船舶电站管理系统的设计与研究
摘要
随着现代造船技术的发展,船舶对电站管理系统的可靠性和经济性要求越来越高,因此船舶电站的控制、监视和管理的重要性显得越来越突出。本论文在对现有的国内外船舶电站自动控制装置进行充分研究和分析的基础上,基于可编程控制器(PLC)、先进的工业控制技术和计算机技术设计了一套集散式船舶电站管理系统。
本文设计的电站管理系统由一个主站和三个子站组成。主站计算机是以Windows XP作为操作系统的工业PC控制机,使用图形操作界面实现数据采集、查询、显示、记录等功能。每个子站由一台S7-300 PLC构成,独立控制一台发电机组,子站S7-300 PLC进行数据检测和控制。利用西门子公司的编程软件Step7设计了PLC控制程序,实现了电站的综合控制功能,主要设计了自动起动模块、自动准同步并联运行模块、自动调频调载模块、自动解列模块和自动停机模块等。
本文利用Simatic Net、Step7、WinCC等软件和Profibus总线实现了工业PC控制机和S7-300 PLC之间以及三个S7-300 PLC之间的通讯。根据船舶电站管理系统的控制功能和操作规范,并利用WinCC进行了工业PC控制机监控单元的设计。
最后通过模拟试验,验证了基于可编程控制器(PLC)设计的集散式船舶电站控制系统运行的可靠性和经济性。
With the development of modern shipbuilding technology, the requirement for reliable ship power management system is more and more necessary. Therefore, controlling, monitoringand follow-up managing of ship power are more and more important. Based on the sufficient research and analysis on current domestic and overseas ship auto-control equipment, I designed a total distributed ship power management system by using the programmable controller, advanced industrial controlling technology and computer technology.
The ship power management system is composed of an operating station computer and three slave computers. Master computer (operation station computer) is composed of an industrial PC with Windows XP as the operating system. Using graphical user interface, master computer has data capturing, displaying, recording and relevant data enquiring functions.Every slave computer, cored by Siemens S7- 300 PLC, controls a generator independently. Slave computers have data detection and data control function. We designed the program of PLC by using the Siemens' program software (Step7) to realize the surveillance function of the ship power station. Auto-start module, automatic quasi-synchronous parallel operation module, automatic frequency and load regulation module, automatic parallel off module and automatic-stop module are designed.
The master computer and slave computers are communicating through the software of Simatic Net, Step 7 and WinCC and Profibus field-bus. Acording to the control function and operation rules of ship power management system, this paper has designed the monitoring software of PC, using the configuration software WinCC.
Finally, the simulation test verifies the reliability and economic effect of the total distributed ship power management system based on the programmable controller.
本文设计的电站管理系统由一个主站和三个子站组成。主站计算机是以Windows XP作为操作系统的工业PC控制机,使用图形操作界面实现数据采集、查询、显示、记录等功能。每个子站由一台S7-300 PLC构成,独立控制一台发电机组,子站S7-300 PLC进行数据检测和控制。利用西门子公司的编程软件Step7设计了PLC控制程序,实现了电站的综合控制功能,主要设计了自动起动模块、自动准同步并联运行模块、自动调频调载模块、自动解列模块和自动停机模块等。
本文利用Simatic Net、Step7、WinCC等软件和Profibus总线实现了工业PC控制机和S7-300 PLC之间以及三个S7-300 PLC之间的通讯。根据船舶电站管理系统的控制功能和操作规范,并利用WinCC进行了工业PC控制机监控单元的设计。
最后通过模拟试验,验证了基于可编程控制器(PLC)设计的集散式船舶电站控制系统运行的可靠性和经济性。
With the development of modern shipbuilding technology, the requirement for reliable ship power management system is more and more necessary. Therefore, controlling, monitoringand follow-up managing of ship power are more and more important. Based on the sufficient research and analysis on current domestic and overseas ship auto-control equipment, I designed a total distributed ship power management system by using the programmable controller, advanced industrial controlling technology and computer technology.
The ship power management system is composed of an operating station computer and three slave computers. Master computer (operation station computer) is composed of an industrial PC with Windows XP as the operating system. Using graphical user interface, master computer has data capturing, displaying, recording and relevant data enquiring functions.Every slave computer, cored by Siemens S7- 300 PLC, controls a generator independently. Slave computers have data detection and data control function. We designed the program of PLC by using the Siemens' program software (Step7) to realize the surveillance function of the ship power station. Auto-start module, automatic quasi-synchronous parallel operation module, automatic frequency and load regulation module, automatic parallel off module and automatic-stop module are designed.
