起动蓄电池充电自动切换系统在船舶发动机中的应用

赵芳芳 孟亮虎 张培垄 魏玉文 孙勇 宣海宽 姚刚华 王强

摘要：PLC控制的起动蓄电池自动切换充电系统具备很多优点，它主要通过硬件与软件控制，大大提高了系统的可靠性及抗干扰能力，节约了成本，也体现了灵活应用能力。本文主要探讨了电池切换系统可以实现的功能，及其软件、硬件的设计。

Abstract： The automatic switching charging system of starting battery controlled by PLC has many advantages. It greatly improves the reliability and anti-interference ability of the system， saves the cost and reflects the flexible application ability mainly through hardware and software control. This paper mainly discusses the functions that can be realized by the battery switching system， and the design of software and hardware.

关键词：PLC;自动切换;发动机

Key words： PLC;automatic switching;engine

中图分类号：U662.3                                     文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）23-0231-02

0  引言

近年来，蓄电池作为船舶上的一种应急能源存储设备，是船舶和人员安全的重要保证，船舶电网断电时短时提供必要的应急照明及向船舶各类自动化装置、报警装置提供工作电源作其备用电源等，蓄电池使用和维护不当都会造成不可言喻的损失，特别用于发动机起动使用蓄电池，若是发动机运行中蓄电池不能与充电发电机脱开，充电发电机空载运行，损坏调压器，不能保证起动发动机成功;起动蓄电池组，应只能用于起动，以及机器本身的监控设备，并应采取措施以保持其始终处于储能状态，在无充电设备的情况下，解决蓄电池充电问题也是迫在眉睫，因此实现起动蓄电池自动切换充电及安全控制是非常必要的。

1  系统总体设计

起动蓄电池自动切换充电系统主要由PLC采集模块、电压检测模块、继电器、控制开关等组成。蓄电池电压低信号采集通过电压检测模块输出电流信号进入PLC采集模块控制系统，并通过MODBUS RTU RS485通讯口驱动PLC采集模块的蜂鸣器报警，提醒设备维修人员蓄电池充电，在停机情况下由浮充电装置给起动蓄电池自动充电，当发动机运行成功后，设计有运行信号自动切断浮充电装置给起动蓄电池充电，改为发动机自带充电发电机给蓄电池充电，并设计有充电指示继电器无源常开信号进入PLC采集模块，并通过MODBUS RTU RS485通讯输出驱动LED屏充电指示灯亮。

2  系统硬件

系统硬件主要包括起动蓄电池硬件检测系统和蓄电池硬件切换系统。起动蓄电池硬件检测系统主要是指远程监控蓄电池电压情况的电压检测模块及PLC采集模块，电压检测模块检测起动蓄电池两端的电压，当起动蓄电池电压低于DC23.2V时，采集电压信号进入PLC采集模块驱动蜂鸣器报警同时LED屏发起闪光提醒。蓄电池硬件切换系统主要由继电器、接触器等串联或并联设计来实现控制。起动蓄电池电压报警系统及起动蓄电池切换系统硬件主要由电压检测模块、PLC采集模块、转速模块等，自动切换充电系统及蓄电池电压检测控制系统如图1所示。

2.1 电压检测模块UBK  电压检测模块UBK检测是将电压信号转化为电流信号的变送模块，其用于检测直流供电蓄电池两端电压值正常与否，该电压检测模块UBK可以预设基准电压，当供电电压低于设定值后，向外輸出蓄电池电压低报警信号，驱动电压检测模块UBK的常开触点闭合，蓄电池电压低报警信号至PLC采集模块，并驱动蜂鸣器报警及LED屏指示等点亮。

