基于PLC的自升式平台的自动电站

姜 涛，于春光

●（中交一航局第二工程有限公司，山东青岛 266071）

基于PLC的自升式平台的自动电站

姜 涛，于春光

●（中交一航局第二工程有限公司，山东青岛 266071）

中交一航局第二工程有限公司新建的自升式平台采用先进的工业控制技术、计算机通讯技术和现场总线技术，建立了船舶自动电站，提高了船舶安全性、可靠性和经济性。本船电站管理系统采用1套西门子S7-200可编程序控制器和3台丹麦DEIF的PPU，每台发电机组由各自的PPU控制，S7-200可编程序控制器和PPU之间通过Modbus-RTU型现场总线通信。

可编程序控制器；PPU；自动电站

0 引言

船舶电站是船舶的核心组成部分。平台抬升作业时，电站要保证安全、稳定、可靠地供电。而电站的可靠取决于电站的控制系统、发电机组的控制系统、发电机组、配电板等。PLC是在传统的顺序控制器的基础上，引入微电子和计算机技术而形成的一种新型的工业控制装置，该装置采用可编程序的控制器，以执行逻辑计算、顺序控制、定时、计数和算术计算等操作指令，并通过数字的、模拟的输入、输出信号控制各种类型的机械和生产过程，其体积小、功耗低、速度快、功能强、尤其是抗干扰性强的特点完全适应船舶机舱的恶劣环境有极强的可靠性。PLC应用于船舶自动电站，大大地提高了电站供电的连续性和极高的可靠性，增强了船舶的生命力，改善了船员的工作条件，降低了劳动强度，同时提高了船舶的经济运行指标。

中交一航局第二工程有限公司新造的自升式抛石整平船和沉管浮运安装船的自动电站就是采用了 PLC和PPU结合的自动电站管理系统，下边以自升式抛石整平船为例对此系统做简单介绍。

1 自升式抛石整平船的电力负荷

本船有 6台 40t电动变频锚绞车，每台绞车电机为110kW变频电机。本船设有4根桩腿，每根桩腿设有8套抬升装置，每套装置由一台22kW变频电机驱动，共计32台22kW变频电机，此外还有功率160kW的克令吊1台，以及其他常规船用设备。经计算，本船设3台500kW发电机组作为主发电机组，1台200kW发电机组作为应急和停泊发电机组。当船体抬升或移船定位作业时，2台500kW发电机组并联使用，1台500kW发电机作为备用，此时电站负荷率为84%和63%；在抛石整平作业时，1台500kW发电机组单独使用，另2台500kW发电站作备用，此时电站负荷率为79%；在锚泊和拖航时，1台200kW发电机组作为停泊发电机组使用，此时电站负荷率为72%。

2 本船自动电站的主要功能

本船自动电站的功能为：自动起、停备用发电机，自动同步、自动调频调载，自动进行负载分配，自动卸载等，以保证电网供电的连续性和经济性。

1）电网失电时，备用电源自动投入电网供电；2）负载超过整定值作报警并起动备用电源；3）电网自动卸载；4）电网负荷减少时运行机组自动解列；5）重要负载顺序重新自起动；6）重载询问功能；7）自动电站自检功能；8）手动并车；9）报警及故障处理[1]。

3 本船自动电站管理系统的组成与功能实现

3.1 本船自动电站的基本构成

本船自动电站采用基于网络控制的船舶电站，主站为西门子S7-200型可编程序控制器，主站通过Modbus-RTU网络与机舱监控台通信，同时PPU通信。

图1给出了3台发电机组运行时的自动电站系统布置图。系统由1台西门子S7-200型可编程序控制器和3台DEIF公司的PPU组成，其主要作用：1）西门子S7-200型可编程序控制器。由带有PPI通讯口和Modbus-RTU通讯口的模块，用于发电机控制的开关量输入/输出模块和柴油机的开关量输入/输出模块组成。2）PLC采集发电机组的现场信息和发电机组保护/并车单元传递过来的信息，负责对3台发电机组进行开关联锁、主电网失电管理、发电机组超载并网管理、轻载解列等。