The master computer and slave computers are communicating through the software of Simatic Net, Step 7 and WinCC and Profibus field-bus. Acording to the control function and operation rules of ship power management system, this paper has designed the monitoring software of PC, using the configuration software WinCC.
Finally, the simulation test verifies the reliability and economic effect of the total distributed ship power management system based on the programmable controller.
引文
[1]赵殿礼.船舶电气设备及系统.大连:大连海事大学出版社,2009.
[2]刘珊珊.基于模糊控制的船舶电站自动调频调载装置的研究与设计:(硕士学位论文).大连:大连海事大学大学,2007.
[3]王杰.基于CAN总线的船舶电站自动控制装置的设计:(硕士学位论文).大连:大连海事大学大学,2007.
[4]王勇.船舶电站集散型微机控制系统设计原则的研究及系统程序设计:(硕士学位论文).大连:大连海事大学大学,2000.
[5]薛征宇.船舶电站集散控制系统中数字调速系统的研究:(硕士学位论文).大连:大连海事大学大学,2001.
[6]黄丽卿.基于PLC的船舶电站自动调频调载调节装置研究与实现:(硕士学位论文).厦门:厦门大学,2007.
[7]赵众.集散控制系统原理及其应用.北京:电子工业出版社,2007.
[8]马本农.基于PLC的船舶电站综合控制系统应用研究:(硕士学位论文).哈尔滨:哈尔滨工程大学,2006.
[9]孙仁勇.船舶系统智能控制与仿真的研究:(硕士学位论文).大连:大学海事大学,2003.
[10]王焕文.舰船电力系统及自动装置.北京:科学出版社,2004.
[11]中国船级社.钢质海船入级规范.北京:人民交通出版社,2006.
[12]International Maritime Organization.COMPENDIUM FOR SURVEY OF ELECTRICAL INSTALLATIONS.International Maritime Organization London,1989.
[13]林华锋,李华,赵克威.船舶电站及电力拖动.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2006.
[14]International Maritime Organization.SURVEY OF ELECTRICAL INSTALLATIONS.International Maritime Organization London,1989.
[15]林华锋.船舶电站.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2006.
[16]冯惠.基于Web的船舶电站模拟器的研究开发:(硕士学位论文).大连:大连海事大学,2005.
[17]解源,杨国豪,王恒等.船舶电站自动并车装置信号检测原理与实现.传感器技术,2001,(20)3:42-44
[18]黄建新.船舶电站微机保护及自动准同步并车系统研究:(硕士学位论文).大连:大连海事大学,2004.
[19]石东东.透平发电机组并车仿真技术研究:(硕士学位论文).天津:天津大学,2006.
[20]田质广.船舶电站频率/有功功率的智能调节.中国航海,2004年第一期.
[21]梁彪.PC-PLC配料系统:(硕士学位论文).北京:北京工业大学,2002.
[22]苟向锋,罗冠炜.机械式离心调速器系统混沌的线性反馈反控制.机械设计,2005年4月第22卷第4期.
[23]Saridis G N.Analytic formulation of the principle of increasing precision with decreasing intelligence for intelligent machine.Automation,1989,Vol.25,No.3.
[24]许晓彦.船舶多模式电站与船舶电网电能质量研究:(博士学位论文).上海:上海海事大学,2007.
[25]刘宏达.船舶电站控制系统及物理仿真装置的研究:(硕士学位论文).哈尔滨:哈尔滨工程大学,2003.
[26]M.C.Eti,S.O.T.Ogaji,S.D.ProbertB.Reliability of the Afam electric power generating station.Nigeria APPLIED ENERGY,2004.
[27]伟光.基于PLC的集散型船舶电站监控系统:(硕士学位论文).大连:大连海事大学,2003.
[28]周艳红,张启平,李江.同步发电机并联时的功率分配与调节.船电技术,2005(2):36-38.
[29]Sun Caiqin,Guo Chen,Shi Chengjun.Modeling and simulating to large intelligent marine power station system.Proceedings of the World Congress on Intelligent Control and Automation(WCICA),2006:6128-6132.
[30]祝福,肖彦直.船舶电站自动准同步并车的PLC控制系统.造船技术,2006(3):28-30.
[31]黄丽卿,杨国豪,俞万能.船舶电站可编程序自动频载调节装置.中国航海,2002(3):64-66.
