船舶自動供配電控制系統(tǒng)的設(shè)計分析研究

熊東亮 江西省信江船閘通航中心

林石 江西省港航建設(shè)投資集團(tuán)有限公司

船舶是水上交通運輸?shù)闹饕d運工具，因為水上環(huán)境相對比較特殊，所以要保證其功能運行的穩(wěn)定性和安全性，在把日常管理和維護(hù)工作做好的同時，還須提高其操控系統(tǒng)的運行控制可靠性。現(xiàn)代船舶的一系列作業(yè)控制，首當(dāng)其沖離不開供配電系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)高效控制和運行。現(xiàn)今造船業(yè)正朝著復(fù)雜化、大型化等方向快速發(fā)展，與之配套，船舶供配電系統(tǒng)設(shè)計和建造的復(fù)雜性也在不斷升級。但如今自動化、網(wǎng)絡(luò)化等技術(shù)越發(fā)成熟，這些技術(shù)能夠在設(shè)計船舶供配電系統(tǒng)時發(fā)揮助力作用，有助于船舶供配電穩(wěn)定持續(xù)運行。

1.船舶自動供配電控制系統(tǒng)概述

1.1 船舶供配電

船舶供配電屬于船上主要輔助設(shè)施，由發(fā)電機、原動機和信息處理板等裝備組合而成，可以保障船只在運行時具備充足的電能。對其按電流樣式分類，分為交流船舶供配電及直流船舶供配電2類；按功能開展分類，分為主供配電、應(yīng)急供配電和臨時應(yīng)急供配電3類，主供配電在船只日常供配電中起著主要作用，當(dāng)主供配電發(fā)生故障時，再啟動應(yīng)急供配電，以保證船只主要裝備可以正常工作，臨時應(yīng)急站僅能夠在短時間內(nèi)保證船上最關(guān)鍵裝備的正常使用。

1.2 船舶自動供配電系統(tǒng)作用

船舶自動控制系統(tǒng)為電力設(shè)備提供有效操作控制，對船舶上有關(guān)電氣信號、參數(shù)等自動開展測量、記錄和報警。一旦發(fā)生部分電力設(shè)備開啟不暢時，該系統(tǒng)可以提供備份輔助開啟命令?；蛘吖┡潆姷膫溆迷O(shè)備在獲得命令后自動按預(yù)設(shè)開啟操作，向所有裝備提供所需電能。當(dāng)匯流排發(fā)生無電狀態(tài)時，該控制系統(tǒng)可以保證機電設(shè)備自動并接可用應(yīng)用電網(wǎng)。

在2臺設(shè)備并聯(lián)工作的狀態(tài)下，憑借自動控制系統(tǒng)可以完成自動調(diào)頻、調(diào)速器與調(diào)載裝備互相配合工作，維持電網(wǎng)頻率于正常區(qū)域內(nèi)，依據(jù)設(shè)備容量來完成各設(shè)備功率的有效分配。當(dāng)船舶供配電處在超載荷的狀態(tài)時，應(yīng)適時卸載一些不必要的負(fù)載，依據(jù)負(fù)載的情況，自動控制系統(tǒng)能夠自動完成分級卸載，從而保證了船舶其它關(guān)鍵裝備的持續(xù)供配電。在電氣設(shè)備出現(xiàn)故障時，控制系統(tǒng)還可以完成對其它關(guān)鍵裝備的適時保護(hù)，允許自動對應(yīng)急供配電及主供配電開展切換。

在船舶開啟用電大容量裝備前，能夠檢測供配電設(shè)備是否達(dá)到該用電裝備開啟所需電量，若可以獲得滿足，便自動放行該裝備的開啟；否則，就會自動指令備用發(fā)動機開啟。供配電自控制系統(tǒng)還可以發(fā)揮模擬試驗作用，有效測量供配電功效，以保證船上裝備運行正常。

2.船舶自動供配電控制系統(tǒng)設(shè)計思路

因為船舶自動供配電控制系統(tǒng)由不同功能模塊組合構(gòu)成，所以對這一系統(tǒng)開展設(shè)計時多選擇借助模塊控制方式予以完成，只有把可編程控制器與CAN總線系統(tǒng)功能整合設(shè)計，才可以自動控制船上的供配電設(shè)備。在該系統(tǒng)運行時，供配電各環(huán)節(jié)信息將通過感受器搜集獲得，將信息初步處理后輸送至可編程控制器，然后分析這些信息獲得各裝備工作狀況，基于檢測結(jié)果再給出合理有效的管理措施。功能模塊包括以下幾種。

2.1 現(xiàn)場操控模塊

自動控制系統(tǒng)由管理網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場操控網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合構(gòu)成，各級網(wǎng)絡(luò)又被分解為數(shù)個子模塊?，F(xiàn)場操控單元完成現(xiàn)場控制，既可以對系列回路給予同步系統(tǒng)控制，也可以分別給予獨立控制，以完成有關(guān)控制信息的收集和處理。諸如對電流、發(fā)動機壓力和電網(wǎng)等信息開展搜集、處理，把加減速等命令分發(fā)給發(fā)電機，信息輸出單元傳送控制信息，動態(tài)顯示供配電參數(shù)，依據(jù)所接指令實現(xiàn)有關(guān)操作。

