基于plc的船舶电站控制系统研究.doc

摘要  随着造船业不断发展，船舶电站自动化程度越来越高。在具有多台发电机组并联供电的船舶电站中，若要实现船舶电站的自动化，必须将各个环节有机联系起来，组成一个总体控制系统，收集来自各台柴油发动机、发电机、断路器以及各主要负载的必要信息和参数，并加以分析、判断，在合适条件下自动的采取适当的措施，处理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。

本文设计了一套基于可编程逻辑控制器和工业网络通信的船舶电站监控系统，应用先进的工业控制技术、计算机技术、网络技术以及通信技术，提高了系统的可靠性、安全性和经济性。

本文介绍了采用西门子S7-200系列可编程控制器结合HGM6510控制模块实现船舶电站自动化控制的方法、步骤。在设计中釆用上位机结合下位机的方法实现对船舶电站的自动控制。下位机使用可编程逻辑控制器实现具体控制任务，上位机使用力控组态软件，提供状态显示、远程控制及报警等功能。

通过对船舶电站分析，统计输入/输出点数，进行硬件选型和组态。出了实现船舶电站自动控制装置整体和各部分功能的具体控制策略。根据控制策略，完成了控制系统的具体设计，包括自动启动、自动并车、自动解列、自动调频调载等环节。利用力控组态软件进行了上位机监控系统的设计，根据船舶电站的控制功能和操作习惯，设计监控系统可视化界面。所设计的人机界面友好，直观形象，能够使操作员充分掌握整个电站系统的运行状态，从而根据电站具体的现场情况作出相应的控制动作。

基于PLC的船舶电站控制系统己经通过了系统调试，实现了对船舶电站的实时监控功能，目前在玉柴联合动力股份有限公司已经投入使用，运行状态良好。

关键词:船舶电站  PLC  并车控制  组态软件

 Research on Control System of Ship Power Station Based on PLC

Abstract: With the continuous development of the shipbuilding， ship power plants increasingly high degree of automation. Ship power station with a supply of multiple units in parallel， to ship power plant automation， all aspects must be an organic link up to form an overall control system， collected from all diesel engines， generators， circuit breakers， as well as necessary information and parameters of the main load， and analysis， judgment， and automatically take appropriate measures under the right conditions to deal with various situations that may arise in the power plant operation to ensure that the power system is safe， reliable and economical operation.

In the dissertation a set of ship power plant monitoring system based on programmable logic controllers and industrial network communications are designed， application of advanced industrial control technology，computer technology， network technology and communication technology，improve system reliability，security and economy.This article describes the steps of using the Siemens S7-200 programmable controller to combine HGM6510 control module to ship power plant automation and control methods. Host computer combined with the next crew in the design of automatic control of ship power plant. The next bit machine using the programmable logic controller to achieve a specific control task， the host computer using the power control configuration software，the status display，remote control and alarm functions.

Through the analysis of ship power station automatic control device as a whole and the various parts of the control strategy. Control strategy，the specific design of the control system，including automatic start， automatic car， automatic solution to the column， Automatic Frequency Modulation，and other sectors. Configuration software for the design of the PC monitoring system，power control and visualization interface designed to monitor the ship power plant control functions and operating practices. The man-machine interface design， and visualization， enabling the operator to fully grasp the operating status of the entire power plant system， which according to the power station site and make the appropriate control action.

    This article is based on the PLC ship power plant control system has passed the system debugging， basic real-time monitoring of ship power plant has been put into use in the Yuchai Engine Company Limited.

Key words: Ship power station   PLC   Vehicle control  Configuration software

目  录

第一章 绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.2国内外研究现状 3

1.3本文的主要研究内容和研究思路 4

1.3.1本文旳主要研究任务 4

1.3.2本文的研究思路 4

1.4本文完成的主要研究工作及创新点 5

1.4.1本文完成的主要研究工作 5

1.4.2本文的创新点 6

第二章 船舶电站的控制原理与保护功能 7

2.1船舶电站的系统组成 7

2.1.1船舶电站系统简介 7

2.1.2船舶电站的控制功能 7

2.2船舶电站并车原理 9

2.2.1船舶电站并车简介 9

2.2.2船舶电站的准确并车条件 10

2.2.3自动准确同步并车原理 11

2.2.4差频信号的鉴别与并车频率的调整 11

2.3本章小结 13

第三章 船舶电站系统通信协议简介 15

3.1 CAN总线通信协议简介 15

3.1.1 CAN总线通信协议的特性 16

3.1.2 CAN总线在ISO/OSI参考模型的分层结构 16

3.2 SAE J1939通信协议简介 17

3.2.1 SAE J1939通信协议概述 18

3.2.2 SAE J1939通信协议物理层与应用层简介 19

3.2.3 SAE J1939通信协议的实现 19

3.3 Modbus通信协议简介 20

3.3.1 Modbus通信协议概述 20

3.3.2 Modbus通信协议传输方式 20

3.3.3 Modbus通信协议的实现 21

3.4本章小结 21

第四章 船舶电站系统硬件组成与设备通信 23

4.1船舶电站系统的硬件组成 23

4.2船舶电站系统硬件简介 25

4.2.1柴油发动机 25

4.2.2 西门子 S7-200PLC 26

4.2.3发电机组智能控制模块 26

4.2.4康明斯发电机 26

4.3船舶电站系统硬件设备间通信 27

4.3.1发动机和智能控制模块的通信 28

4.3.2发电机组控制模块与电网及发电机的通信 28

4.3.3上位机与PLC的通信 28

4.3.4西门子PLC与发电机组控制模块的通信 28

4.4本章小结 29

第五章 船舶电站PLC控制系统实现 30

5.1船舶电站PLC控制系统结构 30

5.2船舶电站PLC控制系统设计 31

5.2.1 STEP7-Mico/WIN V4.0 编程软件简介 31

5.2.2 STEP7-Mico/WIN V4.0编程软件编写流程 31

5.2.3船舶电站PLC控制系统主要部分程序设计 33

5.3本章小结 36

第六章 基于力控组态软件的上位机监控设计 37

6.1组态软件平台简介 37

6.2监控系统设计 37

6.2.1监控画面 37

6.2.2 I/O设备组态 37

6.2.3数据库的建立 38

6.3数据分析系统与报警记录 39

6.4远程网络监控设计 40

6.5监控系统运行结果 41

6.6本章小结 42

总  结 43

致  谢 44

参考文献 45