5 800 DWT油船電站管理系統設計

潘 飛

(泰州市地方海事局，江蘇 泰州 225300)

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5 800 DWT油船電站管理系統設計

潘 飛

(泰州市地方海事局，江蘇 泰州 225300)

基于可編程邏輯控制器(PLC)的船舶電站管理系統，在5 800 DWT油船上采用了分立式模塊組成電站管理系統的設計思路,由PLC核心管理模塊和負荷分配器、自動同步器、功率變換器等模塊構建系統。經實船使用，系統功能全面、性能優良、運行穩定、操作簡單、維護低廉，滿足圖紙設計及實際航行要求。

船舶電站管理系統；PLC；分立式；硬件設計

0 引言

船舶電站是船舶電力系統的重要組成部分。電站供電是全船所有電氣設備正常運行的必要條件[1]，電站可靠供電取決于發電機組、發電機控制屏、連接電纜及電站控制系統等穩定工作。船舶電網失電會造成整船癱瘓，導致船舶航行失控，極有可能發生重大航行事故。油船、化學品船舶還有可能造成重大水域污染，導致不可估量的影響和損失。在設計5 800 DWT油船電站管理系統時，按照船舶電站自動化的有關要求，圍繞PLC核心管理模塊選擇相應的功能模塊，組成完整的控制網絡，采集柴油機、發電機、斷路器等相關參數數據，系統加以判斷和分析，自動處理船舶電站運行中可能出現的各種情況，確保電力系統安全、可靠、經濟運行。

1 主要參數

5 800 DWT油船主要參數為：總長111.80 m，船長104.55 m，船寬16.20 m，型深7.20 m，滿載吃水5.70 m，空載吃水3.70 m，夏季干舷1.514 m，參考載重噸5 800 t。該船配置情況如下：

①2臺主機,每臺功率為810 kW,轉速為750 r/min;

②3臺主發電機，每臺功率為386 kW，電壓為400 V，頻率為50 Hz，3臺發電機可根據負載情況自動并車，同步運行；

③1臺應急發電機，功率為150 kW；

④2臺容量為65 kVA主變壓器，1臺容量為30 kVA應急變壓器，電壓為交流400 V/ 220 V,頻率為50 Hz。

本船主要電制為：動力設備為單相3相交流400 V、50 Hz，正常照明為交流單相220 V、50 Hz，通導設備和航行設備為交流單相220 V單相和直流24 V，報警系統為交流單相220 V和直流24 V。

2 5 800 DWT油船電站管理系統的選擇

2.1 部分船舶電站管理系統介紹

近幾年來，市場上常用的船舶電站管理系統[3]有德國SAM公司(型號T1000)、丹麥SELCO公司(型號S6000)、丹麥DEIF(型號PPM)等，這些系統都是整體式模塊船舶電站管理系統(簡稱“整體式模式PMS”)，自帶PLC管理軟件。

2.2 5 800 DWT船舶電站管理系統選擇

5 800 DWT船舶電站管理系統系統屬于分立式模塊船舶電站管理系統(簡稱“分立式模塊PMS”)，該系統由多個獨立的模塊組成。獨立的模塊包括：負荷分配器、自動同步器、發電機組自動控制模塊、PLC核心管理模塊等。

2.2.1 分立式模塊PMS與整體式模塊PMS性能對比

分立式模塊PMS與整體式模塊PMS性能比較的項目詳見表1。

2.2.2 分立式模塊PMS與整體式模塊PMS價格對比

分立式模塊PMS與整體式模塊PMS的價格比較見表2。

通過表1、表2在性能、價格上的比較發現，2種模式在性能上都是穩定的，整體式模塊PMS在逆功率保護、通訊網絡、參數修改、運行速率上有一定的優勢。分立式模塊PMS在負載分配、發電機組自動控制、重載問詢、兼容性等方面有著一定的優勢，特別是在兼容性、靈活性方面有著更強的優勢。由于分立式模塊PMS是由多個獨立模塊組成的，在后續維修上，可以直接更換損壞模塊，不需要更換整個模塊，因而，在后續維修費用上，分立式模塊PMS有著更強的價格優勢。

表1 分立式模塊PMS與整體式模塊PMS性能對比

表2 分立式模塊PMS與整體式PMS價格對比

綜上，整體式模塊PMS和分立式模塊PMS在性能上都是穩定的，具體性能各有特點，都能滿足客戶和船級社的要求。但分立式模塊PMS價格更便宜，后續維修更方便，特別是針對目前市場上3萬載重噸以下船舶，有著很強的價格優勢，有著更強的市場競爭力。因此，5 800 DWT油船電站管理系統選用分立式模塊船舶電站管理系統。

2.3 船舶電站PLC核心管理模塊選擇

基于PLC控制的船舶電站控制系統與基于微機(單片機)控制的船舶電站管理系統的船舶自動化電站相比，具有可靠性高、用戶所需備件數量少、系統給定參數修改簡單、方便等優點。

技術發展至今，最可靠的控制系統是PLC系統，機艙自動化領域中20世紀80年代的微機控制系統正逐步被PLC控制系統所取代[4]。如今，PLC控制系統的可靠性已為世人所共識，由于產品具有通用性、方便性、簡單性等特點，因而得到技術人員的青睞。

