船舶电气设备及系统第16章船舶电站自动化

船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室第16章船舶电站自动化§16.1概述§16.2船舶电站自动控制装置的系统组成§16.3船舶电站自动化主要功能简介§16.4船舶中压电力系统简介船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室本章以实际的新型船舶自动化电站为例，从系统角度讲述常见船舶电站自动化系统的运行管理基本知识，即船舶电站自动化系统的基本组成，基本功能，实现这些基本功能的模块的工作原理。内容简介船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室§16.1概述随着科学技术的发展，船舶机舱从有人值守到自动化机舱的经历了几十年的发展过程。船舶电站自动化是实现机舱自动化、进而实现无人值班机舱的必要条件。船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室1、发电机组依据电站运行情况和实际负荷需要，按预定的顺序自动起动备用机组，并能自动投入、自动停机；2、故障状态下自动解列、停机的控制；3、发电机组之间的自动并车、电压及无功功率的自动调节、并联运行中功率的自动分配、转移与电网频率的自动调整，重载询问(投入大负载时的自动询问装置)；船舶电站自动化基本功能包括：船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室4、船舶电站的综合保护（包括发电机组机电故障的自动处理与报警）；5、运行状态显示及故障监视（包括全船断电，欠频监视），系统给定参数的监视与修改。实现上述基本功能的船舶电站自动化系统（也称作船舶电力自动管理系统）PMS-PowerManagementSystem船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室§16.2船舶电站自动控制装置的系统组成16.2.1电力自动管理系统的结构类型船舶电站自动控制装置的控制任务分为对每台发电机组的起动、停机、自动并车进行控制，以及发生机电故障时对本台机组的处理等功能。（单机管理）在整个电站系统并联运行时，进行功率管理、也包括发生机电故障时对系统中其它机组发出控制要求（例如备用机组的自动起动或阻塞）及信息通讯等的管理控制。（整体管理）船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室早期由数字电路-模拟集成电路构成的电力自动管理系统大致可以分成总体控制方式和积木块式两种。总体控制方式中，有负责系统整体功能的总体控制单元和与其相连的对每台发电机组分别负责的起停控制器、并联运行控制器等子系统。积木式自动化电站由5种(4种)功能块组成，功能分别为自动起动-停车装置、并车装置、电网监视器、负荷控制器、功率分配器；功能块以独立或模块形式出现，主要采用集成模拟技术和数字技术实现的。多数厂家已将并车装置与功率分配器合并成一个独立的并联运行控制器出现，即系统则由4个功能块组成。船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室各生产厂家的自动化电站产品在细节方面上会有不同，但其主要功能还是基本相近的。TERASAKI公司的电力自动管理系统有GAC-5TYPEC、GAC-16M等SIEMENS公司基于PLC为核心的电力自动管理系统有SIMOSPMA52、SIMOSPMA53和SIMOSPMA71。SIMOSPMA52中PLC控制器是SIEMENSS5-115USIMOSPMA53中PLC控制器是SIEMENSS5-95USIMOSPMA71中PLC控制器是SIEMENSS7-315-2DP下面以SIMOSPMA71型电力自动管理系统进行说明近年来，安装在远洋船舶的大部分电力自动都是基于微机或PLC控制技术实现的。船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室16.2.2SIMOSPMA71型电力自动管理系统的系统组成SIMOSPMA71型电力管理系统（以下简称为PMA71）是SIEMENS公司的新一代电站自动化产品，安装于我国“泰安口”等许多远洋船舶。船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室主要功能：1.船舶电网监视（全船断电，频率过低等）2.根据负载状况或故障(过电流，过负荷)状况自动起动发电机组3.发电机的过电流、逆功率保护，按照三个等级对非重要负载自动卸载，依据电网功率余量自动或手动停止发电机组船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室4.发电机自动并车，自动调频调载5.短路保护6.在液晶显示操作单元上可以显示故障诊断信息7.大负荷起动时的自动问讯控制，停机时具有自动逐步转移负载功能，在起动发电机组时，可设置多次起动尝试船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室8.PMA71还具有和WGA23d型轴带发电机控制装置相连，控制轴带发电机起动、停车以及和柴油发电机组并车切换等功能。船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室⑦DC/DC变换器⑥OP71液晶显示操作板④通信模块⑤GENOP71发电机保护和并车模块①DI/DO开关量模块(发电机控制)②DI/DO开关量模块(柴油机控制)两台发电机并联运行时的PMA71系统布置OLM-光纤连接模块船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室图中画出了管理两台发电机并联运行时的PMA71系统布置每一台柴油发电机组配置有：(1)一台SIMATICS7-315-2DP型PLC控制装置(2)一台GENOP71型发电机保护/并车单元和测量传感器(3)一只OP7型液晶显示操作单元(4)一只DC24V/DC24V变流器船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室上述4个单元安装于每台发电机组的配电板上，其中OP7型液晶显示操作单元和电压表、电流表、功率表、频率表、控制开关和指示灯等一样，安装于配电板的正面，以便于操作。