交通学院2013届毕业生毕业论文（设计）题目：基于PLC的船舶电站自动化系统方案设计与实现院(系)别信息科学与电气工程学院专业电气工程及其自动化班级学号姓名指导教师二○一三年六月原创声明本人枝贺重声明：所呈交的论文“基于PLC的船舶电站自动化系统方案设计与实现”，是本人在导师洋的指导下开展研究工作所取得的成果。
除文中特别加以标注和致的地方外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果，尊重知识产权，并愿为此承担一切法律责任。
论文作者(签字)：日期：年月摘要本文以两台发电机组的船舶电站为例，在论述自动化电站功能和要求的基础上，设计了集散控制式系统。
下位机以PLC作为主要控制装置，上位机用工业PC机作为管理装置。
本文将电站的控制功能模块化，再设计出各模块的流程，然后将各模块有机的结合，以实现电站的综合自动控制。
在这种点对点的控制系统中，下位机可以完成发电机组的起动、停机控制、调频调载以及机、电故障处理等；上位机进行机组的并联运行、解列、重载询问等。
同时，上位机的人机界面可以显示、记录机组的运行状态和主要参数。
这种集散式控制系统充分体现了分散控制和集中管理的优点。
关键词：船舶电站，自动控制系统，PLCAbstractThis thesis take marine electric power plant which base on two generators for an example and designed a distributed control system after discussed the function and requirement of automatic ship power station. The station uses PLC as main control device and industrial computer as management device. This thesis make the control function modular firstly, and then designed each module control process, combined the modules organic finally in order to realize the synthetic automatic control function. In this point-to-point control system, the PLC can accomplish the function which including automatic start and stop the generator, the frequency and load regulation, and treatment of machine or electric fault, etc.The upper computer realized automatic paralleling, disengaging, and asking overload, etc. Meanwhile Human-Machine Interaction can display and record the generators state and various parameters. This distribution control system fully embodies the advantages of distributed control and central management.Key Words: Ship Power Station, Automatic Control System, PLC目录前言 (1)1 课题的组成及背景 (3)1.1 船舶电站自动化系统的定义、组成和特点 (3)1.2 船舶电站自动化的发展与展望 (3)1.3 PLC在船舶电站自动化系统中的应用 (4)1.3.1 PLC 概述 (4)1.3.2 PLC 的工作原理 (5)1.3.3 PLC 在船舶电站自动化系统中应用的优势 (5)1.4 本课题背景及选题意义 (5)1.5 本文的主要容和结构安排 (6)2 船舶电站自动化管理系统 (7)2.1 船舶电站自动化管理系统的总体构成 (7)2.2 船舶电站自动化管理系统主要功能 (7)2.3 集散式船舶电站管理系统 (9)2.3.1 集散式电站 (9)2.3.2 信号的采集及处理 (10)2.3.3 检测单元的设计 (12)3 集散式船舶电站管理系统的功能流程 (13)3.1 机组的自动起动模块及流程图 (13)3.2 并车运行模块及流程图 (14)3.3 调频调载模块及流程图 (17)3.4 重载询问模块及流程图 (18)3.5 自动解列和自动停机模块及流程图 (19)3.6 电力管理系统参数在线监视与在线修改 (20)3.6.1 OP393的连接与登录 (22)3.6.2 定时器的在线监视与在线修改 (23)3.6.3 数据块的在线监视与在线修改 (25)3.7 船舶电站管理系统的监控单元设计 (26)3.7.1 上位机监控系统功能 (26)3.7.2 工业PC机控制软件和监测软件结构 (27)3.7.3 监控界面简介 (28)3.8 安全保护系统 (29)3.8.1 欠压保护 (29)3.8.2 过流保护 (29)3.8.3 逆功率保护 (30)3.8.4 故障报警的设置 (30)4 系统联调与测试 (31)4.1 系统仿真 (31)4.2 系统调试 (32)总结 (33)致 (34)参考文献 (35)附录 (36)前言为实现船舶电站自动化的各种功能，船舶电站自动化技术经历了由继电器、接触器组成的有触点控制系统到有分立元件和集成元件组成的无触点控制系统。
