船舶電站自動控制系統的設計分析

謝敬文

摘 要

隨著船舶運輸行業的不斷發展，對運輸的要求不斷提升，對應的船舶電站自動控制系統設計需不斷優化和改進，這樣才能滿足船舶運輸業發展的需求。本文主要介紹了船舶電站以及自動化系統相關概念、作用，對船舶電站自動化控制系統設計思路進行分析，并從軟硬件系統設計入手，提出船舶電站自動化控制系統設計與實現的策略，希望為實際的船舶電站自動化控制系統設計提供相關參考。

關鍵詞

船舶電站;自動控制系統設計;有效策略

中圖分類號： TM76;TM63 ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 29

船舶作為海上運輸的重要運輸工具，由于其運行環境具有一定的特殊性，為了確保其運行的安全性、穩定性，不僅需做好日常的管理、養護工作，還需增強其控制系統的可靠性。同時，隨著當前船舶制造朝著大型化、復雜化等方向發展，這些發展趨勢增加了控制系統設計的難度，而在網絡化、自動化等技術不斷成熟的背景下，為船舶自動化控制系統設計提供有力支持，根據船舶實時運行狀態進行有效控制，確保船舶電站持續、穩定運行，一定程度能夠減少船舶事故發生的概率。

1 船舶電站自動化系統相關概述

1.1 船舶電站

船舶電站作為船上重要的電力輔助裝置，主要由原動機、發電機以及信號處理板等設備構成，為整條船只運行提供持續不斷的電能[1]。以電流形式對其分類，分為直流船舶電站和交流船舶電站兩類;以功能進行分類，分為主電站、應急電站以及臨時應急電站三類，船舶的日常供電需要發揮主電站的作用，在主電站出現故障的情況下，需發揮應急電站供電的功能，來確保船舶重要設備正常運行，而臨時應急站只能保障船上最重要設備短時間內正常運行。

1.2 船舶電站自動化系統的作用

首先，自動對船舶上相關電氣參數、信號等進行檢測、記錄以及報警，有效控制發電機組。比如在部分發電機組啟動困難的情況下，可借助船舶自動化控制系統將啟動指令發送給其他機組，或者船舶電站的備用機組在接收指令后自動啟動，為整個船舶設備提供電能。同時，在匯流排不帶電情況下，自動化控制系統能將機電組自動接道電網中。

其次，在兩臺機組并聯工作的情況下，借助自動化控制系統能實現自動調頻、調載設備與調速器相互配合工作，將電網頻率維持在正常范圍內，根據機組容量來實現各機組功率的合理分配[2]。當船舶電站處于超負荷的情況下，需及時卸載一些不重要的負載，通過自動化控制系統可以根據負載的條件實現自動分級卸載，為船舶其他重要設備連續供電提供有力保障。同時，當電氣火災機械發生故障的時候，自動化控制系統能夠實現對其他重要設備的及時保護，可以自動對主電站和應急電站供電方式進行切換。

最后，當船舶啟動一些大容量用電設備之前，可以利用自動化控制系統檢查電站發電機組是否滿足該用電設備啟動所需電量，如果檢查其用電量能夠得到滿足，允許該設備啟動;反之，需要在啟動備用發動機的基礎上啟動該設備。同時，船舶電站自動化系統具有模擬實驗的作用，發揮其功能自動對船舶電站性能進行有效檢測，確保各項設備能夠正常運行。

2 船舶電站自動化控制系統設計思路

由于船舶電站自動化控制系統是由多個部分構成的，在對該系統進行設計的過程中可以采取模塊控制法來實現，將CAN總線與可編程控制器進行有機結合，這樣才能實現船舶電站自動化控制。其中該系統在運行過程中，可以借助傳感器來收集電站各環節的信息，在對初步信息進行處理的基礎上，將信息發送給可編程控制器，對這些信息進行分析來了解各設備工作情況，以監測結果為依據提出對應的管理策略。系統功能模塊具體體現在以下方面：

2.1 現場控制模塊

船舶自動控制系統是由相同或者不同的組網方式的現場控制網絡、管理級網絡構成的，根據分解方式將每個級的網絡分解成多個子集。船舶的每個控制現場是由現場控制單元組成，能夠對多個回路進行獨立控制，實現對相關信息的采集、處理[3]。比如對電網、發動機壓力以及電流等信息進行收集、處理，將加減速等指令發送給發電機，信號輸出模塊對其功能進行控制，將船舶電站參數以動態的形式顯示出來，根據所接受到的指令完成相關操作。

