开题报告-基于PLC船舶发电机自起动系统设计

开题报告 电气工程及自动化 基于PLC的船舶发电机自起动系统设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 船舶作为运输工具的历史，几乎和人类文明史一样悠久。从远古的独木舟发展到现代的运输船舶，大体经历了四个时代：舟筏时代、帆船时代、蒸汽机船时代和柴油机船时代。在船舶的发展历程中船舶作为一种水上的运输工具在不断地创造和完善下，逐渐的向大型化、专业化、高速化和自动化发展。如今一艘好的船必须要有一个完善的船舶电力系统。而船舶电站作为船舶电力系统中的核心，是船舶的重要组成部分，电站供电的连续性、可靠性和供电质量，将会直接影响到船舶安全、经济航行和船舶的生命力。船舶电站工作的可靠性和系统的生命力是衡量一个电站好坏的两个重要指标。可靠性指在各种不利的工作环境下，电站的各项电气设备能够做到不间断的供电需求。电站的生命力是指船舶受到损坏时，电力系统仍能保证不间断供电的能力。近些年来，计算机、通信、控制等技术的迅速发展外加随着船舶的大型化和多功能化发展，对船舶电站自动化水平和要求也是越来越高。船舶电站自动化是如今船舶电站发展的一个趋势，船舶电站的自动化能够维持电站供电的连续性和持续性，提高船舶的生命力，减轻船员的值班强度，改善船员工作环境，充分利用人力。

船舶电站由原动机、发电机和主配电装置组成，它为船舶上的工作机械和生活设备提供电源。电力系统设计的关键环节是电站设计，电站的组成方案由船舶负荷的供电需求来确定，同时进行电源设备的选型和布置。在船舶自动化电站中 ，要使发电机组可以自动并车投入运行，首先的工作是要确定发电机组能够根据指令自动启动或停止。所以，发电机组的自动控制是船舶电站自动化的重要内容。在研究具有多台发电机组并联供电的船舶电站中，如果要实现电站的自动化，首先前提是要有一个总体的控制系统来收集、分析来自各个环节的信息和参数，并且能够自动快速的采取适当的措施，能及时处理电站在运行时可能出现的各种情况。然后通过控制系统使得相应的设备来实现系统给出的指令要求，达到自动控制的目的。

船舶电站自动化的发展在早期就已经悄然开始，早在上世纪60年代初期，一些国家就着手于船舶电站单元化控制的研究，其中英国的MMF自动并车装置、日本的XET自动并车和XPT自动负荷分配装置是当时的代表性作品。到70年代中后期，人们在上述基础上将它们组合成了成套电站自动化控制装备，“里言斯顿”号船上的SEPA系统、“星光”号船上的系统都是典型的代表。到80年代，由于微型网络的不断发展和应用领域不断扩大，出现了一批微机分布式网络自动化控制系统，像西门子、AEG等国际著名品牌，拥有目前国际上最先进的技术。近几年，国内研制使用的电站自动化产品，在技术上与国外的产品还存在的一定的差距，在测量、稳定性及控制精度等方面都不太理想。所以想要研制出自动化更高，性能更好的船舶电站的微机处理系统，研究船舶电站中应用到的微机处理系统在今天仍有相当大的意义。

船舶电站的自动化离不开电站的监控系统，现代船舶电站主要的监控系统为以下两种模式：集散型监控系统和现场总线型监控系统。集散型监控系统DCS（Distributed Control System）是由计算机（Computer）、显示（CRT）、控制（Control）和通信（Communication）技术发展而来的产物，是以微机理机位基础的，对生产管理、数据采集和各种过程进行集中监视、分散控制的综合计算机控制系统。这系统如今在国内外自动化船舶上的应用逐年的增多，它的功能强大，技术指标、经济指标和可靠性更高。现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System）是利用现场总线作为下面子系统的控制网络，而实现对现场的监控功能。主要利用智能I/Q模块、数字传感器和执行器等存在于现场的系统来进行监控，FCS的主要发展方向是保证资源的共享，通过不断地对现场总线控制系统进行完善，进一步增强它的可靠性和实时性，为今后船舶集监、控、管于一体的网络型电站自动化的构建和实现打下基础。