大规模集成电路的结构化、模块化，还可以使微机控制系统的体积、重量大大减少，工作可靠性提高。
控制方式由硬件控制变为软件控制为主，使功能的组合、扩展或修改变得容易：模块化、通用性好。
计算机控制由大型机集中控制方式发展到多微机分散控制方式，工作可靠性提高；进而出现由多级计算机构成的分布式控制系统，应用光纤通讯和网络技术等。
国外船舶自动化一开始大多是从电气部分着手，从最原始的手动本地操纵进化成手动遥控操纵，再进一步发展成半自动控制，最后发展到目前的最高水平电站全自动控制的无人值班机舱。
早在60年代初期，日本、德国、英国等国就有电站单元自动化装置，如：英国的MMF自动并车装置，日本的XET自动并车装置和XPT自动负荷分配装置。
到70年代中后期，人们在单元自动化装置的基础上，把它们系统地组合成成套电站自动化设备，系统可在集控室进行集中控制，如“里言斯顿”号船上的SEPA 电站自动化控制系统，日本“星光”号船上电站自动化系统。
随着微型计算机的发展和推广应用，在80年代初期国外研制成功了微型计算机单机控制系统，如：用在我国“德大”轮上的日本大发公司配套的电站自动化控制系统，远洋公司15000吨上使用的丹麦SEMCO公司的APM电动自动化系统。
到80年代中后期，随着微机网络技术的日趋成熟，国外众多国家相继开发研制多微机分布式网络型自动化控制系统，如：西门子、AEG等国际著名的大公司近期的产品，是目前国际上最新技术产品。
目前我国船舶电站自动化装置的研制和生产水平相对较低，船用电站管理系统国产化率很低，大约有90%来自国外，而国外采用PLC控制技术研制的船舶电站自动化系统，功能完善，技术先进，但是技术垄断严重。
随着计算机信息处理技术的发展，船舶电站自动化系统正朝着集散型控制系统(网络式或分布式控制系统)的方向发展。
船舶自动化电站是集自动控制、报警和监测于一体化的监控系统，涉及到现代控制技术、通讯、信息处理、数字化信息技术、计算机网络等多学科和技术。
这就需要研究控制技术、网络通讯技术等，船舶电站正以标准化、模块化、集成化、网络化等方式向船舶电站综合自动化这样高级阶段发展。
随着工业自动化产业的高速发展，自电气自动化控制领域的重要组成部分PLC问世以来，引起了国外电气行业的普遍关注，现已成为具有发展前景和影响力的一项高新技术产品。
现代PLC控制技术因其可靠性高、耐恶劣环境、使用极为灵活方便三大特点，广泛应用在自动化控制系统领域，船舶自动化控制系统更是如此。
众所周知，PLC适用于多种场合中的检测、监控自动化。
S7-200 PLC具有丰富的指令集成和置集成功能，如高速计数器HSC、自整定PID和脉冲输出PTO/PWN等，实时特性和通讯能力强，扩展模块丰富，可靠性高。
基于PLC的船舶电站系统采用模块化设计，结构紧凑，便于在线故障诊断。
基于PLC技术设计的人机界面，组态调试方便，用S7-200 PLC开发的船舶电站控制系统，性价比高，在远洋船舶得到了成功应用，表明PLC技术值得在轮机自动化中推广。
目前我国的船舶电站自动化系统还处于研究阶段，只有在局部的环节取得成果，尚不能投入全面使用，所以研究船舶电站自动化，早日实现国产化意义重大。
1课题的组成及背景1.1 船舶电站自动化系统的定义、组成和特点船舶电力系统是孤立于陆地的独立电网，它是产生、输送、分配、使用电能的装置和用电网络的总称，它由用电设备、装配电装置、发电装置和电缆等组成。
其舶电站是船舶所需的全部电能的来源，处于船舶电力系统的核心地位。
船舶电站由原动机、发电机和附属设备(组合成发电机组)及配电装置组成。
发电机组是把机械能转化成电能的发电设备；配电装置是接收船舶发电机组所产生的电能，并对所有电力负载进行配电的开关和控制设备的组合装置，也是对电力系统进行测量、监视、保护的控制装置。
船舶电站的主要特点是容量相对较小。
当起动某些大容量负载起动时，发电机转速下降，从而使发电频率和电压大幅波动，同时将冲击电网，使电网电压、频率大幅度下降，因此，要求发电机组要具有较大的承载能力和维持电站稳定运行的能力。
1.2 船舶电站自动化的发展与展望随着船舶自动化程度的不断提高，电站自动化由局部控制发展到了综合控制，由就地的控制发展到集中的控制。
集散式系统就是集计算机、通信、显示和控制技术于一体的系统。
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，下位机分散到现场进行分布式控制。
所以，这种集散式的管理系统体系结构有很高的可靠性，且易于扩展，上位机根据需要增减下位机台数。
船舶电气自动化系统发展的趋势：(1)系统监控的综合化由于电气设备已经日趋通用化、模块化、系列化，组态灵活；上位控制机所有功能可通过屏幕软件按钮来完成，为系统监控的综合化提供了必要的基础。