基于PLC的自升式平臺的自動電站

姜 濤，于春光

●（中交一航局第二工程有限公司，山東青島 266071）

基于PLC的自升式平臺的自動電站

姜 濤，于春光

●（中交一航局第二工程有限公司，山東青島 266071）

中交一航局第二工程有限公司新建的自升式平臺采用先進的工業控制技術、計算機通訊技術和現場總線技術，建立了船舶自動電站，提高了船舶安全性、可靠性和經濟性。本船電站管理系統采用1套西門子S7-200可編程序控制器和3臺丹麥DEIF的PPU，每臺發電機組由各自的PPU控制，S7-200可編程序控制器和PPU之間通過Modbus-RTU型現場總線通信。

可編程序控制器；PPU；自動電站

0 引言

船舶電站是船舶的核心組成部分。平臺抬升作業時，電站要保證安全、穩定、可靠地供電。而電站的可靠取決于電站的控制系統、發電機組的控制系統、發電機組、配電板等。PLC是在傳統的順序控制器的基礎上，引入微電子和計算機技術而形成的一種新型的工業控制裝置，該裝置采用可編程序的控制器，以執行邏輯計算、順序控制、定時、計數和算術計算等操作指令，并通過數字的、模擬的輸入、輸出信號控制各種類型的機械和生產過程，其體積小、功耗低、速度快、功能強、尤其是抗干擾性強的特點完全適應船舶機艙的惡劣環境有極強的可靠性。PLC應用于船舶自動電站，大大地提高了電站供電的連續性和極高的可靠性，增強了船舶的生命力，改善了船員的工作條件，降低了勞動強度，同時提高了船舶的經濟運行指標。

中交一航局第二工程有限公司新造的自升式拋石整平船和沉管浮運安裝船的自動電站就是采用了 PLC和PPU結合的自動電站管理系統，下邊以自升式拋石整平船為例對此系統做簡單介紹。

1 自升式拋石整平船的電力負荷

本船有 6臺 40t電動變頻錨絞車，每臺絞車電機為110kW變頻電機。本船設有4根樁腿，每根樁腿設有8套抬升裝置，每套裝置由一臺22kW變頻電機驅動，共計32臺22kW變頻電機，此外還有功率160kW的克令吊1臺，以及其他常規船用設備。經計算，本船設3臺500kW發電機組作為主發電機組，1臺200kW發電機組作為應急和停泊發電機組。當船體抬升或移船定位作業時，2臺500kW發電機組并聯使用，1臺500kW發電機作為備用，此時電站負荷率為84%和63%；在拋石整平作業時，1臺500kW發電機組單獨使用，另2臺500kW發電站作備用，此時電站負荷率為79%；在錨泊和拖航時，1臺200kW發電機組作為停泊發電機組使用，此時電站負荷率為72%。

2 本船自動電站的主要功能

本船自動電站的功能為：自動起、停備用發電機，自動同步、自動調頻調載，自動進行負載分配，自動卸載等，以保證電網供電的連續性和經濟性。

1）電網失電時，備用電源自動投入電網供電；2）負載超過整定值作報警并起動備用電源；3）電網自動卸載；4）電網負荷減少時運行機組自動解列；5）重要負載順序重新自起動；6）重載詢問功能；7）自動電站自檢功能；8）手動并車；9）報警及故障處理[1]。

3 本船自動電站管理系統的組成與功能實現

3.1 本船自動電站的基本構成

本船自動電站采用基于網絡控制的船舶電站，主站為西門子S7-200型可編程序控制器，主站通過Modbus-RTU網絡與機艙監控臺通信，同時PPU通信。

圖1給出了3臺發電機組運行時的自動電站系統布置圖。系統由1臺西門子S7-200型可編程序控制器和3臺DEIF公司的PPU組成，其主要作用：1）西門子S7-200型可編程序控制器。由帶有PPI通訊口和Modbus-RTU通訊口的模塊，用于發電機控制的開關量輸入/輸出模塊和柴油機的開關量輸入/輸出模塊組成。2）PLC采集發電機組的現場信息和發電機組保護/并車單元傳遞過來的信息，負責對3臺發電機組進行開關聯鎖、主電網失電管理、發電機組超載并網管理、輕載解列等。

