船舶高壓電站遙控操控臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　船舶高壓電站遙控操控臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，船舶的電氣設(shè)備也不斷變得

2、大型化、網(wǎng)絡(luò)化、高速化和自動(dòng)化。由于船舶高壓電站是船舶上最重要、最復(fù)雜、可靠度要求很高的船舶設(shè)備，所以船舶高壓電站自動(dòng)控制系統(tǒng)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在各種船舶電力系統(tǒng)中，作為自動(dòng)控制系統(tǒng)的一部分，船舶高壓電站遙控操控臺(tái)讓工作人員可以舒適、安全地在集控室中監(jiān)測(cè)和控制高壓電站。本文設(shè)計(jì)了一種基于PLC和MCGS的船舶高壓電站遙控操控臺(tái)。</p><p>　　本文設(shè)計(jì)的船舶高壓電站遙控操控臺(tái)的主要實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)三次啟動(dòng)和發(fā)電機(jī)準(zhǔn)

3、同步并車兩個(gè)過(guò)程的監(jiān)測(cè)、報(bào)警和相關(guān)操作。利用TCP7062KX嵌入式一體化工控機(jī)來(lái)作為操控臺(tái)。</p><p>　　PLC憑借著其高度可靠性和強(qiáng)大的功能，廣泛地應(yīng)用在各種自動(dòng)控制系統(tǒng)中。本文采用西門子S7-200 PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)遙控操控臺(tái)的監(jiān)測(cè)、控制功能，簡(jiǎn)要介紹了使用STEP 7-Micro/Win編程軟件編寫(xiě)程序的方法。經(jīng)過(guò)不斷調(diào)試修改，PLC程序?qū)崿F(xiàn)了所設(shè)計(jì)的相關(guān)功能之后，使用MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了遙控操控臺(tái)

4、的界面，并且完成了TPC觸控屏和PLC的組態(tài)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)界面友好、操作方便的船舶高壓電站遙控操控臺(tái)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：船舶高壓電站；遙控操控臺(tái)；PLC；MCGS</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the rapid development of the industrial tech

5、nology,the electrical equipment of ship is becoming large-scale,high speed,network and automatic.Because of high voltage power station is the most important and complex and high reliability requirements of marine equipme

6、nt,the automatic control system is widely used in all kinds of ship power system.As a part of automatic control system,the remote control console makes stuff members control ship power station in a central control room c

7、omfortably </p><p>　　This console mainly realizes monitoring,alarm and operate the process of auto startup and auto parallel with the use of TCP7062KX integral industry controller. </p><p>　　As

8、PLC is powerful and highly reliable,is has a great use in the automatic control system.In this paper we use PLC and TPC to realize a friendly and easily-operate ship high-voltage power station remote control console.<

9、/p><p>　　Key Words: Ship high-voltage power station; remote control console; PLC; MCGS</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1

10、課題研究的背景和意義1</p><p>　　1.2船舶高壓電站及其組成和分類1</p><p>　　1.3 PLC在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用2</p><p>　　1.4本課題研究的主要內(nèi)容3</p><p>　　第2章 船舶高壓電站遙控操控臺(tái)的功能4</p><p>　　2.1船舶高壓電站遙控操控臺(tái)的自動(dòng)啟動(dòng)部分

11、4</p><p>　　2.1.1發(fā)電機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)的邏輯判斷條件4</p><p>　　2.1.2發(fā)電機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)部分操控臺(tái)的設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1.3發(fā)電機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)的流程圖5</p><p>　　2.1.4遙控操控臺(tái)啟動(dòng)模塊在PLC上的實(shí)現(xiàn)5</p><p>　　2.2船舶高壓電站遙控操控臺(tái)的并

12、車部分10</p><p>　　2.2.1船舶同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行10</p><p>　　2.2.2船舶同步發(fā)電機(jī)的準(zhǔn)同步并車11</p><p>　　2.2.3自動(dòng)并車裝置的功能及組成12</p><p>　　2.2.4遙控操控臺(tái)并車模塊的功能12</p><p>　　2.2.5遙控操控臺(tái)并車模塊在PLC

13、上的實(shí)現(xiàn)13</p><p>　　2.3 PLC程序調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題和解決過(guò)程16</p><p>　　2.4本章總結(jié)17</p><p>　　第3章 基于MCGS的遙控操控臺(tái)設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.1組態(tài)軟件概述18</p><p>　　3.1.1組態(tài)軟件的選用18</p>&

14、lt;p>　　3.1.2 MCGS的主要特性和功能18</p><p>　　3.1.3 MCGS的構(gòu)成19</p><p>　　3.2 三次啟動(dòng)操控臺(tái)界面的設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.2.1發(fā)電機(jī)組三次啟動(dòng)界面20</p><p>　　3.2.2三次啟動(dòng)操控界面與PLC的組態(tài)過(guò)程20</p><p&g