2.2 信息采集模塊

船舶自動控制系統中信息采集模塊主要是實現信號采集，比如對電壓信號、頻率信號等進行采集，借助電壓互感器電磁隔離方式將高壓與電路進行有效隔離，檢測發動機、電流信號來實現調載功能。對于相位差信號的采集，可以借助周期法對輸出頻率的值進行計算，對比所采集的頻率值。

2.3 自動調載、調頻

隨著船舶電站工作時間的延長，各項設備運行參數會發生一些變化，電網運行的可靠性、穩定性等將會受到一定影響。針對這種現狀，可以通過優化CAN總線設計來增強電網的整體性能，以滿足船舶電站自動化控制系統功能需求。同時，在系統設計完成的基礎上，通過磁力系統對電站各個節點壓力進行調節，促使電網功率合理分布，間接性提高功率的有效性。

3 船舶電站自動化控制系統設計與實現

以船舶電站構成、原理等為參考，對其自動化控制系統進行合理設計，結合船舶電站實際情況，對影響船舶電站運行的各方面因素進行分析，確保該系統設計的可行性。

3.1 軟件系統設計

對于由多臺機組相互配合實現供電的船舶電站而言，為了實現全面自動化控制，要求在軟件系統設計過程中，形成各環節自動連接的具有可靠性的總體控制系統，這樣能夠對電站內部各設備負載參數、信息等進行準確收集，對所收集的進行分析、判斷，提出具有可行性的措施[4]。比如借助計算機來收集電站各方面的信息，對通過相關指令發送來實現部分參數的調整和修改，利用計算機編程與開發技術做好診斷、評估以及報警。同時，該系統能對電站運行過程中潛在的問題進行預測、評估，根據評估結果做好相關應急策略，一定程度能降低該系統故障發生的概率。

3.2 硬件系統設計

由于船舶自動化控制系統硬件設備主要分為集控臺、可編程控制箱這兩部分，可編程控制箱作為下位機，要求完成開關量、模擬量等相關操作，控制臺作為上位機，要求將開關遙控、運行參數以及運行信息等顯示出來。比如上位機和下位機在串口方式下實現有效通信，通過轉換器將通信距離控制在規定范圍中，借助轉換器將電壓、電流等模擬信號傳輸給模擬端口，最后在處理、計算等基礎上傳輸給上位機，將這些模擬信號以數值形式顯示出來。

同時，當該系統處于本地控制模式狀態下時，上位機只能顯示船舶電站的狀態，不能對電站的開關指令進行具體操作，但通過手動操作可以實現電站集控臺個波段開關的控制，實現開關的通斷。當該系統處于遙控作業模式情況下，上位機可以利用鼠標實現開關的通斷，將當前電站的狀態顯示出來，上位機可以實現實時數據的傳輸和控制命令的傳達，對應的控制動作可以有效完成。

3.3 船舶電站自動控制系統的實現

對該系統整體界面的監控，能了解船舶電站自動化控制系統設計情況，從操作界面中可以了解電站自動運行、自動并車以及解列等完成情況，通過各機組參數控制界面來實現所需數據的存儲、打印。發電機根據控制中心所發生的指令，來完成開關通斷、機制并車以及負荷轉移等操作，對于采油機而言，除了完成增減速、啟動或暫停等操作之外，還可以對備車有效控制，來實現船舶電站的自動化控制。

同時，與船舶電站自動化采取的無觸點控制系統相比較，當前所采取的自動化控制技術趨向于結構化、模塊化。伴隨著計算機控制方式的轉變，在網絡、通信技術等影響下，船舶電站運行通用性、可靠性等得以提升，在該系統具體設計過程中，需要以船舶情況為參考，全面考慮影響該系統運行的因素，這樣所設計的自動化控制系統才能更好發揮其性能，增強實用性。

4 結語

綜上所述，在當前科技不斷更新過程中，自動化技術被應用于各行業中，其中船舶電站自動化控制系統的設計，順應了當前該行業發展的需求。隨著船舶電站建設的要求不斷提高，為了確保其穩定、高效運行，需要以系統設計原則、方向等為參考，對自動化控制系統設計各環節進行優化和改進，通過收集該系統運行過程中相關數據來檢測器運行狀態，對其有效控制，促使該控制系統可行性提高。

參考文獻

[1]彭煦.關于船舶電站自動控制系統的設計分析[J].軍民兩用技術與產品，2017（12）.

[2]何幼富，鄭少霓.船舶電站綜合控制系統的設計[J].廣州航海學院學報，2015（2）：9-11.

[3]王愛軍.基于CAN總線的船舶電站自動控制系統設計[J].南通航運職業技術學院學報，2015（02）：28-32.

[4]程曉夏，厲善亨.基于CAN總線和PPU船舶電站自動控制系統設計[J].科技資訊，2012，（009）：15-15.