摘要  隨著造船業(yè)不斷發(fā)展，船舶電站自動(dòng)化程度越來越高。在具有多臺(tái)發(fā)電機(jī)組并聯(lián)供電的船舶電站中，若要實(shí)現(xiàn)船舶電站的自動(dòng)化，必須將各個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)聯(lián)系起來，組成一個(gè)總體控制系統(tǒng)，收集來自各臺(tái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、斷路器以及各主要負(fù)載的必要信息和參數(shù)，并加以分析、判斷，在合適條件下自動(dòng)的采取適當(dāng)?shù)拇胧幚黼娬具\(yùn)行中可能出現(xiàn)的各種情況，確保電力系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

本文設(shè)計(jì)了一套基于可編程邏輯控制器和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信的船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用先進(jìn)的工業(yè)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及通信技術(shù)，提高了系統(tǒng)的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。

本文介紹了采用西門子S7-200系列可編程控制器結(jié)合HGM6510控制模塊實(shí)現(xiàn)船舶電站自動(dòng)化控制的方法、步驟。在設(shè)計(jì)中釆用上位機(jī)結(jié)合下位機(jī)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶電站的自動(dòng)控制。下位機(jī)使用可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)具體控制任務(wù)，上位機(jī)使用力控組態(tài)軟件，提供狀態(tài)顯示、遠(yuǎn)程控制及報(bào)警等功能。

通過對(duì)船舶電站分析，統(tǒng)計(jì)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)，進(jìn)行硬件選型和組態(tài)。出了實(shí)現(xiàn)船舶電站自動(dòng)控制裝置整體和各部分功能的具體控制策略。根據(jù)控制策略，完成了控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)，包括自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)并車、自動(dòng)解列、自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載等環(huán)節(jié)。利用力控組態(tài)軟件進(jìn)行了上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，根據(jù)船舶電站的控制功能和操作習(xí)慣，設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)可視化界面。所設(shè)計(jì)的人機(jī)界面友好，直觀形象，能夠使操作員充分掌握整個(gè)電站系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，從而根據(jù)電站具體的現(xiàn)場(chǎng)情況作出相應(yīng)的控制動(dòng)作。

基于PLC的船舶電站控制系統(tǒng)己經(jīng)通過了系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了對(duì)船舶電站的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，目前在玉柴聯(lián)合動(dòng)力股份有限公司已經(jīng)投入使用，運(yùn)行狀態(tài)良好。

關(guān)鍵詞:船舶電站  PLC  并車控制  組態(tài)軟件

 Research on Control System of Ship Power Station Based on PLC

Abstract: With the continuous development of the shipbuilding， ship power plants increasingly high degree of automation. Ship power station with a supply of multiple units in parallel， to ship power plant automation， all aspects must be an organic link up to form an overall control system， collected from all diesel engines， generators， circuit breakers， as well as necessary information and parameters of the main load， and analysis， judgment， and automatically take appropriate measures under the right conditions to deal with various situations that may arise in the power plant operation to ensure that the power system is safe， reliable and economical operation.

In the dissertation a set of ship power plant monitoring system based on programmable logic controllers and industrial network communications are designed， application of advanced industrial control technology，computer technology， network technology and communication technology，improve system reliability，security and economy.This article describes the steps of using the Siemens S7-200 programmable controller to combine HGM6510 control module to ship power plant automation and control methods. Host computer combined with the next crew in the design of automatic control of ship power plant. The next bit machine using the programmable logic controller to achieve a specific control task， the host computer using the power control configuration software，the status display，remote control and alarm functions.

Through the analysis of ship power station automatic control device as a whole and the various parts of the control strategy. Control strategy，the specific design of the control system，including automatic start， automatic car， automatic solution to the column， Automatic Frequency Modulation，and other sectors. Configuration software for the design of the PC monitoring system，power control and visualization interface designed to monitor the ship power plant control functions and operating practices. The man-machine interface design， and visualization， enabling the operator to fully grasp the operating status of the entire power plant system， which according to the power station site and make the appropriate control action.