15、t;　　3.2.3 觸摸屏、PC、PLC之間的連接和通訊23</p><p>　　3.3準(zhǔn)同步并車操控臺(tái)界面的設(shè)計(jì)25</p><p>　　3.3.1準(zhǔn)同步并車操控臺(tái)界面25</p><p>　　3.3.2準(zhǔn)同步并車操控臺(tái)界面與PLC的組態(tài)過(guò)程25</p><p>　　3.4本章小結(jié)26</p><p>&l

16、t;b>　　結(jié)論27</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)28</p><p><b>　　致 謝29</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1課題研究的背景和意義</p><p>　　船舶工業(yè)反

17、映了一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力水平，船舶電站是船舶的一個(gè)重要組成部分，是船舶技術(shù)的重要標(biāo)志[1]。船舶工業(yè)是為航運(yùn)業(yè)、海洋開(kāi)發(fā)及國(guó)防建設(shè)提供技術(shù)裝備的綜合性產(chǎn)業(yè)，對(duì)鋼鐵、石化、輕工、紡織、裝備制造、電子信息等重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和擴(kuò)大出口具有較強(qiáng)的帶動(dòng)作用[2]。</p><p>　　進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)船舶工業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展軌道，產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴(kuò)大，綜合實(shí)力顯著增強(qiáng)，國(guó)際地位大幅提升，總體上取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步[3]。 隨著船舶向

18、著大型化、高速化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，對(duì)于船舶電站的自動(dòng)化的要求不斷地提高，各種新技術(shù)如控制理論、數(shù)據(jù)處理、人工智能、網(wǎng)絡(luò)通信等不斷地應(yīng)用到船舶上來(lái)[4]。</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化船舶電站的各種功能，船舶電站自動(dòng)控制技術(shù)經(jīng)歷了由有觸點(diǎn)控制系統(tǒng)到無(wú)觸點(diǎn)控制系統(tǒng)的進(jìn)化。其中有觸點(diǎn)控制系統(tǒng)主要由接觸器和繼電器構(gòu)成；無(wú)觸點(diǎn)控制系統(tǒng)則由分立元件和集成元件構(gòu)成。九十年代以來(lái)，越來(lái)越多的科研機(jī)構(gòu)認(rèn)識(shí)到了PLC

19、系統(tǒng)的高度可靠性，于是開(kāi)始將PLC應(yīng)用在船舶電站、主機(jī)遙控和集中監(jiān)視等控制系統(tǒng)中。</p><p>　　因?yàn)樵絹?lái)越多的計(jì)算機(jī)技術(shù)被應(yīng)用在了船舶電站自動(dòng)控制系統(tǒng)，使得其成為擁有檢測(cè)、報(bào)警和自動(dòng)控制等功能于一體的監(jiān)控系統(tǒng)。如今，船舶電站自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)是船舶工業(yè)發(fā)展研究的重要技術(shù)之一，是包括了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器、現(xiàn)代控制技術(shù)、電力電子等多種學(xué)科和技術(shù)綜合應(yīng)用的一體化產(chǎn)物。</p><p>

20、　　總的說(shuō)來(lái)，船舶電站的自動(dòng)控制是船舶工業(yè)技術(shù)的關(guān)鍵組成部分，自動(dòng)控制系統(tǒng)及裝備發(fā)展不斷加快，更新?lián)Q代的速度也是驚人的，船舶電站自動(dòng)控制技術(shù)正朝著數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化的方向迅速發(fā)展，這是今后國(guó)際船舶電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展總趨勢(shì)[5]。</p><p>　　1.2船舶高壓電站及其組成和分類</p><p>　　船舶電站是船舶電力系統(tǒng)最重要的組成部分，是船舶電力系統(tǒng)的核心。船舶電

21、站是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置，其將非電形態(tài)的能量轉(zhuǎn)化為符合實(shí)際使用要求的電能并向電網(wǎng)供電的各種設(shè)備的總稱。整個(gè)系統(tǒng)一般有發(fā)電機(jī)組（原動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)）以及開(kāi)關(guān)電器、測(cè)量?jī)x表、保護(hù)裝置、控制單元等構(gòu)成的配電盤(pán)組合而成。</p><p>　　按照電流的種類，船舶電站可分為交流電站和直流電站；按照原動(dòng)機(jī)的類型又可以分為柴油機(jī)、蒸汽機(jī)、汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)四種電站；如果按照自動(dòng)化程度來(lái)分類，則有手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)船舶電站。</p