2.2 PLC采集模块  PLC采集模块是控制系统的硬件核心，可以实现相关数据信息的存储，又可以根据有关需求进行相应的程序编辑，还可以将输入程序模块以及输出程序模块等通过接口建立相应的链接关系，从而达到对电气元器件的有效控制，PLC采集模块实现蓄电池与其他元器件数据交互的桥梁，首先通过采集转速模块DJ的电流MA信号进行内部运算处理，输出限定值用于控制运行信号继电器KA1及PLC采集模块动作，另PLC采集模块接收处理起动接触器KM、电压检测模块UBK及充电指示继电器KA2传递的开关量信号，进行硬件控制。通过PLC采集模块的应用节省了大批量的元器件的使用，内部控制指令可以根据需求自由配置，具备应用灵活性。

2.3 转速处理模块DJ  转速处理模块DJ是用于采集发动机转速信号的模块，转速处理模块采集的电流MA信号经过运算处理进入PLC采集模块，最终结果是驱动运行成功继电器KA1动作，最终实现切换蓄电池充电设备。

2.4 LED屏  LED屏具有显示功能，此屏可以自由设置显示项目，主要用于接收PLC采集模块通过MODBUS RTU RS485发送相应的控制码进行数据交换，并通过LED屏显示，以便实现显示数值的实时监控。

3  系统功能

系统主要分为起动蓄电池检测系统和蓄电池切换系统。具体实施如下描述。

起动蓄电池检测系统，主要是通过电压检测模块UBK检测蓄电池两端的电压来实现，电压检测模块UBK采集到蓄电池电压低电压信号转化为4-20MA信号，并通过自带常开触点信号进入PLC采集模块，当蓄电池电压低时，电压检测模块触点闭合，PLC采集模块采集到的蓄电池电压低信号通过MODBUS RTU RS48内部通讯至LED屏显示，并驱动蜂鸣器HA报警。

蓄电池切换系统，主要是通过运行信号来切换，由继电器KA1常闭触点控制通断，具体操作如下描述。线路设计起动按钮SB1和运行成功继电器KA1的常闭触点串联后与起动接触器KM的线圈串联;当发动机停机状态下，操作起动按钮SB1，起动接触器KM的线圈得电，接触器KM的常开触点闭合，起动信号进入PLC，发动机发出起动指令，14秒内起动成功，若是一次不成功，则发起第二次，不成功，则发起第三次，三次都不成功，则输出三次起动失败报警并驱动蜂鸣器HA得电报警。转速模块将采集到的4-20MA转速信号输入到PLC采集模块，PLC控制模块处理转速模块DJ采集的数据，并与PLC预设的发动机设定阈值进行比较;若发动机转速小于等于预设阀值，则发动机起动成功，运行成功继电器KA1线圈得电，继电器KA1常开触点闭合，充电发电机得电，运行成功后由充电发电机给蓄电池充电，充电指示充电器KA2得电，充电指示继电器KA2触点闭合，通过PLC采集模块信号处理，通过MODBUS RTU RS485通讯驱动LED屏点亮充电指示灯;运行成功后继电器KA1常开触点断开自动切断浮充电装置给蓄电池充电;继电器KA1常闭触点断开，起动接触器KM线圈失电，起动接触器KM常开触点断开，起动电机断电，发动机三次起动逻辑图见图2描述。

4  应用效果评价

此控制逻辑在烟台阳光、南通海洋等用户得到应用，得到了一致认可，并且在各类船舶大型功率发动机的应用良好，此逻辑控制不仅可以灵活应用于负荷特性发动机，也可以应用于推进特性发动机，特别是结合PLC采集模块的应用，随着PLC采集模块不断成熟，该技术在船舶发动机电气控制装置中的应用领域得以发展，并且保障了其可靠性与稳定性，起动蓄电池充电自动切换系统的应用，具备性能稳定、操作简便、高可靠性，完全满足船舶发动机可靠成功起动的要求。

5  结论

起动蓄电池充电自动切换系统，实现了船舶PLC控制自动化，硬件简单，模块化结构设计，技术经济指标好，可靠性高，并且采用LED屏为可编辑控制屏并且可以实现实时项目监控，程序稍作修改就可以满足用户不同的控制要求，保证控制系统用电可靠性和稳定性，有效保护蓄电池寿命及用电的安全性，并节约了成本，经实践使用客户反应较好。

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