PLC的船舶電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)芻議
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論文導(dǎo)讀：監(jiān)控系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示，它包含了自動化電站應(yīng)具備的各項功能，由總體監(jiān)控邏輯把它們有機組織在一起，各功能相互獨立又相互聯(lián)系，共同完成電站的自動運行。在通信過程中，控制PC機為主站，各子站PLC為從站，且遵從MODBUS通信協(xié)議，PLC通過RS485總線和計算機遠程連接成一套網(wǎng)絡(luò)式控制系統(tǒng)。6.監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性設(shè)計由于船舶電站的現(xiàn)場環(huán)境過于惡劣，各種電磁干擾和機械振動干擾特別強烈，如果安裝使用不當或抗干擾措施不足，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，VB
1.緒論船舶作為重要的交通依然保持著無可替代的地位。在全球經(jīng)濟一體化的發(fā)展過程中，船舶承擔著90%以上的國際貿(mào)易貨運量，適應(yīng)新的航運要求的船舶不斷出現(xiàn)。船舶電站是船上重要的輔助動力裝置，供給輔助機械及全船所需電力，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]。船舶電站是由原動機、發(fā)電機和附屬設(shè)備及配電板組成的。發(fā)電機組容量據(jù)全船電動機械設(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)由二個工作母站（1個備用）、3工作子站組成，通常一個工作母站設(shè)在機艙監(jiān)控室，另一個設(shè)在駕駛室。兩個工作母站完全獨立，可同時或單獨操作，并互為備用。主控系統(tǒng)選用體積小、模塊化、功能強大的三菱PLC（FX2N）為核心，配合使用可視化軟件VB來集中監(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)濟性。
2.船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)工作原理隨著船舶自動化程度的不斷提高，電站自動化由局部的、就地的監(jiān)控，必然發(fā)展到綜合的、集中的自動化電站[2]。自動化電站的基本功能包括：信號自檢、自起動、自動準同步并車、自動恒壓恒頻及功率分配、自動解列、自動停機、自動無功補償、重載詢問等功能。本文對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，它包含了自動化電站應(yīng)具備的各項功能，由總體監(jiān)控邏輯把它們有機組織在一起，各功能相互獨立又相互聯(lián)系，共同完成電站的自動運行。
圖5.2 監(jiān)控系統(tǒng)總體框圖
自動化產(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，如存儲器容量、數(shù)據(jù)處理分析能力、報表打印，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，此種方式可以迅速達成PLC集中監(jiān)控的目的，但是此種監(jiān)控模式還存在一些問題，例如無可視化的效果、數(shù)據(jù)共享局限性、無法使用其他應(yīng)用元件、響應(yīng)時間長等。這里選用VB軟件來設(shè)計上位機監(jiān)控系統(tǒng)，可以解決上述問題。
在通信過程中，控制PC機為主站，各子站PLC為從站，且遵從MODBUS通信協(xié)議，PLC通過RS485總線和計算機遠程連接成一套網(wǎng)絡(luò)式控制系統(tǒng)。一般計算機已有的串行口大多為RS-232形式，所以當PLC以485的通信模塊與計算機的RS-232串行口連接前，必須安裝RS-232/485的轉(zhuǎn)換器；計算機的串行口不足時，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50m。計算機通信模式中，因其通信的數(shù)據(jù)有固定的格式，可以用16臺PLC與1臺計算機來構(gòu)成一個集中監(jiān)控系統(tǒng)，這里我們只選用了3臺PLC，所以可以使用。
3.電站自動化的部分模塊分析3.1 自動并車
PLC控制系統(tǒng)充分利用計算機能力，通過采集電壓等參數(shù)的基本數(shù)據(jù)，按一定的算法得出調(diào)頻和合閘指令的。理想并車需要三個條件：待并發(fā)電機的電壓與運行機組電壓相等、頻率相同、電壓相位一致。設(shè)計思想是當系統(tǒng)初始化后，啟動并車程序，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（0.15HZ<△f<0.3HZ），發(fā)出合閘指令。
3.2 PLC端的通信程序