22、><p>　　當(dāng)主發(fā)電機(jī)由于故障或其他原因失去供電能力時(shí)，則由應(yīng)急電站通過(guò)應(yīng)急電網(wǎng)向重要的應(yīng)急設(shè)備供電，一般應(yīng)急電站由一臺(tái)功率稍低的應(yīng)急發(fā)電機(jī)組構(gòu)成，當(dāng)船舶主電站失去供電能力時(shí)，要求應(yīng)急發(fā)電機(jī)組45s內(nèi)完成自動(dòng)啟動(dòng)、向應(yīng)急電網(wǎng)供電的任務(wù)。由蓄電池和充放電板組成立臨時(shí)應(yīng)急電站，當(dāng)船舶主發(fā)電機(jī)組失去供電能力并且應(yīng)急電站尚未成功啟動(dòng)的一小段時(shí)間間隔內(nèi)，或者主電站和應(yīng)急電站都失去供電能力時(shí)，則由臨時(shí)應(yīng)急電站給必要的照明和船舶

23、通訊導(dǎo)航設(shè)備供電。但是臨時(shí)應(yīng)急電站只能連續(xù)供電30min。</p><p>　　隨著現(xiàn)代船舶用電設(shè)備功率的不斷提高，高壓電力系統(tǒng)的應(yīng)用又不斷增加的趨勢(shì)。使越來(lái)越多的大型船舶采用船舶高壓電站的原因是：</p><p>　　對(duì)500V以下的電力系統(tǒng)，開(kāi)關(guān)電器和保護(hù)裝置的斷流容量無(wú)法承受過(guò)大的短路電流，使電站無(wú)法滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。</p><p>　　制造500V以下的大

24、功率發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)（分別為2000kw以上和200kw以上）由于已經(jīng)接近功率極限所以實(shí)際很難被制造應(yīng)用，也很不經(jīng)濟(jì)。</p><p>　　如果使用500V以下電壓來(lái)進(jìn)行大功率電能輸送，將會(huì)導(dǎo)致電纜有金屬橫截面變大，且需要多根并聯(lián)，導(dǎo)致安裝和布線過(guò)程很不方便。隨著電站電壓的提高，在輸送相同功率使用電纜數(shù)量和規(guī)格都會(huì)大大降低，進(jìn)而使敷設(shè)的工作量大大降低，所以船舶高壓電力系統(tǒng)已經(jīng)成為大型油輪、客輪、某些特殊工程船舶和電

25、力推進(jìn)船舶等的必選。</p><p>　　在使用船舶高壓電力系統(tǒng)后，配電方式、開(kāi)關(guān)形式、保護(hù)裝置、電纜端頭、接地和變壓器的構(gòu)造和處理方法都和使用500V以下的低壓船舶電站有很大差別。其中，高壓系統(tǒng)往往采用中性點(diǎn)接地系統(tǒng)，但是低壓電站通常使用中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)，他們有著本質(zhì)的區(qū)別[6]?，F(xiàn)在船舶高壓電站系統(tǒng)一般采用高電阻接地方式。 </p><p>　　1.3 PLC在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用</

26、p><p>　　PLC（可編程邏輯控制器）是一種專門為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)控制裝置，主要用來(lái)替代繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯控制。PLC的主要功能有開(kāi)關(guān)量控制、模擬量控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、步進(jìn)控制、數(shù)據(jù)處理、定位控制、自診斷功能、通訊聯(lián)網(wǎng)功能和顯示打印功能等。</p><p>　　PLC的最主要特點(diǎn)有：可靠性高、通用性強(qiáng)且適應(yīng)性好、接口能力強(qiáng)、編程直觀簡(jiǎn)單、模塊化結(jié)構(gòu)、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、方便安

27、裝和維修。</p><p>　　由于船舶電站的控制系統(tǒng)需要長(zhǎng)時(shí)間在多變的環(huán)境下工作，其復(fù)雜的元器件和控制設(shè)備很有可能會(huì)受到干擾，所以船舶電站的控制系統(tǒng)必須保證可以可靠運(yùn)行，PLC憑借著對(duì)惡劣工業(yè)環(huán)境的高適應(yīng)性和高可靠性，越來(lái)越多地應(yīng)用在船舶電站的控制系統(tǒng)中。</p><p>　　1.4本課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　（1）船舶高壓電站遙控操控臺(tái)功能的相關(guān)理

28、論基礎(chǔ)。</p><p>　　本部分是整個(gè)課題的理論基礎(chǔ)，介紹了電機(jī)自動(dòng)啟停的條件和過(guò)程、自動(dòng)并車過(guò)程的原理和應(yīng)滿足的條件，以及相關(guān)的保護(hù)報(bào)警裝置。</p><p>　?。?）使用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)船舶高壓電站遙控操控臺(tái)的功能</p><p>　　本部分設(shè)計(jì)了船舶高壓電站操控臺(tái)的主要功能的控制框圖，并根據(jù)控制框圖來(lái)編寫(xiě)PLC程序。</p><p>

