摘要：随着船舶制造业的不断发展，船舶电站的自动化程度不断提高。电站控制系统也由局部、就地的控制向综合、集散的方向发展，尤其伴随着计算机、通信、网络技术在船舶上的广泛应用，自动控制系统开始进入一个崭新的发展阶段。
关键词：船舶电站；自动控制；系统；发展；作用
引言：
船舶犹如一个可移动的海上城市，它的许多设备都需要使用电能，因此在船上都配备有独立的电站。随着船舶的大型化和自动化程度的不断提高，越来越多的船用设备需要电能来驱动和控制，使船舶电站日趋复杂庞大。随着船舶向大型化和多功能化的发展，对船舶电站提出的要求也越来越高，其发展的突出标志是高容量和自动化。
一、船舶电站控制系统发展阶段
集中控制阶段。此时的自动控制系统已经开始运用计算机作为控制核心，硬件设备也因此得到了极大的简化，功能更加完善，监测和管理也更加方便。尽管集中型控制系统具有一定的先进性，但由于系统开销较大，加之如果计算机出现故障，整个系统就有可能全面崩溃，因此逐渐被其他控制系统所取代。
分散控制阶段。自上世纪70年代以来，微机及单片机技术得到普及推广，船舶电站控制系统也因此发生改变，不再是使用单一的计算机进行集中控制而是使用几台或更多的计算机分别对船舶的各个系统进行自动管理。分散型系统的特点就是灵活使用计算机技术，且系统造价低，操作简单，具有良好的可靠性。因此在很长一段时间内都主导着自动控制系统的市场。
网络控制阶段。虽然分散型控制系统在集中型控制系统的基础上进行了许多改进，但系统各部分之间还是分散独立的，信息无法进行互相传输。并且分散控制系统中的计算机仅仅作为接收各部分传送信息的通信单元，缺乏统筹管理的功能。因此，自上世纪90年代以来，随着通信网络技术的快速发展，出现了以综合运用计算机和通信技术的网络型系统，短时间内就受到极大的关注，也得到了迅速的推广。网络型控制系统在采用分布式控制的基础之上，又进步加强了各控制单元之间联系，使其可以通过网络进行数据连接。
二、船舶电站自动化控制系统的作用
船舶电站自动控制系统的主要任务是保证供电的安全可靠和改善劳动条件，同时也提高运行的经济性。PLC控制的船舶自动电站基本功能有：
（1）对有关的电气参数和动作信号自动监测、报警、记录、显示，并有逻辑判断功能去控制发动机组；
（2）发动机组自动启动；
（3）在汇流排不带电的状态下，使发动机组自动接入电网，要限制在该状态下有两台机组或更多的机组同时接入及短路后多次接入的尝试；
（4）发电机组自动准同步并车；
（5）自动恒压及无功功率自动分配；
（6）自动横频及有功功率自动分配；
（7）自动分级卸载；
（8）负载自动分级启动。
三、船舶电站自动控制系统的构成
船舶电站自动控制系统一般是由上位机、现场控制设备及通信网络所构成的两级控制系统，其结构框图如图1所示。
（1）上位机。上位机主要负责实时监测电站各设备的运行参数和运行状态，并在当系统设备发生故障时，报警通知相关人员。上位机还需要根据船舶实际运行状况，对电力负载进行管理，例如重载询问、增减负载等。
（2）现场控制设备。现场控制设备不仅需要实时监测电网和发电机组的电压、电流、频率值，还需要控制实现发电机组自动起动、自动并车、负载自动转移、故障机组自动解列、自动停机等功能。现场控制设备还可以方便的与上位机进行组网通信，共享数据。
（3）通信网络。通信网络可以实现主站和各从站间的通信连接，完成信息、控制命令的传输与发送。通信网络一般采用双重冗余设计，这样就使得信息传输更加高速可靠。
四、自动控制系统的硬件设计分析
PPU装置采用一体化设计，其面板为带按钮的液晶显示器，如图2所示，PPU可以与控制器通信实现数据交换。PPU外围有开关量输入、输出接口，可配置的开关量输入/输出接口，模拟量输入、输出接口和可配置的模拟量输入/输出接口，还可以选配RS485、CAN、Profi Bus-DP等通信接口，并自带可编程的RS232接口。PPU是一个紧凑的微处理器控制单元，广泛的应用于陆地或船舶，其主要功能包括：
（1）数据采集和处理功能：检测发电机和电网的电压、电流、频率和功率值，实现频率比较、电压检测、主开关延时时间补偿、相序检测、计量等；
（2）自动并车功能：在收到上位机发出的并联运行指令后，自动实现并车操作；
（3）发电机负载自动分配和频率的自动控制；
（4）并车运行发电机电压和无功功率的自动平衡控制；
（5）并车运行时，各发电机负载的自动检测，以及根据选择信号控制解列和自动停车；
（6）根据选择信号和电网负荷自动控制各发电机的自动起动；
（7）网络通信：与上位机进行数据通信，并通过显示单元或PC进行参数的修改，PPU之间与上位PLC之间的通信方式有MODBUS RTU（RS485）、CANBUS、Profi Bus-DP三种供选择。
五、自动控制系统的软件实现分析
船舶电站自动控制系统的基本功能主要有：依据电站实际运行情况，按顺序自动起动备用机组或自动解列在网机组；发电机组在小负载或故障状态下自动解列和停机的控制；自动处理发电机组故障以及自动按级卸载不重要负载；待并发电机组的自动并网，频率及有功功率的自动调整，电压及无功功率的自动调整；投入大负载时的重载询问；主电站和应急电站的自由切换，应急发电机组的自动运行和停止控制；运行状态的显示及故障监视；船舶电站的综合保护。
对于自动化船舶电站来说，当电网出现断电故障后，控制系统应该能够自动起动备用机组，并迅速恢复电网供电。当船舶电站失电且处于自动模式时，控制系统将根据之前设定的备机顺序起动第一备用机组。经一定时间延迟（30s），若第一备用发电机组启动成功，则在电压建立后进行开关合闸动作。合闸成功，主电站恢复供电，否则发出合闸失败警报。
结束语：
船舶电站作为船舶电力系统的核心，对保证船舶正常航行有着决定性意义。近些年来，随着船舶大型化、自动化的发展，系统网络结构愈加复杂，对自动控制的要求也愈加严格。因此对船舶电站自动控制系统的分析具有重要的意义。
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论文作者:曾沛沛
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/12
标签：船舶论文; 电站论文; 机组论文; 控制系统论文; 负载论文; 上位论文; 自动控制系统论文; 《基层建设》2019年第17期论文;