5 800 DWT油船电站管理系统设计

潘 飞

(泰州市地方海事局，江苏 泰州 225300)



5 800 DWT油船电站管理系统设计

潘 飞

(泰州市地方海事局，江苏 泰州 225300)

基于可编程逻辑控制器(PLC)的船舶电站管理系统，在5 800 DWT油船上采用了分立式模块组成电站管理系统的设计思路,由PLC核心管理模块和负荷分配器、自动同步器、功率变换器等模块构建系统。经实船使用，系统功能全面、性能优良、运行稳定、操作简单、维护低廉，满足图纸设计及实际航行要求。

船舶电站管理系统；PLC；分立式；硬件设计

0 引言

船舶电站是船舶电力系统的重要组成部分。电站供电是全船所有电气设备正常运行的必要条件[1]，电站可靠供电取决于发电机组、发电机控制屏、连接电缆及电站控制系统等稳定工作。船舶电网失电会造成整船瘫痪，导致船舶航行失控，极有可能发生重大航行事故。油船、化学品船舶还有可能造成重大水域污染，导致不可估量的影响和损失。在设计5 800 DWT油船电站管理系统时，按照船舶电站自动化的有关要求，围绕PLC核心管理模块选择相应的功能模块，组成完整的控制网络，采集柴油机、发电机、断路器等相关参数数据，系统加以判断和分析，自动处理船舶电站运行中可能出现的各种情况，确保电力系统安全、可靠、经济运行。

1 主要参数

5 800 DWT油船主要参数为：总长111.80 m，船长104.55 m，船宽16.20 m，型深7.20 m，满载吃水5.70 m，空载吃水3.70 m，夏季干舷1.514 m，参考载重吨5 800 t。该船配置情况如下：

①2台主机,每台功率为810 kW,转速为750 r/min;

②3台主发电机，每台功率为386 kW，电压为400 V，频率为50 Hz，3台发电机可根据负载情况自动并车，同步运行；

③1台应急发电机，功率为150 kW；

④2台容量为65 kVA主变压器，1台容量为30 kVA应急变压器，电压为交流400 V/ 220 V,频率为50 Hz。

本船主要电制为：动力设备为单相3相交流400 V、50 Hz，正常照明为交流单相220 V、50 Hz，通导设备和航行设备为交流单相220 V单相和直流24 V，报警系统为交流单相220 V和直流24 V。

2 5 800 DWT油船电站管理系统的选择

2.1 部分船舶电站管理系统介绍

近几年来，市场上常用的船舶电站管理系统[3]有德国SAM公司(型号T1000)、丹麦SELCO公司(型号S6000)、丹麦DEIF(型号PPM)等，这些系统都是整体式模块船舶电站管理系统(简称“整体式模式PMS”)，自带PLC管理软件。

2.2 5 800 DWT船舶电站管理系统选择

5 800 DWT船舶电站管理系统系统属于分立式模块船舶电站管理系统(简称“分立式模块PMS”)，该系统由多个独立的模块组成。独立的模块包括：负荷分配器、自动同步器、发电机组自动控制模块、PLC核心管理模块等。

2.2.1 分立式模块PMS与整体式模块PMS性能对比

分立式模块PMS与整体式模块PMS性能比较的项目详见表1。

2.2.2 分立式模块PMS与整体式模块PMS价格对比

分立式模块PMS与整体式模块PMS的价格比较见表2。

通过表1、表2在性能、价格上的比较发现，2种模式在性能上都是稳定的，整体式模块PMS在逆功率保护、通讯网络、参数修改、运行速率上有一定的优势。分立式模块PMS在负载分配、发电机组自动控制、重载问询、兼容性等方面有着一定的优势，特别是在兼容性、灵活性方面有着更强的优势。由于分立式模块PMS是由多个独立模块组成的，在后续维修上，可以直接更换损坏模块，不需要更换整个模块，因而，在后续维修费用上，分立式模块PMS有着更强的价格优势。

表1 分立式模块PMS与整体式模块PMS性能对比

表2 分立式模块PMS与整体式PMS价格对比

综上，整体式模块PMS和分立式模块PMS在性能上都是稳定的，具体性能各有特点，都能满足客户和船级社的要求。但分立式模块PMS价格更便宜，后续维修更方便，特别是针对目前市场上3万载重吨以下船舶，有着很强的价格优势，有着更强的市场竞争力。因此，5 800 DWT油船电站管理系统选用分立式模块船舶电站管理系统。

2.3 船舶电站PLC核心管理模块选择

基于PLC控制的船舶电站控制系统与基于微机(单片机)控制的船舶电站管理系统的船舶自动化电站相比，具有可靠性高、用户所需备件数量少、系统给定参数修改简单、方便等优点。

技术发展至今，最可靠的控制系统是PLC系统，机舱自动化领域中20世纪80年代的微机控制系统正逐步被PLC控制系统所取代[4]。如今，PLC控制系统的可靠性已为世人所共识，由于产品具有通用性、方便性、简单性等特点，因而得到技术人员的青睐。