29、　?。?）使用MCGS組態(tài)軟件來(lái)設(shè)計(jì)遙控操控臺(tái)界面</p><p>　　本部分主要是使用MCGS組態(tài)軟件來(lái)繪制操控臺(tái)的交互界面，設(shè)計(jì)原則為方便操作，信息全面，讀取清晰。并且嘗試實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的互聯(lián)，完成整個(gè)操控臺(tái)功能的模擬。</p><p>　　第2章 船舶高壓電站遙控操控臺(tái)的功能</p><p>　　2.1船舶高壓電站遙控操控臺(tái)的自動(dòng)啟動(dòng)部分</p>

30、;<p>　　2.1.1發(fā)電機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)的邏輯判斷條件</p><p>　　有以下三種情況就應(yīng)該發(fā)出“備用發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)”的指令。</p><p>　　電網(wǎng)是否已經(jīng)失電。一旦電網(wǎng)已經(jīng)失電，系統(tǒng)將按照各個(gè)備用機(jī)組的優(yōu)先啟動(dòng)順序?qū)⒁呀?jīng)準(zhǔn)備就緒的備用機(jī)組啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)延時(shí)合閘，將電網(wǎng)恢復(fù)供電。</p><p>　　正在電網(wǎng)工作的機(jī)組出現(xiàn)故障不能繼續(xù)正常工作。與上條

31、的過(guò)程相似，系統(tǒng)將按照各個(gè)備用機(jī)組的優(yōu)先啟動(dòng)順序?qū)⒁呀?jīng)準(zhǔn)備就緒的備用機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)延時(shí)合閘，替換掉之前出現(xiàn)故障的機(jī)組。</p><p>　　在船舶電站需要并入新的機(jī)組工作時(shí)。分兩種情況，第一種情況是在網(wǎng)運(yùn)行的機(jī)組已經(jīng)“重載”。所謂“重載”即當(dāng)在網(wǎng)運(yùn)行的各臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷已經(jīng)達(dá)到80%并且有可能繼續(xù)上升，將自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)備用機(jī)組，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)同步并車將其與在網(wǎng)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行以滿足不斷上升的負(fù)載。第二種情況是當(dāng)在網(wǎng)運(yùn)行的機(jī)組數(shù)

32、量比系統(tǒng)事先設(shè)定的最小在網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組數(shù)小時(shí)，則自動(dòng)啟動(dòng)下一臺(tái)準(zhǔn)備就緒的機(jī)組，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)同步并車并入電網(wǎng)一起并聯(lián)運(yùn)行。</p><p>　　2.1.2發(fā)電機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)部分操控臺(tái)的設(shè)計(jì)</p><p>　　關(guān)于機(jī)組的自動(dòng)啟動(dòng)過(guò)程，不同場(chǎng)合有不同的方法，總體上有兩種方法，一種是嘗試啟動(dòng)三次，一種是只啟動(dòng)一次。本次使用嘗試啟動(dòng)三次的方法。</p><p>　　當(dāng)目前條件已經(jīng)滿足機(jī)

33、組自動(dòng)啟動(dòng)的條件時(shí)，發(fā)出自動(dòng)啟動(dòng)指令。自動(dòng)啟動(dòng)程序在被執(zhí)行后，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)是否已經(jīng)啟動(dòng)成功，如果啟動(dòng)失敗，系統(tǒng)將再次嘗試啟動(dòng)，發(fā)出啟動(dòng)指令。在這個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)會(huì)發(fā)出三次啟動(dòng)指令，如果三次都未能成功啟動(dòng)，系統(tǒng)將放棄本臺(tái)機(jī)組，發(fā)出“某臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)失敗”的報(bào)警信號(hào)，提示相關(guān)人員準(zhǔn)備啟動(dòng)其他機(jī)組。</p><p>　　在啟動(dòng)成功之后，系統(tǒng)將檢測(cè)母排是否有電。如果母排失電，說(shuō)明啟動(dòng)備用機(jī)組的原因?yàn)殡娋W(wǎng)失電或者在網(wǎng)電機(jī)故障已經(jīng)停機(jī)

34、，此時(shí)PLC控制器會(huì)發(fā)出合閘指令，使本臺(tái)機(jī)組直接向母排供電，即“首機(jī)合閘”。如果此時(shí)母排已經(jīng)有電，則說(shuō)明在網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組重載需要并入新的機(jī)組，這時(shí)PLC控制器會(huì)發(fā)出“請(qǐng)求并車”指令，執(zhí)行自動(dòng)準(zhǔn)同步并車模塊。</p><p>　　2.1.3發(fā)電機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)的流程圖</p><p>　　圖2.1 發(fā)電機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)流程圖</p><p>　　2.1.4遙控操控臺(tái)啟動(dòng)模塊在PL

