基于PLC的船舶電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的研究(圖文)

1、基于PLC的船舶電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的研究(圖文)論文導(dǎo)讀：監(jiān)控系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示，它包含了自動(dòng)化電站應(yīng)具備的各項(xiàng)功能，由總體監(jiān)控邏輯把它們有機(jī)組織在一起，各功能相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，共同完成電站的自動(dòng)運(yùn)行。在通信過(guò)程中，控制PC機(jī)為主站，各子站PLC為從站，且遵從MODBUS通信協(xié)議，PLC通過(guò)RS485總線和計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程連接成一套網(wǎng)絡(luò)式控制系統(tǒng)。6.監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)由于船舶電站的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境過(guò)于惡劣，各種電磁干擾和機(jī)械振動(dòng)干擾特別強(qiáng)烈，如果安裝使用不當(dāng)或抗干擾措施不足，都不能保證監(jiān)控系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行。可視化軟件VB的應(yīng)用，因圖像形象便于操作者的管理。關(guān)鍵詞：船舶電站，監(jiān)控系統(tǒng)，PLC，V

2、B1.緒論船舶作為重要的交通依然保持著無(wú)可替代的地位。在全球經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展過(guò)程中，船舶承擔(dān)著90%以上的國(guó)際貿(mào)易貨運(yùn)量，適應(yīng)新的航運(yùn)要求的船舶不斷出現(xiàn)。船舶電站是船上重要的輔助動(dòng)力裝置，供給輔助機(jī)械及全船所需電力，它是船舶電力系統(tǒng)的重要組成部分，是產(chǎn)生連續(xù)供應(yīng)全船電能的設(shè)備1。船舶電站是由原動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和附屬設(shè)備及配電板組成的。發(fā)電機(jī)組容量據(jù)全船電動(dòng)機(jī)械設(shè)備的數(shù)量確定，普遍采用400伏三相交流電,頻率有50赫茲和60赫茲兩種。本系統(tǒng)由二個(gè)工作母站（1個(gè)備用）、3工作子站組成，通常一個(gè)工作母站設(shè)在機(jī)艙監(jiān)控室，另一個(gè)設(shè)在駕駛室。兩個(gè)工作母站完全獨(dú)立，可同時(shí)或單獨(dú)操作，并互為備用。主控系統(tǒng)選用體積

3、小、模塊化、功能強(qiáng)大的三菱PLC（FX2N）為核心，配合使用可視化軟件VB來(lái)集中監(jiān)控，從而最大程度地提高船舶航行的安全性、可行性和經(jīng)濟(jì)性。2.船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)工作原理隨著船舶自動(dòng)化程度的不斷提高，電站自動(dòng)化由局部的、就地的監(jiān)控，必然發(fā)展到綜合的、集中的自動(dòng)化電站2。自動(dòng)化電站的基本功能包括：信號(hào)自檢、自起動(dòng)、自動(dòng)準(zhǔn)同步并車、自動(dòng)恒壓恒頻及功率分配、自動(dòng)解列、自動(dòng)停機(jī)、自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償、重載詢問(wèn)等功能。本文對(duì)其中的一些模塊作了分析。監(jiān)控系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示，它包含了自動(dòng)化電站應(yīng)具備的各項(xiàng)功能，由總體監(jiān)控邏輯把它們有機(jī)組織在一起，各功能相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，共同完成電站的自動(dòng)運(yùn)行。圖5.2 監(jiān)控系統(tǒng)

4、總體框圖自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)中，PLC因適用性高所以常用于第一線的控制器，但尚有一些功能上的限制，如存儲(chǔ)器容量、數(shù)據(jù)處理分析能力、報(bào)表打印，而這些限制可以利用Computer Link解決3。利用三菱公司提供的SW3D5F軟件可以實(shí)現(xiàn)EXCEL監(jiān)控，而且僅需要作應(yīng)用軟件的設(shè)置而不需要復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)，此種方式可以迅速達(dá)成PLC集中監(jiān)控的目的，但是此種監(jiān)控模式還存在一些問(wèn)題，例如無(wú)可視化的效果、數(shù)據(jù)共享局限性、無(wú)法使用其他應(yīng)用元件、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等。這里選用VB軟件來(lái)設(shè)計(jì)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，可以解決上述問(wèn)題。在通信過(guò)程中，控制PC機(jī)為主站，各子站PLC為從站，且遵從MODBUS通信協(xié)議，PLC通過(guò)RS485總線和計(jì)

5、算機(jī)遠(yuǎn)程連接成一套網(wǎng)絡(luò)式控制系統(tǒng)。一般計(jì)算機(jī)已有的串行口大多為RS-232形式，所以當(dāng)PLC以485的通信模塊與計(jì)算機(jī)的RS-232串行口連接前，必須安裝RS-232/485的轉(zhuǎn)換器；計(jì)算機(jī)的串行口不足時(shí)，可直接利用RS-485/422的PCI界面卡與PLC通信。這里PLC采用485BD的通信模塊形式，傳輸距離可達(dá)50m。計(jì)算機(jī)通信模式中，因其通信的數(shù)據(jù)有固定的格式，可以用16臺(tái)PLC與1臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)構(gòu)成一個(gè)集中監(jiān)控系統(tǒng)，這里我們只選用了3臺(tái)PLC，所以可以使用。3.電站自動(dòng)化的部分模塊分析3.1 自動(dòng)并車PLC控制系統(tǒng)充分利用計(jì)算機(jī)能力，通過(guò)采集電壓等參數(shù)的基本數(shù)據(jù)，按一定的算法得出調(diào)頻和合閘