為了系統的可靠性，更為了產品的技術指標、經濟指標和可靠性指標,本系統的船舶電站自動化核心管理模塊選用PLC核心管理模塊。

3 5 800 DWT船舶電路管理系統的設計

3.1 基于PLC的船舶電站管理系統組成

由于該船的電站系統要求全自動控制，實現電站自動化，因而必須將各個自動環節有效地聯接在一起，組成一個完整的控制網絡，用來采集來自各臺柴油機、發電機、斷路器、母排網絡、主要負載的必要的信息、參數及數據，加以判斷和分析，自動處理船舶電站運行中可能出現的各種情況，確保電力系統安全、可靠、經濟的運行。

PLC核心管理模塊選定之后，需要確定相應的功能模塊。該船舶電站管理系統模塊主要有自動同步器、負荷分配器、發電機組自動控制模塊、電器參數變換器等。各模塊的組成及功能圖如圖1所示。

下面將按照圖1的電站管理系統模塊組成及功能圖，逐一說明自動同步器、負荷分配器、發電機組自助控制模塊、PLC核心管理模塊等功能及選擇。

3.2 基于PLC的船舶電站管理系統的模塊介紹

3.2.1 自動同步器模塊

自動同步器主要用于采集來自船舶電網和帶發電機組的電壓、頻率信號，通過比較，如果不滿足并車條件，則發出不能合閘信號；如果滿足并車條件，則發出合閘信號。

本系統選擇丹麥DEIF公司生產的型號為FAS-113DG的自動同步器，設計為3臺發電機組共用1件。選用該模塊主要是為了減少PLC核心模塊的計算量，提高PLC核心管理模塊的速率。

3.2.2 負荷分配器模塊

負荷分配器主要用于接收發電機組主開關的電壓、電流信號，測算有功功率，通過比較，對發電機組發出調節柴油機轉速的指令。該調節屬于精度調節，實現發電機組間負載轉移，直至達到負荷平衡。

本系統選擇丹麥DEIF公司生產的型號為LSU2-113DG的負荷分配器，1臺發電機組1件。

3.2.3 發電機組自動控制模塊

機組自動控制模塊主要用于發電機組自動化及監控系統，實現發電機組的自動開機/停機、多種參數測量、故障顯示保護等。本系統選擇丹麥DEIF公司生產的型號為GC-1F的機組自動控制模塊，1臺發電機組1件。

3.2.4 PLC核心管理模塊

PLC核心管理模塊選用三菱公司的FX2N系列產品。該產品環境適應能力強，穩定性高，特別能適應船舶的環境溫度較高、相對濕度很大、振動和搖晃、噪聲大等惡劣條件。為達到輸入輸出點數靈活配置及易于擴展的目的，三菱公司的FX2N系列的產品可由不同點數的基本單元和擴展單元構成。同時，控制器的結構還做成了模塊化，各種不同點數的可編程序控制器都做成同寬同高不同長度的模塊，這樣，幾個模塊拼裝起來后就成了一個整體的長方體結構。

具體選擇型號為FX2N-80MR可編程序控制器，同時配有2個擴展單元： FX2N-32EK(為擴展口)、FX2N-4AD(模擬量輸入4通道)。FX2N-80MR可編程序控制器采用一體化的箱體式結構，其特點是非常緊湊。它將所有的電路都裝入1個模塊內，構成一個整體，這樣體積小巧、成本低、安裝方便。

圖1 5 800 DWT船舶電站管理系統框圖

4 結語

設計時選擇分立式模塊船舶電站管理系統作為5 800 DWT油船電站管理系統是考慮到整個系統的技術性能、安全性能、經濟性能及后續維修。確定PLC可編程序控制器為本系統的核心管理模塊，每臺發電機都具有獨立的PLC控制子系統，實現了分散監控、集中管理。選用相應功能模塊，利用PLC把各個功能模塊整合到一起，通過PLC各個功能設計及實現，形成功能強、維修易、價格低的船舶電站管理系統。

基于PLC的分立式模塊船舶電站管理系統[5]，采用PLC梯形圖編程，按照5 800 DWT油船的具體情況設計，考慮了船東的特殊要求，滿足了國家法規對船舶電站自動化的具體要求。

實用是工程設計的基本要求，穩定性、可靠性是船舶電站管理系統的關鍵。本系統經實船運行，只出現過一些參數的重新設定等情況，未發生一起性能不穩定或誤操作或重大質量事故。運行以來，性能穩定、功能強大、維修方便、價格較低，得到了船級社的認可，受到船東的好評。

[1] 鄭華耀.船舶電氣設備及系統[M].大連：大連海事大學,2005.

[2] 鄧志良，劉維亭.電氣控制技術與PLC[M].南京：東南大學出版社,2002.

[3] 路林吉，王堅，江龍康.可編程序控制器原理及應用[M].北京：清華大學出版社,2002.

[4] 杜曉滔.基于PLC和串行通信的船舶電站監控系統的設計與實現[D].武漢：武漢理工大學，2008.

[5] 張璟.PLC和Labview在船舶電站監控系統中的應用[J].艦船科學技術，2016(6):67-69.

2016-11-30

潘飛(1981—)，男，工程師，主要從事船舶檢驗工作。

U665.12

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