2.2 信息收集模塊

自動控制系統(tǒng)中信息收集模塊主要是完成信息收集功能，比如對頻率信息、電壓信息等開展收集，控制操作電路規(guī)避有害電壓，測量電流信號、發(fā)動機來完成調(diào)載功效。相位差信息的收集，其輸出的頻率值可憑借周期法開展計算，比對所收集的頻率值。

2.3 自動調(diào)頻調(diào)載

伴隨供配電工作期的逐漸加長，裝備健康運行參數(shù)將出現(xiàn)相關(guān)變化，會影響到供配電的穩(wěn)定性和可靠性。則有必要借助加強總線供配電設(shè)計，提高電網(wǎng)的整體功效，以達(dá)到船上供配電自動化控制要求。還應(yīng)在系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，借助磁力系統(tǒng)對供配電每個節(jié)點給予自動控制和調(diào)節(jié)，促進(jìn)合理分布電網(wǎng)功率，間接增強功率的有效性。

3.船舶自動供配電控制系統(tǒng)設(shè)計與完成

3.1 軟件系統(tǒng)設(shè)計

對于由多臺設(shè)備互相配合完成供配電的船舶供配電來說，要想全面完成自動化控制，須在軟件系統(tǒng)設(shè)計時，構(gòu)成各環(huán)節(jié)自動接連的總體控制系統(tǒng)，以對供配電內(nèi)部各裝備信息、負(fù)載參數(shù)等開展準(zhǔn)確搜集，對所搜集的開展分析及判斷，給出有合理措施。例如憑借計算機來搜集供配電相關(guān)信息，對發(fā)送的有關(guān)命令完成某些參數(shù)的調(diào)整及修改，借助計算機開發(fā)技術(shù)與編程做好診斷、評估和報警。該系統(tǒng)還可以對供配電運行環(huán)節(jié)中潛在的一些問題開展預(yù)測及評估，再依據(jù)結(jié)果做出有效策略，即可減少故障發(fā)生幾率。

3.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

船舶自動控制系統(tǒng)硬件裝備主要分為可編程控制箱、集控臺兩部分，可編程控制箱是下位機，實現(xiàn)模擬量、開閉量等有關(guān)操作?？刂婆_屬上位機，顯示開閉遙控、運行信息和運行參數(shù)等。例如上位機及下位機在串口方式下完成有效通信，經(jīng)過轉(zhuǎn)換器控制通信距離于有效區(qū)域內(nèi)，憑借轉(zhuǎn)換器把電流、電壓等模擬信息輸送至模擬端口，再經(jīng)過處理、計算傳送至上位機，并以數(shù)值樣式顯示該信息。

當(dāng)該系統(tǒng)處在本地控制模式情況下時，上位機無法對供配電的開關(guān)命令開展具體控制，僅能顯示船舶供配電的狀況，可以由手動能夠控制供配電集控臺波段的開關(guān)。當(dāng)該系統(tǒng)處在遙控模式狀態(tài)下，上位機能夠借助鼠標(biāo)完成開關(guān)控制，把當(dāng)前供配電的狀況顯示出，還能完成實際數(shù)據(jù)的傳輸以及傳達(dá)控制命令，有效實現(xiàn)相應(yīng)的控制動作。

3.3 船舶供配電自動控制系統(tǒng)的完成

監(jiān)控系統(tǒng)整體界面，可以獲得船舶自動供配電控制系統(tǒng)設(shè)計狀況，從控制界面中能了解供配電自動運行實現(xiàn)情況，經(jīng)過各設(shè)備參數(shù)控制界面來完成相關(guān)數(shù)據(jù)的儲存、打印。發(fā)電機依據(jù)控制中心發(fā)出的命令，來實現(xiàn)機制并車、開關(guān)通斷和載荷轉(zhuǎn)移等控制，對于采油機，除實現(xiàn)增減速、開啟或者暫停等控制以外，還能有效控制備車，以完成船舶供配電自動控制。

相比于船舶供配電自動化的非接觸控制系統(tǒng)，目前的自動控制技術(shù)更趨于模塊化、結(jié)構(gòu)化。隨計算機控制方式的相對改變，在通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)等作用下，船舶供配電運行可靠性、通用性等有所增強，在設(shè)計系統(tǒng)時，須參考船舶實際情況，綜合考慮干擾系統(tǒng)運行的要素，以保證該自動化控制系統(tǒng)更有效的發(fā)揮其功效，提高可行性。

4.結(jié)語

在時代科技日新月異的進(jìn)步過程中，水運船舶智能自動化控制技術(shù)也面臨前所未有的發(fā)展機遇。船舶供配電控制系統(tǒng)尤其要抓住機遇，借鑒各種自動化控制設(shè)計技術(shù)實現(xiàn)技術(shù)升級。本研究結(jié)合工作經(jīng)驗，在翻閱參考資料基礎(chǔ)上，給出船舶自動配電控制系統(tǒng)設(shè)計思路與完成策略，希望對同類自動控制系統(tǒng)的設(shè)計具有技術(shù)參考價值。