劉 波，歐才杰，倪國(guó)春

（江南重工股份有限公司，上海 200023）

0 引 言

船舶電站自動(dòng)化裝置，從上世紀(jì) 60年代采用繼電器控制技術(shù)及其后來(lái)的晶體管分立元件控制技術(shù)，到70年代的小規(guī)模集成電路及其后來(lái)的中大規(guī)模集成數(shù)字、模擬電路控制技術(shù)，至80年代的微處理控制技術(shù)，90年代的可編程控制器(PLC)控制技術(shù)，至今船舶電站已形成了較為完善的船舶電站管理系統(tǒng)，其高精度、全自動(dòng)化的控制功能為電站安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了支撐，同時(shí)也大大地降低了船員的工作強(qiáng)度，使我國(guó)船舶電站自動(dòng)化進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。

1 船舶概況

2500t起重船總長(zhǎng) 105.6m，型寬 42.0m，型深 8.0m。該船機(jī)艙配置了 4臺(tái)作業(yè)發(fā)電機(jī)，原動(dòng)機(jī)為KTA38-D(M)-880kW，發(fā)電機(jī)為HFC6502-44E - 800kW；1臺(tái)停泊發(fā)電機(jī)，原動(dòng)機(jī)為6CTA8.3- GM155-135kW，發(fā)電機(jī)為1FC2282-4SB43。主甲板上設(shè)有4臺(tái)300kW起升絞車、4臺(tái)315kW變幅絞車、4臺(tái)55kW索具絞車和9臺(tái)110kW系泊定位絞車。在機(jī)艙監(jiān)控室內(nèi)設(shè)主配電板共12屏，向外圍設(shè)備集中供電。

2 自動(dòng)電站系統(tǒng)的構(gòu)成

該船4臺(tái)主發(fā)電機(jī)和1臺(tái)停泊發(fā)電機(jī)組成一個(gè)強(qiáng)大的發(fā)電系統(tǒng)。每臺(tái)發(fā)電機(jī)分別由丹麥DEIF公司的multi-line 2并車保護(hù)單元（PPU）獨(dú)立控制，見(jiàn)圖1。該控制器功能完善，可以測(cè)量并顯示發(fā)電機(jī)三相電壓、匯流排三相電壓、發(fā)電機(jī)三相電流、功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、發(fā)電機(jī)相頻率和匯流排相頻率。5臺(tái)PPU配合西門子公司S7-300系列PLC構(gòu)建成電站管理系統(tǒng)（PMS），主站由PS307電源模塊、CPU313、3塊SM323輸入/輸出模塊、1塊SM322輸出模塊和1塊SM321輸入模塊組成[1]，根據(jù)不同工況的電力需求，PLC通過(guò)邏輯運(yùn)算后發(fā)出控制命令給對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)組PPU（從站），以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)發(fā)電機(jī)（從站），以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)發(fā)電機(jī)的起停、并網(wǎng)、負(fù)荷分配、負(fù)載轉(zhuǎn)移與解列等功能。主站的上位機(jī)為西門子TP170系列觸摸屏，該觸摸屏實(shí)時(shí)監(jiān)控并直觀顯示各發(fā)電機(jī)的各種參數(shù)，見(jiàn)圖2。

圖1 主配電板

3 自動(dòng)電站系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

起重船復(fù)雜的作業(yè)工況，要求其電站能根據(jù)負(fù)載情況自動(dòng)并車、停車。而實(shí)現(xiàn)船舶同步發(fā)電機(jī)組準(zhǔn)同步并聯(lián)運(yùn)行，必須滿足3個(gè)條件，即待并機(jī)和在網(wǎng)機(jī)電壓一致、頻率一致和相位一致[2]。

3.1 自動(dòng)并車

一般情況下，一臺(tái)主發(fā)電機(jī)工作，當(dāng)網(wǎng)上負(fù)載達(dá)到90%的額定功率時(shí)，PMS會(huì)依次起動(dòng)備用發(fā)電機(jī)組、自動(dòng)同步、自動(dòng)合閘、自動(dòng)功率分配?？紤]到船上某些大功率設(shè)備在起動(dòng)瞬間會(huì)造成短時(shí)的過(guò)電流，為防止備用機(jī)組誤起動(dòng)，在PLC程序里設(shè)置了一個(gè)10s的延時(shí)動(dòng)作，當(dāng)負(fù)載持續(xù)達(dá)到90%額定功率超過(guò)10s后，PMS才發(fā)出并機(jī)信號(hào)。

圖2 1號(hào)發(fā)電機(jī)監(jiān)控界面

圖3 功率問(wèn)詢一

該船設(shè)有“功率問(wèn)詢一”（見(jiàn)圖3）和“功率問(wèn)詢二”2個(gè)按鈕，當(dāng)大的負(fù)荷即將投入運(yùn)行時(shí)，通過(guò)功率問(wèn)詢按鈕進(jìn)行操作，即2個(gè)主鉤工作時(shí)，因負(fù)荷要求需2臺(tái)發(fā)電機(jī)供電，起升前按下“功率問(wèn)詢一”，PMS將根據(jù)電網(wǎng)上已有發(fā)電機(jī)數(shù)量來(lái)判斷是否需要額外開機(jī)；2個(gè)以上的主鉤工作時(shí)，需4臺(tái)發(fā)電機(jī)同時(shí)供電，起升前按下“功率問(wèn)詢二”，此時(shí)PMS將根據(jù)電網(wǎng)上已有發(fā)電機(jī)數(shù)量來(lái)判斷是否需要額外開機(jī)以及計(jì)算開機(jī)數(shù)量。

3.2 自動(dòng)解列

柴油機(jī)最佳、最經(jīng)濟(jì)、利用率最高的運(yùn)行工況是在70%～90%（額定功率）之間。為此，4臺(tái)主發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)負(fù)載功率小于60%的額定總功率時(shí)，3min后PMS發(fā)出在網(wǎng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷轉(zhuǎn)移信號(hào)、分閘信號(hào)，無(wú)誤后延時(shí)3min發(fā)出停車信號(hào)解列1臺(tái)發(fā)電機(jī)。3臺(tái)主發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，負(fù)載功率小于50%的額定總功率，2臺(tái)主發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，負(fù)載功率小于35%的額定總功率，均按同樣的方式解列。將上述轉(zhuǎn)化為PLC程序塊見(jiàn)圖4。

圖4 輕載解列

4 結(jié) 語(yǔ)

該智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)艙有著重要的意義，也使我國(guó)船舶電站自動(dòng)化的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。

[1]SIEMENS. 選型手冊(cè)[M].

[2]黃倫坤，朱正鵬，劉宗德. 船舶電站及其自動(dòng)裝置[M].北京：人民交通出版社，1994.