根據本船的主要功能，主配電板有104個開關量輸入信號，96個開關量輸出信號，考慮到系統的可靠性和可擴展性，本船自動電站PLC配置如圖2。從圖2可以看出，PLC主CPU模塊型號為CPU226，最大具有16384b的在線程序存儲器，24數字量輸入，16數字量輸出，最大允許擴展7個I/O模塊，7個智能模塊。該CPU具有2個RS-485接口，可實現CPU分別與PPU和機艙監控臺的通訊。在 PLC程序中調用 Modbus-RTU通訊功能模塊MBUS-CTRT-P1和MBUS-MSG-P1，實現PLC中的數據寫入PPU或者從PPU中讀取數據。

圖1 自動電站系統布置圖

圖2 自動電站PLC配置

PLC中還配置了5個EM223 input16/output16模塊，PLC通過CPU226和EM223模塊接收配電板、組合屏及PPU單元信號，經過PLC程序的邏輯運算和處理，對發電機進行控制，并將其狀態顯示在配電板和機艙監控臺。

發電機保護和控制器（PPU）是一種十分智能的電站管理儀器，能夠根據電站的實際運行情況自動判斷各種參數是否滿足實際工況，從而實現自動電站的各種功能。

3.2 自動電站的管理功能的實現

本船的管理功能主要有：主電網失電、發電機組超載自動并車、一級卸載管理、輕載解列管理等，這里簡單介紹主電網失電管理流程（圖3）。

如圖3所示，在電站自動模式下，當主電網失電時，電力系統將根據設定的備用機組順序首先啟動第一備用機組，在規定的延時（7s）內，若未將第一備用機組啟動，則繼續進行第二、第三次啟動。如果都不成功，則發出啟動失敗報警信號，然后啟動其他備用機組。若啟動成功，則先等發電機建立電壓之后再進行主開關合閘動作。若合閘失敗，則發出合閘失敗報警信號，并啟動其他備用機組。若合閘成功則主電網恢復供電，管理流程結束。

圖3 主電網失電管理流程

4 程序設計

本船自動電站軟件采用STEP7-MrcioWIN_V40_SP6進行編制，該軟件有三種形式編輯器：梯形圖（LAD）、語句表（STL）和功能塊圖（FBD）。本船采用梯形圖（LAD）和模塊化設計方法進行控制程序的編譯，從而提高了程序的可讀性。

梯形圖（LAD）編輯器以圖形方式顯示程序，與電氣接線圖類似。梯形圖程序允許程序仿真來自電源的電流通過一系列的邏輯輸入條件，決定是否啟用邏輯輸出。一個LAD程序包括左側提供功率流的能量線。閉合的觸點允許能量通過它們流到下一個元素，而打開的觸點阻止能量的流動。它主要由觸點、線圈和用方框表示的功能塊組成。觸點代表邏輯“輸入”條件，如外部的開關、按鈕和內部條件等。線圈通常代表邏輯“輸出”結果，用來控制外部的指示燈、交流接觸器、中間繼電器和內部的輸出條件等。功能塊代表附加指令，如定時器、計數器或者數字運算指令[2]。本船電站程序包含了1個主程序和18個子程序，如圖4所示。

梯形圖（LAD）編輯器程序形式如圖5所示。

圖4 電站程序

圖5 梯形圖編輯器程序形式

5 結論

自升式平臺的自動電站經安裝調試后滿足設計要求，各項指標符合船舶使用要求。基于PLC的自動電站可靠性高，耐惡劣環境，使用方便，功能擴展靈活，在船舶電站的應用會越來越廣泛。

[1]張江龍. 船舶電力系統的分析與設計[D]. 大連: 大連海事大學, 2010.

[2]秦立新, 劉州. 船用電站綜合監控系統的研究[J].艦船電子工程, 2006(2): 102-103.

Automatic Power Station Based on PLC's Jack-up Platform

JIANG Tao, YU Chun-guang
(No.2 Engineering Company Ltd. of CCCC First Harbor Engineering Company Ltd., Shandong Qingdao 266071, China)

New jack-up platform from No.2 Engineering Company Ltd. of CCCC First Harbor Engineering Company Ltd. adopts state-of-the-art industrial control technology, computer communications technology and the field bus technology. The automatic power plants for the ship are established. The safety, reliability and economy of the ship are greatly improved. The power plant management system uses a set of Siemens S7-200 programmable logic controller and 3 sets of PPU from DEIF of Denmark. Each generator group is controlled by the respective PPU. Between S7-200 programmable controller and PPU communicates via a high-speed and reliable Modbus-RTU field bus.

programmable controller; PPU; automatic power station

U664.14

A

姜濤（1980-），男，工程師。主要從事港口工程施工船舶管理工作。