    This article is based on the PLC ship power plant control system has passed the system debugging， basic real-time monitoring of ship power plant has been put into use in the Yuchai Engine Company Limited.

Key words: Ship power station   PLC   Vehicle control  Configuration software

目  錄

第一章 緒論 1

1.1研究背景與意義 1

1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3

1.3本文的主要研究?jī)?nèi)容和研究思路 4

1.3.1本文旳主要研究任務(wù) 4

1.3.2本文的研究思路 4

1.4本文完成的主要研究工作及創(chuàng)新點(diǎn) 5

1.4.1本文完成的主要研究工作 5

1.4.2本文的創(chuàng)新點(diǎn) 6

第二章 船舶電站的控制原理與保護(hù)功能 7

2.1船舶電站的系統(tǒng)組成 7

2.1.1船舶電站系統(tǒng)簡(jiǎn)介 7

2.1.2船舶電站的控制功能 7

2.2船舶電站并車原理 9

2.2.1船舶電站并車簡(jiǎn)介 9

2.2.2船舶電站的準(zhǔn)確并車條件 10

2.2.3自動(dòng)準(zhǔn)確同步并車原理 11

2.2.4差頻信號(hào)的鑒別與并車頻率的調(diào)整 11

2.3本章小結(jié) 13

第三章 船舶電站系統(tǒng)通信協(xié)議簡(jiǎn)介 15

3.1 CAN總線通信協(xié)議簡(jiǎn)介 15

3.1.1 CAN總線通信協(xié)議的特性 16

3.1.2 CAN總線在ISO/OSI參考模型的分層結(jié)構(gòu) 16

3.2 SAE J1939通信協(xié)議簡(jiǎn)介 17

3.2.1 SAE J1939通信協(xié)議概述 18

3.2.2 SAE J1939通信協(xié)議物理層與應(yīng)用層簡(jiǎn)介 19

3.2.3 SAE J1939通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn) 19

3.3 Modbus通信協(xié)議簡(jiǎn)介 20

3.3.1 Modbus通信協(xié)議概述 20

3.3.2 Modbus通信協(xié)議傳輸方式 20

3.3.3 Modbus通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn) 21

3.4本章小結(jié) 21

第四章 船舶電站系統(tǒng)硬件組成與設(shè)備通信 23

4.1船舶電站系統(tǒng)的硬件組成 23

4.2船舶電站系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)介 25

4.2.1柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 25

4.2.2 西門子 S7-200PLC 26

4.2.3發(fā)電機(jī)組智能控制模塊 26

4.2.4康明斯發(fā)電機(jī) 26

4.3船舶電站系統(tǒng)硬件設(shè)備間通信 27

4.3.1發(fā)動(dòng)機(jī)和智能控制模塊的通信 28

4.3.2發(fā)電機(jī)組控制模塊與電網(wǎng)及發(fā)電機(jī)的通信 28

4.3.3上位機(jī)與PLC的通信 28

4.3.4西門子PLC與發(fā)電機(jī)組控制模塊的通信 28

4.4本章小結(jié) 29

第五章 船舶電站PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 30

5.1船舶電站PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 30

5.2船舶電站PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31

5.2.1 STEP7-Mico/WIN V4.0 編程軟件簡(jiǎn)介 31

5.2.2 STEP7-Mico/WIN V4.0編程軟件編寫流程 31

5.2.3船舶電站PLC控制系統(tǒng)主要部分程序設(shè)計(jì) 33

5.3本章小結(jié) 36

第六章 基于力控組態(tài)軟件的上位機(jī)監(jiān)控設(shè)計(jì) 37

6.1組態(tài)軟件平臺(tái)簡(jiǎn)介 37

6.2監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 37

6.2.1監(jiān)控畫面 37

6.2.2 I/O設(shè)備組態(tài) 37

6.2.3數(shù)據(jù)庫的建立 38

6.3數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)與報(bào)警記錄 39

6.4遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)計(jì) 40

6.5監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果 41

6.6本章小結(jié) 42

總  結(jié) 43

致  謝 44

參考文獻(xiàn) 45