基于MCGS 艦艇應急電站監控系統設計

胡 靜，朱 娜

（1. 武警海警學院，浙江寧波 315801；2. 中國艦船研究設計中心，武漢 430064）

0 引言

隨著海警艦艇自動化的標準逐漸提升，艦艇應急電站作為全艦艇自動化的重要環節，針對其自動化控制進行研究尤為重要。應急電站的監控系統分為參數顯示和自動控制2個主體部分[1]；在應急電站工作時，能實時顯示原動機和電網的參數，如原動機的油水壓力和溫度、應急電網的電壓、電流和頻率等。在發生故障時，能及時報警并自動調節部分參數，如通過控制油門開度來穩定頻率、通過調整勵磁電流來穩定電壓[2]。傳統的繼電器和機械顯示儀表已經不能滿足這一系列的控制要求，因此，如何提高整個監控系統的穩定性與可靠性已成為海警艦艇自動化的重要研究方向。

1 艦艇應急電力系統

艦艇應急電力系統屬于全艦艇電力系統的一部分，當遭受如戰損、惡劣海況等導致的主電力系統斷電且暫時不能恢復供電的情況時，應急電力系統應快速投入運行，為艦艇重要用電負載緊急供電，以保證艦艇生命力的維持；同時，艦艇人員需盡快恢復主電網的供電。

隨著海警艦艇新型艦船裝備的列裝、控制技術的不斷發展，其自動化程度的提高為人員帶來便利的同時，對使用環境、設計水平和人員素質提出了更高的要求，其主要概括如下：

1）艦艇應急電站應設有自動和手動控制2種工作模式。

2）應急發電機組投入運行與主電網正常運行之間設有必要的電氣連鎖，避免出現應急發電機組和主電網二者同時供電的情況。

3）應急發電機組通常設置在人員容易到達的高層連續甲板、遠離主副機艙的位置，應急配電板和應急發電機應安裝在同一艙室。

4）應急電力系統應設置必要的短路、欠壓、過載保護，同時設有必要的絕緣監測與報警系統。

5）艦艇應急發電機組應保證至少能連續起動6次的電力或壓縮空氣的儲備，且其控制系統能保證能短時間連續起動3次發電機組，并保證能在45s內根據預定控制程序給應急負載供電。若3次均未能成功起動，則監控系統立即停止其自動起動程序并報警。

6）應急電站監控系統設有對柴油機運行參數的報警以及發電機和電網參數的顯示和報警功能。表1為艦艇應急電站規范所要求的報警內容。

表1 艦艇應急柴油機的安全保護和報警項目表

2 控制系統設計

艦艇應急電站控制系統是以PLC作為核心控制元件來實現對應急電站柴油機和電氣參數的采集與控制，采用MCGS設計出的人機監控界面并建立與S7-200連接的PPI通信通道，實現對整個電站實時監視和控制。

本文設計的應急電站控制單元主要在以下2種情況下使用：

1）當主電網正常工作時，發生故障失電且經歷短暫延時確認后仍未恢復供電，則立即啟用該控制程序，根據不同情況，按照既定的控制程序完成對應急負載的供電過程。

2）在對應急柴油發電機組（簡稱：EG）起動性能模擬測試時，只運行PLC自動起停模塊的子程序，而不運行合閘部分的程序，以保證試驗時主電站的正常供電。

在不考慮背向反射影響的情況下,微環諧振腔的光場傳輸示意圖如圖1所示。圖1中,微環與直波導寬度相同,半徑為R,耦合間距為d,微環與直波導光場耦合系數為k,在耦合區域,輸入光場(a1,a2)與輸出光場(b1,b2)的傳數矩陣[20]可以表示為:

根據艦艇應急電站所需實現的控制需求，以模塊化的設計方法對整個控制流程進行編寫，即通過主程序來調用各子程序，主要包括應急柴油發電機組自動起停模塊、主開關分合閘模塊和聲光報警模塊[3]。

現按照控制要求對I/O資源作如下配置：

1）數字量I/O分布如表2所示。

表2 數字量符號表

2）模擬量I/O分布如表3所示。

表3 模擬量符號表

3 系統調試

將裝有控制程序的S7-200 PLC與MCGS觸摸屏連接，進行監控系統的模擬運行與仿真，以應急發電機的起動情況為例，其測試結果如下：艦艇通常由主電網供電，當主電網因故斷電時，應急發電機組應迅速起動，且在45 s內投入運行。其投入運行過程如圖1～圖3所示。

圖1 應急起動完成

圖3 應急投入運行時負載的監控

圖2 應急系統界面

根據電站實際運行過程和相關控制需求，設計出艦艇應急電站監控系統，可設置為自動或手動2種運行模式，經過從系統初始化到起動、應急負載監控與手動調節，對報警提示與查詢等過程的功能進行仿真測試。測試結果表明：該系統能夠滿足對艦艇應急電站的實時監控。

4結論

艦艇應急電站作為艦艇電力系統最后的保障，盡管使用頻率低，但一旦投入運行，監控系統必須保證供電的穩定性和快速性。最終測試結果表明：基于MCGS的監控系統在參數顯示、故障報警等方面人機交互性好，結合PLC控制器的控制優勢，能夠在艦艇復雜情況下及時、可靠地完成對重要負載的供電，降低艦艇人員的工作和執勤強度，提升艦艇自動化水平和艦艇生命力。