在船舶电站的控制系统中发电机并联运行是其中的一个子系统，为了使得发电机在额定的负载下运行具备最高的效率，因船舶工况变化大而引起用电量变化很大的情况，船上都配备了两台或两台以上的发电机来满足因为负荷的大小带来的不同的运行方式，从而使发电机始终处于最佳运行状态。在发电机并联运行的过程中，采用PLC控制，能够很好的独立完成发电机组的起动、并车、调频调载、停机解列等功能。

在以往船舶电站的控制中，通常是采用落后继电接触器控制的方法，大量的中间继电器和时间继电器，往往使电站有体积大、线路复杂、接点多，故障多且维修困难等很多缺点，而可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，集计算机技术、通信技术众优点于一身的一种新型、通用的自动控制装置，结构简单、性能优越、使用方便、易于编程等优点，在如今的自动化控制、机电一体化等方面得到了广泛的应用，且在世界范围内取得了PLC及其网络的产量、销量、用量高居各种自动化设备的榜首的殊荣。

PLC（Programmable Logical Controller）称为可编程控制器，随着工业自动化产业的高速发展，PLC从问世以来，引起了国内外电气行业的普遍关注，如今已经成为有发展前景和影响力的一项高新技术产品。从软PLC开始投入工业使用到目前，欧美等西方国家都把软PLC作为一个重点投资对象进行研究开发，典型的产品有SOFTPLC公司的SoftPLC；
SIEMENS公司的SIMATIC WinAC；
CJ International公司的ISaGRAF，其中也有不少自动化公司推出了自己的产品，如德国KW公司的MULTIPROG；
Wellspring Solutions公司的OA2Control；
BECKHOFF公司的TwinCAT等等。相对国外的研究概况，国内在PLC1996年引进以来，由于起步晚，一些公司和机构还不能推出比较完整的产品，但正在研究具有自主版权的中文版PLC产品并有了一定的成果，如上海自仪公司的SUPMAX—800，上海船研所的CY8802C。虽说PLC具有很大的发展潜力，但还有一些问题需要解决，例如PLC受其操作系统Windows NT的响应时间限制，可靠性还有待加强等问题。今后几年内PLC将在以下的4个方面着重发展：进一步提高系统的开放性，增强系统的可靠性与实时性，提高网络通讯能力和与第三方软件的整合性，加强和改善企业整合能力。

二、 研究的基本内容，拟解决的主要问题：
研究的基本内容：
1、熟悉船舶发电机自起动系统。

2、对船舶发电机并车的条件分析和设计。

3、采用PLC控制系统，用MCGS组态软件进行发电机自起动的监控。

拟解决的主要问题：
1、船舶发电机自起动系统总体结构和自起动控制的流程进行研究。

2、对发电机自起动中主要涉及的准同步并车的一些条件进行研究和设计。

3、对船舶发电机自起动系统做简单的监控。

三、研究步骤、方法及措施：
步骤及方法：
1、了解船舶发电机工作原理。

2、对需要用到的PLC软件、MCGS组态软件进行参考学习。

3、了解发电机准同步并车的特点。

4、对准同步并车需要的条件进行分析和研究。

5、用MCGS对发电机自起动做简单的监控画面。

6、对发电机和电网的保护做介绍。

措施：
到图书馆借阅船舶自动化和船舶电站等相关书籍、期刊等，然后上网搜寻与课题有关一些资料，以获取关于船舶电站自动化系统在当代的发展情况和最新成果的信息。通过学习MCGS和PLC软件，进一步熟悉和扩展设计所需的知识。在设计过程中积极与指导老师交流，遇到不懂的地方及时向老师请教。

四、 参考文献 [1]沈雄，褚建新.船舶电气[M].北京:人民交通出版社，2000. [2]刘巍巍.软PLC技术及开发系统研究[J].黑龙江科技信息，2009.36-45 [3]毕辉，程良鸿.关于软PLC技术的研究及发展[J].机电产品开发与创新，2006.56-78 [4]刘洪涛，黄海.PLC应用开发[M].北京: 电子工业出版社，2007. [5]郭培军.中国船舶产业现状分析及发展思考[J].船舶工程，2008.65-68 [6]郑华耀.船舶电气设备及系统[M].大连:大连海事大学出版社，2005. [7]林华峰.船舶电站[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社，1998. [8]王焕文.船舶电力系统及自动装备[M].北京:国防工业大学出版社，2004. [9]管小铭.船舶电力系统及自动化[M].大连:大连海事大学出版社，1999. [10]黄伦坤，朱正鹏，刘宗德.船舶电站及其自动装置[M].第二版.北京:人民交通出版社，1994.

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