船舶電力系統(tǒng)自動(dòng)化及電機(jī)保護(hù)設(shè)計(jì)研究

摘要：船舶運(yùn)輸在國際運(yùn)輸中具有重要地位，船舶電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性對其運(yùn)輸?shù)陌踩跃哂兄匾绊?，在這一背景下，本文分析了船舶電力系統(tǒng)自動(dòng)化情況及電機(jī)保護(hù)設(shè)計(jì)，包括顯示模塊、工控機(jī)模塊、PLC監(jiān)控執(zhí)行模塊，重點(diǎn)分析自動(dòng)并車功能。

關(guān)鍵詞：船舶電力；系統(tǒng)自動(dòng)化；電機(jī)保護(hù)設(shè)計(jì)

海洋船舶運(yùn)輸具有重要作用，其在運(yùn)輸能力以及成本方面都具有顯著的優(yōu)勢，是一種主要的運(yùn)輸方式。船舶電力系統(tǒng)是其一個(gè)不可或缺的部分，很多重要的設(shè)備都是通過電能實(shí)現(xiàn)控制的，所以，這就對電力性能和穩(wěn)定性提出了更高的要求，電力系統(tǒng)自動(dòng)化性能就十分重要。以往的船舶電力系統(tǒng)主要是通過人工操作經(jīng)驗(yàn)，在出現(xiàn)故障時(shí)就不能及時(shí)有效的進(jìn)行判斷，且對于柴油發(fā)電機(jī)缺乏保護(hù)。尤其是船舶上產(chǎn)生較大的負(fù)載，需要并車和土壤出現(xiàn)的欠流、欠壓等問題，需要操作人員能夠及時(shí)的采取措施應(yīng)對。

一、船舶電力系統(tǒng)自動(dòng)化的優(yōu)勢

自動(dòng)化系統(tǒng)在船舶電力系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用具有其顯著的優(yōu)勢，首先，能夠促進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定性的提升，讓工作人員工作壓力降低；其次，能夠做到多種功能，例如，自動(dòng)并車等，在突然負(fù)載增加的時(shí)候，能夠最快的速度進(jìn)行自動(dòng)并車；能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)控發(fā)電機(jī)，監(jiān)控系統(tǒng)，包括兩種監(jiān)控方式，一種是離散監(jiān)控，另一種是集中監(jiān)控；可以有效的保護(hù)發(fā)電機(jī)，讓其使用壽命延長，減少運(yùn)營上的成本。所以，設(shè)計(jì)出一套科學(xué)、有效的船舶電力自動(dòng)化系統(tǒng)十分重要，這對船舶運(yùn)輸具有重要意義，能夠讓其更加穩(wěn)定的進(jìn)行運(yùn)輸，而且還能夠顯著的減少電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障的頻率。

二、船舶電力系統(tǒng)自動(dòng)化及電機(jī)保護(hù)設(shè)計(jì)

（一）電力自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)中包含界面顯示、工控機(jī)、PLC監(jiān)控執(zhí)行3個(gè)模塊，從圖1中能夠看到船舶電力自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。PLC監(jiān)控執(zhí)行模塊具有監(jiān)控以及執(zhí)行的功能，能夠?qū)C(jī)組運(yùn)行狀態(tài)、電流、電壓進(jìn)行監(jiān)控，還可以對有關(guān)的閾值進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣在有異常情況的時(shí)候就可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警。該模塊還能夠和前面板按鈕組合起來，這樣就可以通過手動(dòng)或者是自動(dòng)化的操作方式管理系統(tǒng)[1]。界面顯示模塊主要是通過觸摸屏來達(dá)成，和PLC通信可以獲得電力系統(tǒng)的工作狀態(tài)，且將這些信息顯示出來。工控機(jī)模塊可以對幾個(gè)PLC模塊進(jìn)行管理，對每個(gè)PLC模塊的執(zhí)行動(dòng)作進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)，通過應(yīng)用組態(tài)開發(fā)軟件能夠做到監(jiān)控以及執(zhí)行功能，能夠把異常的情況記錄下來，并進(jìn)行報(bào)警。

本文設(shè)計(jì)的電力自動(dòng)化系統(tǒng)需要控制的PLC系統(tǒng)有兩個(gè)，PLC和工控機(jī)間利用RS485通信，PLC選擇適應(yīng)三菱FX3U，這也是現(xiàn)階段工業(yè)應(yīng)用中常見的一個(gè)PLC產(chǎn)品，其具有多種優(yōu)勢，包括資料齊全、成本低以及可靠性低等，且外部還能夠進(jìn)行模塊拓展，讓開發(fā)難度減小，節(jié)省開發(fā)系統(tǒng)的時(shí)間。

船舶在正常行駛的情況下，一臺(tái)PLC控制柴油發(fā)電機(jī)工作，然而為了確保安全，在這一次設(shè)計(jì)中應(yīng)用的系統(tǒng)有三套，這是為了防范一些情況，首先，在電力系統(tǒng)負(fù)載較大的情況下，一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)是無法滿足需求的；其次，在一套或者是兩套發(fā)電機(jī)系統(tǒng)不能正常工作的情況下。在出現(xiàn)第一個(gè)問題時(shí)，就可以讓兩臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)一起進(jìn)行工作，在出現(xiàn)第二個(gè)問題時(shí)，就可以使用第三套系統(tǒng)工作，確保有一個(gè)系統(tǒng)能夠正常工作。

