基于能量管理的船舶电力监控系统,此文是一篇监控系统论文范文,为你的毕业论文写作提供有价值的参考。
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摘 要：为实现船舶电力系统的能量管理,采用施耐德M340可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller, PLC）和DEIF并车保护单元(Protection and Paralleling Unit,PPU)以及MODBUS串行通信网络,构建船舶电力监控系统.该系统为3层结构：上层为计算机,中间层为M340 PLC,下层为PPU和小触摸屏.上层与中间层之间采用TCP/IP总线,中间层与下层之间采用MODBUS总线.该电力监控系统软件包括同步合闸子程序、能量管理子程序、重载询问子程序和轻载解列子程序等.
关键词：船舶电力系统； 能量管理； MODBUS； 并车保护单元； 可编程逻辑控制器
中图分类号：U664.23; U665.12; TP273.5文献标志码：A
Marine power monitoring system based on energy management
SHEN Yuxia, CHEN Yihui, XUE Shilong
(Logistics Engineering College, Shanghai Maritime Univ., Shanghai 201306, China)
Abstract：In order to realize the energy management of marine power system, the Schneider M340 Programmable Logic Controller (PLC), DEIF Protection and Paralleling Unit (PPU) and MODBUS serial communication network are adopted to build the marine power monitoring system. The system consists of three network layers: the upper layer is computer, the middle layer is M340 PLC unit, and the lower layer is PPU and all touch screen. TCP/IP is adopted as communication medium between the upper and the middle layer, and MODBUS is used between the middle layer and the lower layer. The software of the power monitoring system includes the simultaneous closing subprogram, energy management subprogram, overloading enquiry subprogram and underloading removal subprogram and so on.
Key words：marine power system; energy management; MODBUS; protection and paralleling unit; programmable logic controller
0 引 言
随着航运事业的发展,船舶电气自动化程度越来越高,常规模式的船舶电力系统已不能适应这一发展需求,尤其随着通信技术、微处理技术和控制技术的不断发展,船舶电力推进的应用对船舶电力系统提出新的更高的要求.［1］
本文对船舶电力系统的控制要求及其功能进行详细研究,在此基础上提出采用MODBUS,结合施耐德M340可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)和DEIF的并车保护单元(Protection and Paralleling Unit,PPU)以及MODBUS串行通信网络,构建一个船舶电力监控系统,以实现船舶电力系统的能量管理.
1 船舶电力监控系统构建
系统包含3台100 kW的康明斯柴油发电机组和1套模拟负载.操作部分由3个发电机控制屏,1个应急发电机控制屏,1个并车屏和2个负载屏组成.控制部分主要由施耐德M340 PLC和PPU构成.M340 PLC进行参数运算和程序控制,PPU进行数据采集和任务执行,两者之间通过MODBUS进行通信.［2-4］船舶电力监控系统结构功能见图1.图1 船舶电力监控系统结构功能
1.1 上位机监控
M340 PLC通过以太网接到人机界面屏,由人机界面屏显示系统状态及故障监视情况,其主要任务是实时监测电力系统各设备运行参数(包括机组原动机、发电机、配电系统的机械参数、电气参数)和运行状态,监测量可以是模拟量,也可以是开关量.同时还要记录监测结果,存储参数越限时的数据.
1.2 主站
系统主站使用施耐德PLC,处理器为BMX P34 2020,与分站之间的通信采用MODBUS总线.PLC通过MODBUS总线读取分站检测的设备运行状态参数,经过程序控制可进行发电机组停机状态下的预润滑,具有发电机组自动启动、并车和并联运行中功率的自动分配、转移及电网频率的自动调整,发电机组自动解列、故障状态下解列、停机控制等各项控制功能.系统具有自动处理功能,当系统发生故障时,控制系统可自动使处于备用状态的发电机组立即启动,自动准同步投入电网运行.
1.3 分站
系统分站就是PPU,是系统正常运行的重要部件.PPU不仅监测发电机的各运行参数,而且执行PLC发出的各种指令.PPU具有自动并车功能,同步、功率和频率控制等控制功能,以及逆功率保护、过流保护等保护功能.PPU检测的数据可通过与其连接的小触摸屏实时显示.2 船舶电力监控程序的设计
系统有3台相同容量的柴油发电机,作为正常航行用机组或容量不够时的备用机组,也可作为应急机组,可通过3号配电屏上的转换开关转换.
2.1 同步控制
图2 同步合闸子程序要将1台机组并入电网,须保证该机组满足并车条件,即电压、频率与电网相近且电压相位与电网一致.本系统中,PPU检测电压和频率并计算相位（φ）差、频率（f）差和电压差,当待并机和运行机的频率、电压相近且相位满足并车条件时,PPU向PLC发出并车信号,将优先待并机组并入电网.同步合闸子程序见图2.
2.2 能量管理
若2个机组并网,则需要按照2个机组的容量分担负载.为使柴油机效率最大化,系统采用非对称负荷分配,即在网柴油发电机根据负荷变化保持最大功率输出状态,后并入电网的柴油发电机输出功率随负荷变化而改变.［5］能量管理子程序见图3.图3 能量管理子程序
2.3 重载询问和轻载解列
当系统需要启动大负荷时,按下重载询问按钮,若当前机组无法满足功率要求,则启动另一台机组,实现并车和相应的功率分配功能.［6］重载询问流程见图4.当2号发电机负载小于当前机组容量的70%时,可以切除3号机组.当1号发电机负载小于当前机组容量的70%时,可以切除2号机组.轻载解列流程见图5.
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