35、C上的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　使用西門子S7-200系列PLC，在Step 7-Micro/Win編程軟件中編寫(xiě)梯形圖，下面介紹整個(gè)功能實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。</p><p>　　梯形圖如圖2.2所示：</p><p>　　圖2.2 發(fā)電機(jī)三次自動(dòng)啟動(dòng)PLC梯形圖</p><p>　　（2）發(fā)電機(jī)三次啟動(dòng)操控臺(tái)程序的設(shè)計(jì)思想</p>&

36、lt;p>　　在實(shí)驗(yàn)室中，本文使用西門子S7-200 CPU-226 來(lái)實(shí)現(xiàn)上述程序的邏輯控制功能，由于需要模擬量輸入，另外連接了具有4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能的EM235模擬量擴(kuò)展模塊。</p><p>　　為了方便調(diào)試、修改，我編輯了符號(hào)表，如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 操控臺(tái)三次自動(dòng)啟動(dòng)模塊PLC符號(hào)表</p><p>　　限于

37、實(shí)驗(yàn)室的條件，使用0-15V的可調(diào)恒壓源來(lái)模擬電網(wǎng)原有電壓和待啟動(dòng)發(fā)電機(jī)的電壓，然后運(yùn)用上述梯形圖的“網(wǎng)絡(luò)1”和“網(wǎng)絡(luò)2”將0-15V的輸入數(shù)值轉(zhuǎn)化成實(shí)際上的數(shù)量級(jí)，變換后的電網(wǎng)電壓存儲(chǔ)在VD6上，待啟動(dòng)發(fā)電機(jī)的電壓存儲(chǔ)在VD16。</p><p>　　開(kāi)關(guān)量I0.0~I0.2為三次嘗試啟動(dòng)輸入，用導(dǎo)線連接在實(shí)驗(yàn)室的硬件開(kāi)關(guān)上。整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)物連接照片如圖2.4所示。</p><p>　　圖

38、2.4 系統(tǒng)連接實(shí)物圖</p><p>　　本文使用成本最低、應(yīng)用最廣泛的PC/PPI電纜將計(jì)算機(jī)與PLC連接，在STEP 7-Micro/Win編程軟件設(shè)置好PG/PC接口，再自動(dòng)搜索到正在使用的在線PLC，將程序下載到PLC中，然后把PLC設(shè)置成RUN模式開(kāi)始運(yùn)行程序。撥動(dòng)第一個(gè)物理開(kāi)關(guān)將開(kāi)關(guān)輸入量I0.0接通，開(kāi)始整個(gè)“發(fā)電機(jī)三次啟動(dòng)”的過(guò)程。</p><p>　　與惡劣的實(shí)際使用環(huán)

39、境相比，在實(shí)驗(yàn)室中基本無(wú)法自然遇到啟動(dòng)失敗的情況，所以為了檢驗(yàn)報(bào)警系統(tǒng)是否正常工作，需要模擬各種失敗的情況。</p><p>　　啟動(dòng)失敗。以模擬第一次啟動(dòng)失敗為例，這種情況是在開(kāi)關(guān)輸入量I0.0置1時(shí)，延時(shí)接通定時(shí)器T37延時(shí)三秒置1（網(wǎng)絡(luò)5），然而標(biāo)志第一次啟動(dòng)成功的變量M0.0并沒(méi)有置1（網(wǎng)絡(luò)6）。所以我在網(wǎng)絡(luò)6上添加了新的開(kāi)關(guān)輸入量I1.1，作為第一次啟動(dòng)的失敗模擬開(kāi)關(guān)。同理，在網(wǎng)絡(luò)8和網(wǎng)絡(luò)10前面也同樣

40、添加啟動(dòng)失敗模擬開(kāi)關(guān)，分別為I1.2和I1.3 。在測(cè)試過(guò)程中，需要失敗幾次就順序撥動(dòng)幾個(gè)失敗模擬開(kāi)關(guān)即可。三次都沒(méi)啟動(dòng)成功時(shí)（I1.1、I1.2、I1.3.都置1），輸出量Q0.0輸出1，發(fā)出啟動(dòng)失敗報(bào)警（網(wǎng)絡(luò)11）。</p><p>　　無(wú)法建立電壓的情況。檢測(cè)是否建壓是在啟動(dòng)成功的前提下進(jìn)行的，在實(shí)驗(yàn)室中模擬建壓失敗的情況，只需要通過(guò)旋轉(zhuǎn)恒壓源的旋鈕，將待啟動(dòng)電機(jī)電壓VD16的數(shù)值人為降低即可，當(dāng)VD16的

41、數(shù)值在建壓成功條件（不小于450V，且不大于550V）之外時(shí)，變量M0.4值為零（網(wǎng)絡(luò)13），此時(shí)延時(shí)接通計(jì)時(shí)器T40開(kāi)始計(jì)時(shí)，超過(guò)時(shí)限仍未建壓則T40值為1（網(wǎng)絡(luò)14），Q0.1有能流通過(guò)值為1，報(bào)警（網(wǎng)絡(luò)15）。</p><p>　　在待啟動(dòng)電機(jī)成功啟動(dòng)且成功建立電壓之后，需要判斷此時(shí)電網(wǎng)是否有電（判斷VD6是否為0），如果帶電，說(shuō)明該發(fā)電機(jī)是用來(lái)并車的，發(fā)出“并車請(qǐng)求：指示（網(wǎng)絡(luò)16）；如果不帶電，則這臺(tái)發(fā)

