进行交换数据；汇流排(8)通过断路器(4)与柴油发电机组(6)、停泊发电机(7)相连；PPU(5)通过船用电缆与柴油发电机组(6)、停泊发电机(7)和断路器(4)相连，实现对船舶电站的管理功能。
2.根据权利要求1所述的船舶电站自动化管理系统，其特征在于：PPU(5)与柴油发电机组(6)、停泊发电机(7)进行连接，柴油发电机组(6)、停泊发电机(7)的起停、升降速均由PPU(5)控制完成。
3.根据权利要求1所述的船舶电站自动化管理系统，其特征在于：西门子S7-300PLC(3)与PPU(5)之间采用Profibus总线进行通讯。
4.根据权利要求1所述的船舶电站自动化管理系统，其特征在于：在所述的工控机(1)上设有网卡，网卡与西门子S7-300PLC相连。
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