PLC與計算機之間接收數(shù)據(jù)前要先進行PLC的端口設(shè)定。PLC是以D8120數(shù)據(jù)寄存器來表示通信參數(shù)，D8121數(shù)據(jù)寄存器來表示PLC的站號，8129來檢測通信數(shù)據(jù)是否異常[4]。下面設(shè)置的是2號站通信程序，其他的只需站號修改就可使用。
LD M8002
MOV H6080 D8120 ；通信參數(shù)設(shè)置，具體可查D8120的設(shè)置內(nèi)容
MOV H0002 D8121 ；設(shè)置PLC的站號為2號站
MOV K0 D8129 ；D8129的初始值為100m,K代表10進制
END
3.3 安全保護安全保護是系統(tǒng)自動化的一個重要組成部分，對自動化電站而言安全保護就是指對發(fā)電機組的保護。作為一個基本電站系統(tǒng)，按規(guī)范要求本身設(shè)置了保護裝置，但為了進一步提高供電品質(zhì)與盡量保持電網(wǎng)連續(xù)供電，在自動化電站系統(tǒng)中，同樣設(shè)有過載、短路、欠壓、逆功率保護，使發(fā)電機有了雙重保護，運行的更安全。欠壓過流保護可由程序整定，過流，發(fā)電機逆功率保護主要是由逆功率繼電器來承擔。
5.VB監(jiān)控系統(tǒng)
計算機通信程序設(shè)計的大致步驟有：串口及通信參數(shù)初始化、求和校驗子程序、接收子程序、通信過程出錯處理子程序、發(fā)送開關(guān)量命令子程序、定時讀取負荷測量值子程序等。
整個監(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且分組明確[3]。Y0、Y1、Y2是三個Command陣列式控制項，無論單擊任何控制項都會觸發(fā)相同的Command_Click事件，并且會以Index變量來表示是由陣列中哪個控制項所觸發(fā)的。同樣，在主對話框中增設(shè)Shape控制，利用Shape控件（陣列式）的FillColor屬性的變化，以顏色來表示Y0～Y2元件的狀態(tài)，因陣列式可利用Do…Loop語句來減少顯示Y0～Y2所需要的程序，而于設(shè)計階段中，各陣列的Shape屬性為FillColor屬性為白色，F(xiàn)illColor為實心。串行通信器件選用MSComm這個ActiveX控件，如圖2中右下角所示。
圖2 VB監(jiān)控畫面[3]
6.監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性設(shè)計由于船舶電站的現(xiàn)場環(huán)境過于惡劣，各種電磁干擾和機械振動干擾特別強烈，如果安裝使用不當或抗干擾措施不足，都不能保證監(jiān)控系統(tǒng)的正常安全運行。船舶電站內(nèi)的各種干擾可能使PLC接收到錯誤的信號，造成PLC誤動作，或使PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)丟失，嚴重時甚至會使系統(tǒng)失控。所以在船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計時，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)的正常運行。論文大全。
當船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)中的開關(guān)量信號傳輸距離較遠時，應(yīng)選用屏蔽電纜。模擬量信號和高速信號也應(yīng)選用屏蔽電纜。論文大全。通信電纜的信號很高，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)計的船舶電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)場控制、操作管理和集中監(jiān)控組成，是當前最優(yōu)的開放式網(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，分析了現(xiàn)場總線技術(shù)在電站自動化中的應(yīng)用現(xiàn)狀，通過論證，表明PLC計算機聯(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。PLC程序采用模塊化設(shè)計思想，在設(shè)計時結(jié)構(gòu)清晰，便于檢查和修改�？梢暬浖㑇B的應(yīng)用，因圖像形象便于操作者的管理。開放式和網(wǎng)絡(luò)化是未來船舶電站自動化的創(chuàng)新模式，并向?qū)崿F(xiàn)機艙綜合自動化這個高層次階段發(fā)展，這個是未來研究方向。
參考文獻[1]王文義.船舶電站.哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2006
[2]姜錦范.船舶電站及自動化[M].大連：大連海事大學出版社，2005.
[3]郭昌榮.FX系列PLC的鏈接通信及VB圖形監(jiān)控[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.
[4]廖常初.FX系列PLC編程及應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社，2005.4