6、指令的。理想并車需要三個(gè)條件：待并發(fā)電機(jī)的電壓與運(yùn)行機(jī)組電壓相等、頻率相同、電壓相位一致。設(shè)計(jì)思想是當(dāng)系統(tǒng)初始化后，啟動(dòng)并車程序，判斷差壓是否在允許范圍（一般取4%UN），符合條件后再判斷頻差范圍（0.15HZf0.3HZ），發(fā)出合閘指令。3.2 PLC端的通信程序PLC與計(jì)算機(jī)之間接收數(shù)據(jù)前要先進(jìn)行PLC的端口設(shè)定。PLC是以D8120數(shù)據(jù)寄存器來(lái)表示通信參數(shù)，D8121數(shù)據(jù)寄存器來(lái)表示PLC的站號(hào)，8129來(lái)檢測(cè)通信數(shù)據(jù)是否異常4。下面設(shè)置的是2號(hào)站通信程序，其他的只需站號(hào)修改就可使用。LD M8002MOV H6080 D8120 ；通信參數(shù)設(shè)置，具體可查D8120的設(shè)置內(nèi)容MOV H0

7、002 D8121 ；設(shè)置PLC的站號(hào)為2號(hào)站MOV K0 D8129 ；D8129的初始值為100m,K代表10進(jìn)制END3.3 安全保護(hù)安全保護(hù)是系統(tǒng)自動(dòng)化的一個(gè)重要組成部分，對(duì)自動(dòng)化電站而言安全保護(hù)就是指對(duì)發(fā)電機(jī)組的保護(hù)。作為一個(gè)基本電站系統(tǒng)，按規(guī)范要求本身設(shè)置了保護(hù)裝置，但為了進(jìn)一步提高供電品質(zhì)與盡量保持電網(wǎng)連續(xù)供電，在自動(dòng)化電站系統(tǒng)中，同樣設(shè)有過(guò)載、短路、欠壓、逆功率保護(hù)，使發(fā)電機(jī)有了雙重保護(hù)，運(yùn)行的更安全。欠壓過(guò)流保護(hù)可由程序整定，過(guò)流，發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)主要是由逆功率繼電器來(lái)承擔(dān)。5.VB監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)通信程序設(shè)計(jì)的大致步驟有：串口及通信參數(shù)初始化、求和校驗(yàn)子程序、接收子程序、通信

8、過(guò)程出錯(cuò)處理子程序、發(fā)送開(kāi)關(guān)量命令子程序、定時(shí)讀取負(fù)荷測(cè)量值子程序等。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)如圖2所示。論文大全。共有三組PLC控制系統(tǒng)，每組使用VB的Frame框，這樣框內(nèi)的組件可以一起移動(dòng)且分組明確3。Y0、Y1、Y2是三個(gè)Command陣列式控制項(xiàng)，無(wú)論單擊任何控制項(xiàng)都會(huì)觸發(fā)相同的Command_Click事件，并且會(huì)以Index變量來(lái)表示是由陣列中哪個(gè)控制項(xiàng)所觸發(fā)的。同樣，在主對(duì)話框中增設(shè)Shape控制，利用Shape控件（陣列式）的FillColor屬性的變化，以顏色來(lái)表示Y0Y2元件的狀態(tài)，因陣列式可利用DoLoop語(yǔ)句來(lái)減少顯示Y0Y2所需要的程序，而于設(shè)計(jì)階段中，各陣列的Shape屬性為

9、FillColor屬性為白色，F(xiàn)illColor為實(shí)心。串行通信器件選用MSComm這個(gè)ActiveX控件，如圖2中右下角所示。圖2 VB監(jiān)控畫(huà)面36.監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)由于船舶電站的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境過(guò)于惡劣，各種電磁干擾和機(jī)械振動(dòng)干擾特別強(qiáng)烈，如果安裝使用不當(dāng)或抗干擾措施不足，都不能保證監(jiān)控系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行。船舶電站內(nèi)的各種干擾可能使PLC接收到錯(cuò)誤的信號(hào)，造成PLC誤動(dòng)作，或使PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)丟失，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)瓜到y(tǒng)失控。所以在船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須采取相應(yīng)的可靠性措施，以消除或減少干擾的影響，保證船舶電站系統(tǒng)的正常運(yùn)行。論文大全。當(dāng)船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)量信號(hào)傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)選用屏

10、蔽電纜。模擬量信號(hào)和高速信號(hào)也應(yīng)選用屏蔽電纜。論文大全。通信電纜的信號(hào)很高，一般應(yīng)選用專用電纜或光纖電纜。PLC監(jiān)控系統(tǒng)屬高速低電平監(jiān)控裝置，應(yīng)采用直接接地方式。7.結(jié)論與展望本文設(shè)計(jì)的船舶電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)控制、操作管理和集中監(jiān)控組成，是當(dāng)前最優(yōu)的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。根據(jù)船舶電站監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，分析了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在電站自動(dòng)化中的應(yīng)用現(xiàn)狀，通過(guò)論證，表明PLC計(jì)算機(jī)聯(lián)合應(yīng)用于電站監(jiān)控是完全可行的，并具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)。PLC程序采用模塊化設(shè)計(jì)思想，在設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)清晰，便于檢查和修改。可視化軟件VB的應(yīng)用，因圖像形象便于操作者的管理。開(kāi)放式和網(wǎng)絡(luò)化是未來(lái)船舶電站自動(dòng)化的創(chuàng)新模式，并向?qū)崿F(xiàn)機(jī)艙綜合自動(dòng)化這個(gè)高層次階段發(fā)展