根据本船的主要功能，主配电板有104个开关量输入信号，96个开关量输出信号，考虑到系统的可靠性和可扩展性，本船自动电站PLC配置如图2。从图2可以看出，PLC主CPU模块型号为CPU226，最大具有16384b的在线程序存储器，24数字量输入，16数字量输出，最大允许扩展7个I/O模块，7个智能模块。该CPU具有2个RS-485接口，可实现CPU分别与PPU和机舱监控台的通讯。在 PLC程序中调用 Modbus-RTU通讯功能模块MBUS-CTRT-P1和MBUS-MSG-P1，实现PLC中的数据写入PPU或者从PPU中读取数据。

图1 自动电站系统布置图

图2 自动电站PLC配置

PLC中还配置了5个EM223 input16/output16模块，PLC通过CPU226和EM223模块接收配电板、组合屏及PPU单元信号，经过PLC程序的逻辑运算和处理，对发电机进行控制，并将其状态显示在配电板和机舱监控台。

发电机保护和控制器（PPU）是一种十分智能的电站管理仪器，能够根据电站的实际运行情况自动判断各种参数是否满足实际工况，从而实现自动电站的各种功能。

3.2 自动电站的管理功能的实现

本船的管理功能主要有：主电网失电、发电机组超载自动并车、一级卸载管理、轻载解列管理等，这里简单介绍主电网失电管理流程（图3）。

如图3所示，在电站自动模式下，当主电网失电时，电力系统将根据设定的备用机组顺序首先启动第一备用机组，在规定的延时（7s）内，若未将第一备用机组启动，则继续进行第二、第三次启动。如果都不成功，则发出启动失败报警信号，然后启动其他备用机组。若启动成功，则先等发电机建立电压之后再进行主开关合闸动作。若合闸失败，则发出合闸失败报警信号，并启动其他备用机组。若合闸成功则主电网恢复供电，管理流程结束。

图3 主电网失电管理流程

4 程序设计

本船自动电站软件采用STEP7-MrcioWIN_V40_SP6进行编制，该软件有三种形式编辑器：梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图（FBD）。本船采用梯形图（LAD）和模块化设计方法进行控制程序的编译，从而提高了程序的可读性。

梯形图（LAD）编辑器以图形方式显示程序，与电气接线图类似。梯形图程序允许程序仿真来自电源的电流通过一系列的逻辑输入条件，决定是否启用逻辑输出。一个LAD程序包括左侧提供功率流的能量线。闭合的触点允许能量通过它们流到下一个元素，而打开的触点阻止能量的流动。它主要由触点、线圈和用方框表示的功能块组成。触点代表逻辑“输入”条件，如外部的开关、按钮和内部条件等。线圈通常代表逻辑“输出”结果，用来控制外部的指示灯、交流接触器、中间继电器和内部的输出条件等。功能块代表附加指令，如定时器、计数器或者数字运算指令[2]。本船电站程序包含了1个主程序和18个子程序，如图4所示。

梯形图（LAD）编辑器程序形式如图5所示。

图4 电站程序

图5 梯形图编辑器程序形式

5 结论

自升式平台的自动电站经安装调试后满足设计要求，各项指标符合船舶使用要求。基于PLC的自动电站可靠性高，耐恶劣环境，使用方便，功能扩展灵活，在船舶电站的应用会越来越广泛。

[1]张江龙. 船舶电力系统的分析与设计[D]. 大连: 大连海事大学, 2010.

[2]秦立新, 刘州. 船用电站综合监控系统的研究[J].舰船电子工程, 2006(2): 102-103.

Automatic Power Station Based on PLC's Jack-up Platform

JIANG Tao, YU Chun-guang
(No.2 Engineering Company Ltd. of CCCC First Harbor Engineering Company Ltd., Shandong Qingdao 266071, China)

New jack-up platform from No.2 Engineering Company Ltd. of CCCC First Harbor Engineering Company Ltd. adopts state-of-the-art industrial control technology, computer communications technology and the field bus technology. The automatic power plants for the ship are established. The safety, reliability and economy of the ship are greatly improved. The power plant management system uses a set of Siemens S7-200 programmable logic controller and 3 sets of PPU from DEIF of Denmark. Each generator group is controlled by the respective PPU. Between S7-200 programmable controller and PPU communicates via a high-speed and reliable Modbus-RTU field bus.

programmable controller; PPU; automatic power station

U664.14

A

姜涛（1980-），男，工程师。主要从事港口工程施工船舶管理工作。