電力自動(dòng)化系統(tǒng)就是在出現(xiàn)異常情況下能夠自動(dòng)的反應(yīng)，可以有效的監(jiān)控船舶電力系統(tǒng)，其具備自動(dòng)檢測功能，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中的基本參數(shù)，在出現(xiàn)上面描述的第一種問題情況下，就會(huì)自動(dòng)檢測兩臺(tái)系統(tǒng)的運(yùn)行頻率，在頻率一樣或者是在設(shè)置范圍內(nèi)的情況下才可以做到同步工作，系統(tǒng)可以做到自動(dòng)并車功能；另外，其還具有自啟動(dòng)以及報(bào)警的功能[2]。在一套系統(tǒng)不能正常工作的情況下，可以自動(dòng)的啟動(dòng)另一套柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。如果產(chǎn)生不能解決的故障，那么就可以自動(dòng)斷開一些裝置連接，這樣就可以對自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，防止故障加重。

（二）電機(jī)保護(hù)設(shè)計(jì)

柴油發(fā)電機(jī)是船舶電力自動(dòng)化系統(tǒng)中的核心部分，是確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，然而在正常運(yùn)行的情況下，會(huì)時(shí)常出現(xiàn)欠壓、過壓以及過流等故障問題，對于這些問題，就需要在系統(tǒng)中相應(yīng)的做出設(shè)置。比如，對于過流保護(hù)，這是一種常見的故障，出現(xiàn)這一故障主要就是因?yàn)橥獠吭O(shè)備連接的過程中產(chǎn)生短路的現(xiàn)象，會(huì)對柴油發(fā)電機(jī)的使用壽命造成不利影響，甚至?xí)尠l(fā)電機(jī)燒毀。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的過程中，針對這一故障就需要設(shè)置在短路的時(shí)候馬上開啟動(dòng)作保護(hù)裝置，在短路的情況下能夠馬上自動(dòng)的將電路斷開。對于欠壓保護(hù)，這一問題是由于外部電路短路或過載嚴(yán)重導(dǎo)致的，欠壓會(huì)嚴(yán)重危害到發(fā)電機(jī)，讓系統(tǒng)的穩(wěn)定受到不利影響[3]。通常系統(tǒng)產(chǎn)生這種問題，就需要在設(shè)計(jì)中采用硬件以及軟件的方式進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。在硬件方面，要采取調(diào)壓裝置調(diào)節(jié)，在軟件上就需要使用A/D模塊對系統(tǒng)電壓情況進(jìn)行檢測，通過設(shè)置閾值對電壓情況進(jìn)行判斷，如果實(shí)際的數(shù)值比設(shè)定的電壓值小，那么就會(huì)斷開主程序，且進(jìn)行報(bào)警。然而船舶在運(yùn)行的時(shí)候外部負(fù)載突然變大，但是運(yùn)行一段時(shí)間后負(fù)載就會(huì)恢復(fù)到正常情況，也會(huì)讓欠壓情況消失，所以對有沒有出現(xiàn)欠壓進(jìn)行判定時(shí)就需要設(shè)定一個(gè)延時(shí)，在此基礎(chǔ)上再次進(jìn)行判斷，有效的進(jìn)行辨別。

三、結(jié)束語

綜上所述，船舶運(yùn)輸是一種很重要的運(yùn)輸方式，要想讓船舶運(yùn)輸能夠提升穩(wěn)定性以及安全性，就需要注重應(yīng)用電力自動(dòng)化系統(tǒng)，充分發(fā)揮出其作用和優(yōu)勢，讓船舶穩(wěn)定的進(jìn)行運(yùn)輸，這也是當(dāng)前社會(huì)上廣泛關(guān)注的一個(gè)重要問題。

（作者單位：江蘇省連云港港口控股集團(tuán)輪駁分公司）

作者簡介：張波（1985～），男，漢族，本科，船舶與海洋工程助理工程師，研究方向?yàn)榇芭c海洋結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)制造、材料與焊接、涂裝、舾裝、鋼結(jié)構(gòu)、船舶動(dòng)力裝置、船舶輔助設(shè)備、甲板機(jī)械、船舶電力及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備、船舶通信與導(dǎo)航系統(tǒng)等。

參考文獻(xiàn)

[1]謝坤，夏偉，胡剛義，易宏.船舶電力綜合控制系統(tǒng)研究與開發(fā)[J].機(jī)電工程.2015.

[2]魏謙，丁遷，萬良.船舶電力系統(tǒng)自動(dòng)化及電機(jī)保護(hù)設(shè)計(jì)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì).2017（17）.

[3]耿鍵.船舶高壓電站發(fā)電機(jī)保護(hù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].大連海事大學(xué).2016.