PMA-71系统的这种布置既适合分布布置的配电板（即每1套PMA71装置可以安装于每台分布布置的发电机配电板上），也适合于在控制多台发电机的集中主配电板间的布置。船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室(1)一台SIMATICS7-315-2DP型PLC控制装置船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室PS(可选)CPUIMSM:DISM:DOSM:AISM:AOFM:-计数-定位-闭环控制CP:-点-到-点-PROFIBUS-工业以太网一台SIMATICS7-315-2DP型PLC控制装置，包括：带MPI通讯口的CPU模块Profibus通讯口模块用于发电机控制的开关量输入/输出模块对柴油机进行控制的开关量输入/输出模块船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室PLC采集发电机组的现场信息和接受从GENOP71型发电机保护/并车单元或OP7液晶显示操作单元传递来的信息，负责对本台柴油发电机组（或轴带发电机的控制系统）的起停逻辑控制负责电网断电、欠频的监视发电机过负荷的保护各台发电机的PLC通过MPI多口通讯总线传递信息，组成了PMA71系统的控制核心，实现对整个电站的自动管理，负责电能管理信息的处理功能：船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室(2)一台GENOP71型发电机保护/并车单元船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室可以单独工作或与PLC一起集成在PMA71系统中工作负责电网三相电压、发电机三相电压、电流等信号的采集处理具有发电机保护（过电流分级卸载，逆功率或短路保护）和自动并车功能能通过Profibus现场总线将采集和处理过的电压、电流、功率、差频脉动电压等数字信息输入到PLC功能：船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室能接受PLC通过Profibus现场总线发出的指令可以使用OP7型液晶显示操作单元变更GENOP71的工作参数，传送到PLC，然后再由PLC传送给GENOP71。功能：船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室(3)一只OP7型液晶显示操作单元系统的人机界面操作人员通过OP7与PLC交换信息，对PMA71系统进行操作，并随时显示系统运行或故障状态和用于对系统的工作参数进行修改(4)一只DC24V/DC24V变流器为PLC、GENOP71、OP7单元的工作提供可靠的电源船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室每一台发电机组中，所属的PLC、GENOP71和OP7各单元之间通过高速可靠的ProfibusDP型现场总线相互通讯。各台发电机之间的控制信息的通讯则是通过所属PLC上CPU模块的MPI多口通讯接口（类似RS485通讯）的光纤总线传递信息。信息通讯船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室船舶还设置有更高一级的计算机集中监控系统，电站自动化系统还可以作为上级监控系统的一个子系统来运行。每台发电机的监控信息可以通过所属PLC上的2个通讯模块，与上位监控计算机的通讯总线相连（图中为冗余布置的BUS-A，BUS-B两条通讯总线，工业以太网），从而可以在上级监控系统的显示器界面进行遥控操作信息通讯船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室16.2.3GENOP71型发电机保护/并车单元为了提高运行速度和可靠性，对一些要求高的控制任务往往采用专用模块来实现这些专用模块在PLC的CPU工作的同时，作为下一级的模块，能并行地处理自己承担的控制任务，也与PLC的CPU模块交换控制信息。在PMA71电力自动管理系统中，GENOP71单元就是特别为发电机控制设计的智能模块。船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室GENOP71单元承担对本台发电机控制基本任务：发电机保护功能监视短路故障、过电流、逆功率，实现故障工况下的非重要负荷分级卸载或发电机主开关延时跳闸。自动并车功能在接到PLC单元或者来自配电盘按钮发出的同步并车指令后，控制发电机和电网母线的自动并车过程。信号采集处理和通讯功能采集、处理发电机和电网的信号，通过Profibus现场总线把数据传送到PLC单元，供PLC对整个电站自动化控制判断使用。船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室输出端输入端工作电源24VDC/230VAC内部报警指示自动卸载1，自动卸载2自动卸载3，断路器脱扣1断路器脱扣2，逆功率系统故障（需要复位）发电机过流、短路和逆功率故障信号扩展输出端(外部报警等)发电机逆功率或短路保护PROFIBUS，RS232通信接口发电机调速器调频信号R(Rise)-升速，L(Lower)-降速发电机过流保护分三级自动卸载发电机合闸信号复位按钮，用于复位过流或逆功保护记忆，发电机手动同步并车按钮及合闸反馈输入信号发电机3相电电流用于发电机电流、功率测量经电流互感器接入。过流和过载及逆功率保护等。PROFIBUS通信地址(拨码开关)电网汇流排和发电机3相电压用于电压、频率测量和合闸时机检测经电压互感器接入。船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室16.2.4OP7型液晶显示操作单元和PLC单元S7-315-2DPOP现场设备PCPROCESSFIELDBUS船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室1）OP7型液晶显示操作单元液晶窗口用于显示系统的运行状态、故障信息和实际的控制过程数值。操作键包括两类：一类是通常的数字（字符）键、“SHIFT”、“DEL”、“ESC”、“ENTER”和光标移动键等，用于在查询和修改参数时输入信息。船舶电气设备及系统2019/8/1课件轮机学院电气及自动化教研室另一类是在PMA71系统中，专门定义的功能键“AUTO”（自动模式）、“SEMI”（半自动模式）、“START”（起动发电机组）、“STOP”（发电机组停车）、“BREAK.ON