42、電機(jī)為首機(jī)合閘，發(fā)出“首機(jī)合閘”指示（網(wǎng)絡(luò)17）。</p><p>　　經(jīng)過(guò)運(yùn)行調(diào)試，這組程序較好地完成了發(fā)電機(jī)組三次啟動(dòng)的功能，為后來(lái)制作MCGS人機(jī)交互觸控屏打好了基礎(chǔ)。</p><p>　　2.2船舶高壓電站遙控操控臺(tái)的并車部分</p><p>　　2.2.1船舶同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行</p><p>　　船舶在航行時(shí)對(duì)供電的可靠性和經(jīng)濟(jì)

43、性有比較高的要求，所以船舶電站上裝設(shè)的同步發(fā)電機(jī)通常會(huì)有兩臺(tái)或者兩臺(tái)以上。多臺(tái)發(fā)電機(jī)通過(guò)公用母線向整個(gè)船舶的用電設(shè)備供電，即發(fā)電機(jī)組的并聯(lián)運(yùn)行。“并車”指的是把發(fā)電機(jī)組投入并聯(lián)運(yùn)行的過(guò)程。</p><p>　　一般來(lái)說(shuō)，有以下三種情況需要進(jìn)行并車操作。</p><p>　　為了滿足電網(wǎng)負(fù)荷的需求。當(dāng)負(fù)載達(dá)到在網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組總?cè)萘康?0%，而且負(fù)載仍有可能增加時(shí)，就要請(qǐng)求并車。</p>

44、;<p>　　當(dāng)船舶正在進(jìn)出港口、靠離碼頭或者在進(jìn)出狹窄水道等需要不斷做機(jī)動(dòng)航行時(shí)，為了保證航行的安全性，需要兩臺(tái)或者以上的發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，此時(shí)可能會(huì)請(qǐng)求并車以達(dá)到在網(wǎng)發(fā)電機(jī)組的數(shù)量要求。</p><p>　　當(dāng)某臺(tái)在網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組需要被備用機(jī)組替換掉的時(shí)候，為了在替換過(guò)程中保證全船不失電且時(shí)刻滿足負(fù)載要求，就需要提前通過(guò)并車進(jìn)行替換。</p><p>　　船舶同步發(fā)電機(jī)采用多

45、機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)是：</p><p>　　提高了船舶發(fā)電機(jī)組的工作效率。如今大多數(shù)發(fā)電機(jī)如果要以最佳效率運(yùn)行，都要在接近滿負(fù)載的情況下才可以。而且大多數(shù)船舶在不同工況下，它的負(fù)載量會(huì)相差很大，比如一些大型工程船舶，在普通航行時(shí)和工作生產(chǎn)時(shí)的負(fù)載相差巨大，所以它們一般會(huì)有多個(gè)發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行。在負(fù)載較小時(shí)使用較少的機(jī)組使它們都接近滿載運(yùn)行，以達(dá)成最高的工作效率，當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，就最小限度地并入備用機(jī)組，因此在各種工

46、況下總能維持發(fā)電機(jī)組的對(duì)高效率運(yùn)行。</p><p>　　維護(hù)、檢修發(fā)電機(jī)組方便。當(dāng)船舶在正常工作時(shí)需要對(duì)某臺(tái)在網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組進(jìn)行檢修時(shí)，可以先將備用機(jī)組并入電網(wǎng)運(yùn)行，進(jìn)行負(fù)載轉(zhuǎn)移，然后再將需要維修的機(jī)組從電網(wǎng)上解列。這樣保證了在整個(gè)維修過(guò)程中全船不失電，使檢修發(fā)電機(jī)的過(guò)程更加方便、安全和經(jīng)濟(jì)。</p><p>　　保證船舶運(yùn)行的可靠性。由于多臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，當(dāng)某臺(tái)機(jī)組發(fā)生故障無(wú)法運(yùn)行時(shí)，可以

47、由剩下的機(jī)組維持全船基本的用電需求，相比于單機(jī)組電站來(lái)說(shuō)大大地提高了供電可靠性。</p><p>　　2.2.2船舶同步發(fā)電機(jī)的準(zhǔn)同步并車</p><p>　　同步發(fā)電機(jī)組的并車方式分為兩大類：自同步并車和準(zhǔn)同步并車。原動(dòng)機(jī)把尚未勵(lì)磁的待并發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速拉到同步轉(zhuǎn)速時(shí)，將其合閘，同時(shí)立即給發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁，由于機(jī)組間的自整步作用，使其同步，實(shí)現(xiàn)了待并機(jī)組與原電力系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行。與準(zhǔn)同步并車不同的是，

