基于PLC的船舶電站控制系統設計與應用

中國船級社實業公司廣州分公司 杜一民

引言

現階段，我國工業自動化產業正處于快速發展階段。PLC作為電氣自動化控制系統的主要組成部分，現已成為電氣領域最具發展潛力的高新技術產品之一。此外，由于現代PLC控制技術具有適用范圍廣、抗干擾能力強及操作簡單這三大優勢，因此該技術被廣泛應用于自動化控制系統領域。同理可知，船舶自動化控制系統亦是相同。當前我國船舶電站控制系統已實現部分自動化控制，即繼電器系統及電子電路控制系統，但這兩種系統存在線路復雜、抗干擾能力差、維修工作量大等問題。基于此，為有效提高船舶安全性、生產效率，通常采用PLC控制技術對船舶進行自動化控制。

1.基于PLC的船舶電站控制系統設計

首先，PLC控制系統主要由信號處理板、電源板及操作控制顯示板三大部分組成，所需設備主要有PLC、信號處理板、電源等，系統參數則是由PLC編程器經在線監視及修改而來。PLC在整個電站控制系統中主要用于發電機組運行控制、故障處理、調節頻率，從而保證機組整體的正常運行。

1.1 硬件設計

控制系統的硬件主要由PC上位機、PLC、智能模塊及發電機等部分構成，具體系統結構如圖1所示。PLC是電站控制系統的重要組成部分，此外，發電機組智能模塊亦是核心設備之一。PC上位機的主要功能是在線監控發電機組的運作狀態，它還能直接對船舶電站部分功能進行控制監測。監控界面能直接顯示船舶電站運行狀態。

圖1 船舶電站的系統結構圖

1.2 軟件設計

PLC能有效控制發電機組智能控制模塊，從而間接完成對發電機和發動機的全面控制，除此之外，電機自動啟動及并車、自動結束運轉等功能亦需借助PLC控制技術來實現。在發電機及電網的數據采集過程中，需利用上位機監控軟件，實現在線監控，監測結束后PLC再將發電機和發動機的運行參數傳輸至上位機監控軟件，最后通過顯示界面呈現出船舶機電的工作狀態。

由上文可知，船舶自動化控制系統的軟件主要指PLC控制軟件及上位機監控界面軟件，其中， PLC控制軟件的主要工作內容是數據處理及控制執行；上位機監控界面軟件的工作內容是顯示船舶實時狀態的相關數據，并對故障數據進行預警。

1.3 通信實現

數據通信是實現船舶電站全面控制的主要步驟之一，本文選取HGM6510控制模塊為研究對象，從而對船舶電站系統的應用進行探究。首先，HGM6510控制模塊與PLC、PLC與上位機間均存在通信協議，其中HGM6510控制模塊與PLC間的通信協議需借助 CAN總線通信協議來完成。船舶電站控制系統設備間的通信狀態是影響控制系統整體性能的關鍵因素，系統設備之間通信協議結構如圖2所示。

圖2 船舶電站控制系統設備之間通信協議

2.實際應用

不同種類的船舶電站控制系統需配置對應的柴油發電機組，此外，機組的運行時間還需根據實際情況而定。每一個控制系統都必須對在線監視機組的運行參數及其工況做出適當調整。比如脈沖寬度的調整需控制在0.5s -2s范圍內，從而使得頻差與綜合信號相適應;針對一些陳舊船舶，脈沖寬度的調整范圍則需控制在1s-5s范圍內;針對保養不當的船舶，脈沖寬度的調整范圍需控制在5s-20s范圍內，以此保證調速器的有效性。

通常發電機的電壓、電流、失壓、超速、逆功率的各項整定值可以允許終端用戶根據自身所需進行適當調整。但為保證系統運行安全，通常在安裝調試完畢后，不允許用戶自行修改信息。

3.結論

綜上所述，PLC控制系統適用范圍廣、抗干擾能力強、可靠性高及操作簡便，功能擴展方便，因此該項技術在船舶電站控制領域具有十分可觀的發展前景。基于此背景，本文以S7-200PLC為例，對船舶電站控制系統設計進行詳盡闡述，從而實現PLC船舶電站控制系統對系統參數的在線監視與在線修改。除此之外，隨著社會科技的持續發展，電氣自動化控制系統勢必會在國內外機電行業得到廣泛應用。