[32]李育贤.新型电站分布式综合自动化控制系统设计.微计算机信息,2008年第24卷第1-1期:20-21.
[33]Ziemba Robert.Use of a programmable logic controller(PLC) for temperature,position,velocity and pressure control of injection molding machinery.IEEE Conference Record of Annual Conference of Electrical Engineering Problems in the Rubber and Plastics Industries,1989,p12-19.
[34]杨国豪,王恒等.PLC船舶电站自动准同步并车装置.航海技术,2000年,第5期:49-51.
[35]郑万章.基于PLC的船舶电站网络式监控系统的研究:(硕士学位论文).大连:大连海事大学,2007.
[36]Siemens AG.Ladder Logic(LAD) for S7-300 and S7-400 Programming Reference Manual,2003.
[37]杨家龙.基于网络环境的舰船机舱动力装置监控系统技术研究:(博士学位论文).哈尔滨:哈尔滨工程大学,2006
[38]孙才勤.60000吨油轮电力系统模拟及仿真:(硕士学位论文).大连:大连海事大学,2003.
[39]Nadtochij V M,Pecision Support System for the Power Plant Staff.Eleltrichestvo,1997(7),p9-p26
[40]查英.基于PLC技术的硅基二氧化硅矩阵光开关的研究:(博士学位论文).天津:天津大学,2007.
[41]Shasteen Michael,Davey Kent,Longoria Raul.IEEE Electric Ship Technologies Symposium,ESTS 2007,IEEE Electric Ship Technologies Symposium,ESTS 2007:196-200.
[42]张飞.分布式船舶电站自动化系统的研究:(硕士学位论文).大连:大连海事大学,2001.
[43]Garus J.,Zak,B.Digital management system of ship power station Management Information Systems.Management Information Systems 2000,2000:205-212.
[44]解源,杨国豪,王恒等.船舶电站自动并车装置信号检测原理与实现.传感器技术,2001,(20)3:42-44.
[45]Liu Xingqiao,Shi Zhenwei,Yao Yanchun.Control system of loading manipulator.Proceedings of the Eighth International Conference on Electrical Machines Systems,2005:1507-1512.
[46]于风卫,孙红英,张志德.PLC控制的船舶电站准同期并网合闸控制.电气应用,2007,26(4):77-80.
[47]蔡敬东.WinCC+CP5611建立Profibus主站.技术手册,2006.
[48]廖常初.S7-300/400 PLC应用技术.北京:机械工业出版社,2005.
[49]赵阳.西门子S7-300 PLC及工控组态软件WinCC的应用.PLC、工控机与集散控制系统,2006(6):46-48.
[50]WangXiaoYuan,Du JingJuan,Qi LiXiao.Supervision control system of chemical industry based on WinCC Huagong Zidonghua Ji Yibiao/Control and Instruments in Chemical Industry,v 33,n 5,October,2006:41-43+47.
[51]毛联杰.S7-300系列PLC与组态软件WinCC实现通信的方法.变频与控制专栏,2006,9(4):32-34.
[52]黄纯.电气信号数字化检测技术及应用研究:(博士学位论文).湖北:湖北大学,2005.
[53]韩世进.基于PROFIBUS现场总线的PROTOS控制系统的设计:(硕士学位论文).南京:南京航空航天大学,2004.
[54]陈凯.船舶发电机综合保护试验装置:(硕士学位论文).大连:大连海事大学,2005.
[55]何少华,赵喜荣.PLC与上位机的串行通信程序设计.计算机工程,2003年第1期:21-23.
[56]鲁远东.PLC机电控制系统应用设计技术.电子工业出版社,2006..
[57]展在宏.西门子S7-300及工控组态软件WinCC的应用.包钢科技第28卷第1期,2002.
[58]周益明.PROFIBUS-DP现场总线通信研究及智能从站设计:(硕士学位论文).南京:南京 航空航天大学,2005.
[59]王筱蕙.双主机推进船舶柴油机监控台的软件设计:(硕士学位论文).大连:大连海事大学,2002.
[60]SIEMENS.Wincc Communication Manual,1999.
[61]雷霖.现场总线控制网络技术.北京:电子工业出版社,2004.
[62]梁颖.喷水推进装置监测系统的设计-监测台部分:(硕士学位论文).大连:大连海事大学,2003.
[63]SIEMENS SIMATIC HMI Wincc Manual,2006.
[64]西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子WinCC V6.北京:北京航空航天大学出版社,2004.