48、待并機(jī)組在并聯(lián)之前定子是無(wú)電壓的，相當(dāng)于一個(gè)感性負(fù)載，合閘時(shí)會(huì)造成較大的母線電壓下降，同時(shí)產(chǎn)生很大的沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩。因?yàn)殛懙仉娏ο到y(tǒng)的容量是無(wú)限大的，所以這種沖擊并不明顯，但是在船舶電力系統(tǒng)中，由于容量較小，會(huì)給整個(gè)船舶電網(wǎng)造成很大影響[7]。因此，船舶上普遍采用準(zhǔn)同步并車的方法。</p><p>　　理想的準(zhǔn)同步并車有三個(gè)條件：待并發(fā)電機(jī)的電壓與運(yùn)行發(fā)電機(jī)（或電網(wǎng)）的電壓大小相等；待并發(fā)電機(jī)的頻率與運(yùn)行發(fā)電

49、機(jī)（或電網(wǎng)）的頻率數(shù)值相等；待并發(fā)電機(jī)電壓的初相位（初相角）與運(yùn)行發(fā)電機(jī)（或電網(wǎng)）電壓的初相位（初相角）一致。</p><p>　　如果滿足了上述三個(gè)條件，則待并發(fā)電機(jī)的電壓向量與電網(wǎng)的電壓向量完全重合，而且同步運(yùn)行。此時(shí)并車，沖擊電流為零，是最理想的情況。把電壓相等、頻率相等相等和相位完全一致成為理想的并車條件。并車操作實(shí)際上就是不斷調(diào)整待并機(jī)組的電壓、頻率和相位，在達(dá)到理想條件時(shí)通過(guò)合閘來(lái)并入電網(wǎng)，這樣就使得

50、并入瞬間沖擊電流為零，并聯(lián)之后電站各機(jī)組能保持穩(wěn)定的同步運(yùn)行。</p><p>　　在實(shí)際生產(chǎn)中，船舶電站要在進(jìn)行準(zhǔn)同步并車時(shí)完全達(dá)到理想的準(zhǔn)同步并車條件是不可能的，但只要電壓差、頻差和相角差差別不大，在并車時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流就會(huì)在允許范圍內(nèi)，并入電網(wǎng)之后，通過(guò)自整步作用各機(jī)組會(huì)逐漸同步工作[1]。</p><p>　　所以，實(shí)際并車的三個(gè)條件為：</p><p>　

51、　并車操作中電壓差不得大于額定電壓的10%，即△U≤±10%Ue。在電網(wǎng)負(fù)載比較平穩(wěn)的情況下，通常船舶發(fā)電機(jī)的調(diào)壓器是能夠滿足這一條件的，因?yàn)橐话愦鞍l(fā)電機(jī)的調(diào)壓器靜態(tài)電壓調(diào)整率為±2.5%，如果發(fā)電機(jī)調(diào)壓器正常，完全可以滿足并車操作電壓差不大于±10%Ue的要求。</p><p>　　并車操作時(shí)相位差在±15°以內(nèi)。</p><p>　　

52、并車操作時(shí)頻差△f≤±1%fe。如果船舶電站的額定頻率為50Hz，則并車時(shí)的頻差△f≤±0.5Hz即可。</p><p>　　2.2.3自動(dòng)并車裝置的功能及組成</p><p>　　自動(dòng)并車裝置的主要功能為：</p><p>　　頻差方向鑒別。即檢測(cè)待并發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)電壓的頻率差和正負(fù)，根據(jù)其大小和正負(fù)自動(dòng)控制待并發(fā)電機(jī)加速或減速，這個(gè)過(guò)程稱為頻

53、率預(yù)調(diào)，讓兩者的頻率接近，創(chuàng)造合閘條件[8]。</p><p>　　鑒別合閘條件。設(shè)置一個(gè)與門，與門置1的條件為帶并發(fā)電機(jī)組的電壓差、頻率差和相位差符合實(shí)際操作要求。</p><p>　　由于主開(kāi)關(guān)有固有的動(dòng)作時(shí)間，所以需要在同步點(diǎn)之前提前發(fā)出合閘指令，這樣就實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)準(zhǔn)同步并車。</p><p>　　根據(jù)上面的功能，自動(dòng)并車裝置由以下幾個(gè)模塊組成：脈動(dòng)電壓形成，頻