为了系统的可靠性，更为了产品的技术指标、经济指标和可靠性指标,本系统的船舶电站自动化核心管理模块选用PLC核心管理模块。

3 5 800 DWT船舶电路管理系统的设计

3.1 基于PLC的船舶电站管理系统组成

由于该船的电站系统要求全自动控制，实现电站自动化，因而必须将各个自动环节有效地联接在一起，组成一个完整的控制网络，用来采集来自各台柴油机、发电机、断路器、母排网络、主要负载的必要的信息、参数及数据，加以判断和分析，自动处理船舶电站运行中可能出现的各种情况，确保电力系统安全、可靠、经济的运行。

PLC核心管理模块选定之后，需要确定相应的功能模块。该船舶电站管理系统模块主要有自动同步器、负荷分配器、发电机组自动控制模块、电器参数变换器等。各模块的组成及功能图如图1所示。

下面将按照图1的电站管理系统模块组成及功能图，逐一说明自动同步器、负荷分配器、发电机组自助控制模块、PLC核心管理模块等功能及选择。

3.2 基于PLC的船舶电站管理系统的模块介绍

3.2.1 自动同步器模块

自动同步器主要用于采集来自船舶电网和带发电机组的电压、频率信号，通过比较，如果不满足并车条件，则发出不能合闸信号；如果满足并车条件，则发出合闸信号。

本系统选择丹麦DEIF公司生产的型号为FAS-113DG的自动同步器，设计为3台发电机组共用1件。选用该模块主要是为了减少PLC核心模块的计算量，提高PLC核心管理模块的速率。

3.2.2 负荷分配器模块

负荷分配器主要用于接收发电机组主开关的电压、电流信号，测算有功功率，通过比较，对发电机组发出调节柴油机转速的指令。该调节属于精度调节，实现发电机组间负载转移，直至达到负荷平衡。

本系统选择丹麦DEIF公司生产的型号为LSU2-113DG的负荷分配器，1台发电机组1件。

3.2.3 发电机组自动控制模块

机组自动控制模块主要用于发电机组自动化及监控系统，实现发电机组的自动开机/停机、多种参数测量、故障显示保护等。本系统选择丹麦DEIF公司生产的型号为GC-1F的机组自动控制模块，1台发电机组1件。

3.2.4 PLC核心管理模块

PLC核心管理模块选用三菱公司的FX2N系列产品。该产品环境适应能力强，稳定性高，特别能适应船舶的环境温度较高、相对湿度很大、振动和摇晃、噪声大等恶劣条件。为达到输入输出点数灵活配置及易于扩展的目的，三菱公司的FX2N系列的产品可由不同点数的基本单元和扩展单元构成。同时，控制器的结构还做成了模块化，各种不同点数的可编程序控制器都做成同宽同高不同长度的模块，这样，几个模块拼装起来后就成了一个整体的长方体结构。

具体选择型号为FX2N-80MR可编程序控制器，同时配有2个扩展单元： FX2N-32EK(为扩展口)、FX2N-4AD(模拟量输入4通道)。FX2N-80MR可编程序控制器采用一体化的箱体式结构，其特点是非常紧凑。它将所有的电路都装入1个模块内，构成一个整体，这样体积小巧、成本低、安装方便。

图1 5 800 DWT船舶电站管理系统框图

4 结语

设计时选择分立式模块船舶电站管理系统作为5 800 DWT油船电站管理系统是考虑到整个系统的技术性能、安全性能、经济性能及后续维修。确定PLC可编程序控制器为本系统的核心管理模块，每台发电机都具有独立的PLC控制子系统，实现了分散监控、集中管理。选用相应功能模块，利用PLC把各个功能模块整合到一起，通过PLC各个功能设计及实现，形成功能强、维修易、价格低的船舶电站管理系统。

基于PLC的分立式模块船舶电站管理系统[5]，采用PLC梯形图编程，按照5 800 DWT油船的具体情况设计，考虑了船东的特殊要求，满足了国家法规对船舶电站自动化的具体要求。

实用是工程设计的基本要求，稳定性、可靠性是船舶电站管理系统的关键。本系统经实船运行，只出现过一些参数的重新设定等情况，未发生一起性能不稳定或误操作或重大质量事故。运行以来，性能稳定、功能强大、维修方便、价格较低，得到了船级社的认可，受到船东的好评。

[1] 郑华耀.船舶电气设备及系统[M].大连：大连海事大学,2005.

[2] 邓志良，刘维亭.电气控制技术与PLC[M].南京：东南大学出版社,2002.

[3] 路林吉，王坚，江龙康.可编程序控制器原理及应用[M].北京：清华大学出版社,2002.

[4] 杜晓滔.基于PLC和串行通信的船舶电站监控系统的设计与实现[D].武汉：武汉理工大学，2008.

[5] 张璟.PLC和Labview在船舶电站监控系统中的应用[J].舰船科学技术，2016(6):67-69.

2016-11-30

潘飞(1981—)，男，工程师，主要从事船舶检验工作。

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