[65]Shasteen Michael,Davey Kent,Longoria Raul.IEEE Electric Ship Technologies Symposium,ESTS 2007.IEEE Electric Ship Technologies Symposium,ESTS 2007:196-200.
[66]马国华.监控组态软件及应用.北京:清华大学出版社,2001.
[2]刘珊珊.基于模糊控制的船舶电站自动调频调载装置的研究与设计:(硕士学位论文).大连:大连海事大学大学,2007.
[3]王杰.基于CAN总线的船舶电站自动控制装置的设计:(硕士学位论文).大连:大连海事大学大学,2007.
[4]王勇.船舶电站集散型微机控制系统设计原则的研究及系统程序设计:(硕士学位论文).大连:大连海事大学大学,2000.
[5]薛征宇.船舶电站集散控制系统中数字调速系统的研究:(硕士学位论文).大连:大连海事大学大学,2001.
[6]黄丽卿.基于PLC的船舶电站自动调频调载调节装置研究与实现:(硕士学位论文).厦门:厦门大学,2007.
[7]赵众.集散控制系统原理及其应用.北京:电子工业出版社,2007.
[8]马本农.基于PLC的船舶电站综合控制系统应用研究:(硕士学位论文).哈尔滨:哈尔滨工程大学,2006.
[9]孙仁勇.船舶系统智能控制与仿真的研究:(硕士学位论文).大连:大学海事大学,2003.
[10]王焕文.舰船电力系统及自动装置.北京:科学出版社,2004.
[11]中国船级社.钢质海船入级规范.北京:人民交通出版社,2006.
[12]International Maritime Organization.COMPENDIUM FOR SURVEY OF ELECTRICAL INSTALLATIONS.International Maritime Organization London,1989.
[13]林华锋,李华,赵克威.船舶电站及电力拖动.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2006.
[14]International Maritime Organization.SURVEY OF ELECTRICAL INSTALLATIONS.International Maritime Organization London,1989.
[15]林华锋.船舶电站.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2006.
[16]冯惠.基于Web的船舶电站模拟器的研究开发:(硕士学位论文).大连:大连海事大学,2005.
[17]解源,杨国豪,王恒等.船舶电站自动并车装置信号检测原理与实现.传感器技术,2001,(20)3:42-44
[18]黄建新.船舶电站微机保护及自动准同步并车系统研究:(硕士学位论文).大连:大连海事大学,2004.
[19]石东东.透平发电机组并车仿真技术研究:(硕士学位论文).天津:天津大学,2006.
[20]田质广.船舶电站频率/有功功率的智能调节.中国航海,2004年第一期.
[21]梁彪.PC-PLC配料系统:(硕士学位论文).北京:北京工业大学,2002.
[22]苟向锋,罗冠炜.机械式离心调速器系统混沌的线性反馈反控制.机械设计,2005年4月第22卷第4期.
[23]Saridis G N.Analytic formulation of the principle of increasing precision with decreasing intelligence for intelligent machine.Automation,1989,Vol.25,No.3.
[24]许晓彦.船舶多模式电站与船舶电网电能质量研究:(博士学位论文).上海:上海海事大学,2007.
[25]刘宏达.船舶电站控制系统及物理仿真装置的研究:(硕士学位论文).哈尔滨:哈尔滨工程大学,2003.
[26]M.C.Eti,S.O.T.Ogaji,S.D.ProbertB.Reliability of the Afam electric power generating station.Nigeria APPLIED ENERGY,2004.
[27]伟光.基于PLC的集散型船舶电站监控系统:(硕士学位论文).大连:大连海事大学,2003.
[28]周艳红,张启平,李江.同步发电机并联时的功率分配与调节.船电技术,2005(2):36-38.
[29]Sun Caiqin,Guo Chen,Shi Chengjun.Modeling and simulating to large intelligent marine power station system.Proceedings of the World Congress on Intelligent Control and Automation(WCICA),2006:6128-6132.
[30]祝福,肖彦直.船舶电站自动准同步并车的PLC控制系统.造船技术,2006(3):28-30.
[31]黄丽卿,杨国豪,俞万能.船舶电站可编程序自动频载调节装置.中国航海,2002(3):64-66.
[32]李育贤.新型电站分布式综合自动化控制系统设计.微计算机信息,2008年第24卷第1-1期:20-21.
[33]Ziemba Robert.Use of a programmable logic controller(PLC) for temperature,position,velocity and pressure control of injection molding machinery.IEEE Conference Record of Annual Conference of Electrical Engineering Problems in the Rubber and Plastics Industries,1989,p12-19.
