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船舶电站自动控制系统发展方向是如何的?

2018-11-26

一、 船舶电站自动化系统发展阶段

  船舶电站是船舶的重要组成部分,电站运行的可靠性、经济性及自动化程度对保证船舶的安全运行有重要的意义。早在20世纪60年代初期,日本、英国、德国等国家就开始进行船舶电站单元自动化控制的研究,代表性的产品有英国的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。20世纪80年代,随着微型计算机的发展和推广应用,船用电力电缆出现了微机的单机控制系统,如丹麦SEMCO公司的APM电站自动控制系统。近年来,由于微机网络技术的日趋成熟,国内外己研制出分布式网络型屯站自动控制系统,如SIEMENSAEG、DIEF等大公司的产品及我国上海船研所的CY8802C等。这些系统在各种船舶电站控制中得到了广泛的应用。

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按照船舶电站的结构特点,可大致分成三个发展阶段:

1、集中式监控系统CCS

  集中式监控系统于八十年代占主导地位,采用单片机、PLC、SLC或微机作为控制器。系统可对船舶电站运行时的数十个参数进行集中监控。通用橡套软电缆集中式监控系统的优点是替代了十几个模拟调节器的工作,如温度、压力、转速等调节器。船员在集控室内便可了解和掌握电站设备的运行情况。但由于其仍然采用模拟量通信信号,整个系统的造价昂贵;并且集中控制也产生了风险集中的后果,一旦出现设备故障可能造成整个电站监控系统的失控或瘫痪。其系统结构如图1所示。

2、集散式监控系统DCS

  九十年代,微型计算机技术迅速发展为电站监控系统的进步提供了强有力的支持。集散型控制系统是计算机(computer)、通信(communication)、显示(CRT)和控制(Control)技术的产物(简称四C技术)。其核心思想是集中管理、分散控制,即管理与控制相分离,上位机用于集中监视管理功能,若干台下位机下放分散到现场实现分布式控制。因此,这种分布式的控制系统体系结构有力地克服了集中式数字控制系统中对控制器处理能力和可靠性要求高的缺陷。

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3、现场总线式监控系统FCS

  现场总线式监控系统是由集散式监控系统发展而来,但与集散式监控系统相比有了实质性的进步。由于智能设备的出现,在现场即可完成数据采集、数据处理、控制运算和数据输出等功能。这样就要求通信具有“双向性”,而大部分集散式系统的通信接口互联方式不满足此要求。现场总线式监控系统正是顺应以上潮流而诞生的,它用现场总线这一开放的、具有可互操作的网络将现场各控制器及仪表设备互连,构成现场总线监控系统,同时监控功能彻底下放到现场,提高了现场信息的可利用程度,降低了安装成本和维护费用。

二、 船舶电站自动监控系统的新进展

  大连海事大学的白一鸣对船舶电站自动监控系统进行研究,提出的电站自动监控系统设计采用分布式结构,由一台工控机和三个发电机组子系统单元组成。各个发电机子系统由一组PLC控制模块构成,能够独立完成发电机组的起动、并车、调频调载、停机解列等功能。工控机与三个PLC子系统间采用Profibus现场总线进行通信,构成了“双向”通信机制,彻底下放了控制功能。

  大部分船舶电力系统,由型号相同的2-3台发电机组成。船舶正常航行时只使用一台发电机。另一台作为备用发电机,扁平移动电缆在进出港、狭水道等情况下并机使用。某些特种船舶(如军舰)还带有三台发电机,作为应急发电机。发电机分散在现场工作,可采用PLC单元对其进行数据采集和监控;而船舶电站控制系统作为船舶整体控制系统的一部分,又要求集中在系统操作站内进行电站的管理和操作。根据这一实际情况,系统设计基于Profibus-DP总线结构,如图1所示。传感器以及一些智能仪表采集现场的工作信号,这些工作信号经过信号变换处理后,送入PLC的信号处理模块。PLC再根据这些参数反映出的现场的工作状况进行控制。S7-300系列PLC的CPU模块上集成有Profibus-DP总线接口。通过Profibus-DP总线,PLC的CPU模块可以周期性地自动交换FO模块的数据(过程映像数据交换)。而Profibus-DP总线又可与工业控制计算机相连,进行数据通信。这样工控机的操作指令就可以通过Profibus-DP总线下发给PLC,实现对现场设备的过程控制。而工控机作为操作控制级计算机,又可以协调与管理级计算机之间的通信,配合完成全船的综合监控。


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