[34]杨国豪,王恒等.PLC船舶电站自动准同步并车装置.航海技术,2000年,第5期:49-51.
[35]郑万章.基于PLC的船舶电站网络式监控系统的研究:(硕士学位论文).大连:大连海事大学,2007.
[36]Siemens AG.Ladder Logic(LAD) for S7-300 and S7-400 Programming Reference Manual,2003.
[37]杨家龙.基于网络环境的舰船机舱动力装置监控系统技术研究:(博士学位论文).哈尔滨:哈尔滨工程大学,2006
[38]孙才勤.60000吨油轮电力系统模拟及仿真:(硕士学位论文).大连:大连海事大学,2003.
[39]Nadtochij V M,Pecision Support System for the Power Plant Staff.Eleltrichestvo,1997(7),p9-p26
[40]查英.基于PLC技术的硅基二氧化硅矩阵光开关的研究:(博士学位论文).天津:天津大学,2007.
[41]Shasteen Michael,Davey Kent,Longoria Raul.IEEE Electric Ship Technologies Symposium,ESTS 2007,IEEE Electric Ship Technologies Symposium,ESTS 2007:196-200.
[42]张飞.分布式船舶电站自动化系统的研究:(硕士学位论文).大连:大连海事大学,2001.
[43]Garus J.,Zak,B.Digital management system of ship power station Management Information Systems.Management Information Systems 2000,2000:205-212.
[44]解源,杨国豪,王恒等.船舶电站自动并车装置信号检测原理与实现.传感器技术,2001,(20)3:42-44.
[45]Liu Xingqiao,Shi Zhenwei,Yao Yanchun.Control system of loading manipulator.Proceedings of the Eighth International Conference on Electrical Machines Systems,2005:1507-1512.
[46]于风卫,孙红英,张志德.PLC控制的船舶电站准同期并网合闸控制.电气应用,2007,26(4):77-80.
[47]蔡敬东.WinCC+CP5611建立Profibus主站.技术手册,2006.
[48]廖常初.S7-300/400 PLC应用技术.北京:机械工业出版社,2005.
[49]赵阳.西门子S7-300 PLC及工控组态软件WinCC的应用.PLC、工控机与集散控制系统,2006(6):46-48.
[50]WangXiaoYuan,Du JingJuan,Qi LiXiao.Supervision control system of chemical industry based on WinCC Huagong Zidonghua Ji Yibiao/Control and Instruments in Chemical Industry,v 33,n 5,October,2006:41-43+47.
[51]毛联杰.S7-300系列PLC与组态软件WinCC实现通信的方法.变频与控制专栏,2006,9(4):32-34.
[52]黄纯.电气信号数字化检测技术及应用研究:(博士学位论文).湖北:湖北大学,2005.
[53]韩世进.基于PROFIBUS现场总线的PROTOS控制系统的设计:(硕士学位论文).南京:南京航空航天大学,2004.
[54]陈凯.船舶发电机综合保护试验装置:(硕士学位论文).大连:大连海事大学,2005.
[55]何少华,赵喜荣.PLC与上位机的串行通信程序设计.计算机工程,2003年第1期:21-23.
[56]鲁远东.PLC机电控制系统应用设计技术.电子工业出版社,2006..
[57]展在宏.西门子S7-300及工控组态软件WinCC的应用.包钢科技第28卷第1期,2002.
[58]周益明.PROFIBUS-DP现场总线通信研究及智能从站设计:(硕士学位论文).南京:南京 航空航天大学,2005.
[59]王筱蕙.双主机推进船舶柴油机监控台的软件设计:(硕士学位论文).大连:大连海事大学,2002.
[60]SIEMENS.Wincc Communication Manual,1999.
[61]雷霖.现场总线控制网络技术.北京:电子工业出版社,2004.
[62]梁颖.喷水推进装置监测系统的设计-监测台部分:(硕士学位论文).大连:大连海事大学,2003.
[63]SIEMENS SIMATIC HMI Wincc Manual,2006.
[64]西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子WinCC V6.北京:北京航空航天大学出版社,2004.
[65]Shasteen Michael,Davey Kent,Longoria Raul.IEEE Electric Ship Technologies Symposium,ESTS 2007.IEEE Electric Ship Technologies Symposium,ESTS 2007:196-200.
[66]马国华.监控组态软件及应用.北京:清华大学出版社,2001.