54、差方向鑒別，調(diào)速脈沖控制電路，獲取恒定超前相角或者超前時(shí)間信號(hào)的環(huán)節(jié)，允許合閘的頻差和電壓差檢測(cè)，和一個(gè)合閘與門。當(dāng)頻差、電壓差和恒定超前相角/超前時(shí)間環(huán)節(jié)都滿足要求時(shí)，合閘與門輸出1發(fā)出合閘指令。只要有一個(gè)條件不滿足，則合閘與門輸出為0不合閘[9]。</p><p>　　2.2.4遙控操控臺(tái)并車模塊的功能</p><p>　　（1）頻率預(yù)調(diào)功能。顯示待并發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的頻率，得出頻率差的大

55、小和正負(fù)來(lái)做出相應(yīng)的顯示，向帶并發(fā)電機(jī)組發(fā)出加速或者減速的信號(hào)，使待并發(fā)電機(jī)的頻率不斷接近電網(wǎng)頻率，為合閘創(chuàng)造條件。</p><p>　?。?）將合閘的三個(gè)條件用指示燈顯示在操控臺(tái)上，當(dāng)三個(gè)條件都符合要求時(shí)，通過(guò)一個(gè)與門在操作臺(tái)上提示相關(guān)人員可以進(jìn)行合閘操作。 </p><p>　　并車模塊操控臺(tái)的功能框圖如圖2.5所示。

56、 </p><p>　　圖2.5 并車模塊操控臺(tái)功能框圖</p><p>　　2.2.5遙控操控臺(tái)并車模塊在PLC上的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　使用西門子S7-200系列PLC，在Step 7-Micro/Win編程軟件中編寫(xiě)

57、梯形圖，下面介紹整個(gè)功能實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。</p><p>　?。?）梯形圖如圖2.6所示： </p><p>　　圖2.6 操控臺(tái)并車模塊PLC梯形圖</p><p>　　（2）發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同步并車操作臺(tái)程序的設(shè)計(jì)思想</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)室中使用西門子S7-200 CPU-226 來(lái)實(shí)現(xiàn)上述程序的邏輯控制功能，由于需要模擬量輸入，另外連接了具

58、有4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能的EM235模擬量擴(kuò)展模塊。</p><p>　　為了方便閱讀、調(diào)試和修改程序，編輯了符號(hào)圖，如下圖所示：</p><p>　　圖2.7 操控臺(tái)并車模塊PLC符號(hào)表</p><p>　　限于實(shí)驗(yàn)室的條件，使用兩個(gè)可調(diào)恒壓源來(lái)作為“在網(wǎng)電機(jī)頻率”和“待并電機(jī)頻率”的信號(hào)輸入（分別為網(wǎng)絡(luò)18的AIW4和網(wǎng)絡(luò)19的AIW6）。經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換和

59、標(biāo)準(zhǔn)化輸出為0~1連續(xù)變化且可調(diào)的VD26和VD36，乘以10后再加45.0，輸出數(shù)值為45~55的“頻率信號(hào)”（VD26和VD36）。</p><p>　　把來(lái)自“發(fā)電機(jī)三次啟動(dòng)”界面的“并車請(qǐng)求信號(hào)”存放入M2.0中（網(wǎng)絡(luò)16），作為“準(zhǔn)同步發(fā)電機(jī)并車操作臺(tái)”開(kāi)始工作的條件。同時(shí)設(shè)置I0.6“開(kāi)始監(jiān)視”按鈕，既保證了目前系統(tǒng)條件可以開(kāi)始進(jìn)行并車操作，又確保操作臺(tái)前有工作人員。（網(wǎng)絡(luò)20）</p>

60、<p>　　電網(wǎng)頻率和待并發(fā)電機(jī)頻率相減后得到頻率差信號(hào)VD50，如果VD50小于0則表示此時(shí)為負(fù)頻差，輸出加速信號(hào)Q2.0；如果VD50大于0.5說(shuō)明△f＞1%fe，輸出減速信號(hào)Q2.1 。（網(wǎng)絡(luò)20）</p><p>　　進(jìn)行加減速，即頻率預(yù)調(diào)的時(shí)間限制為10s，使用有記憶的接通延時(shí)定時(shí)器T5來(lái)實(shí)現(xiàn)，累計(jì)預(yù)調(diào)超過(guò)10s后輸出頻率預(yù)調(diào)超時(shí)報(bào)警Q2.2 。（網(wǎng)絡(luò)21、網(wǎng)絡(luò)22）當(dāng)頻率差滿足條件后，輸出

61、頻率差合格信號(hào)M2.4 。（網(wǎng)絡(luò)25）</p><p>　　接下來(lái)判斷電壓差VD54是否滿足△U≤±10%U?的條件，如果不滿足則輸出電壓差不合格報(bào)警Q2.3 。（網(wǎng)絡(luò)23和網(wǎng)絡(luò)24）。</p><p>　　合閘與門的條件為：開(kāi)始進(jìn)行并車操作M2.0、電壓差合格M2.3、頻率差合格M2.4、合閘時(shí)間到M2.5 。條件都滿足時(shí)置1，輸出可以合閘信號(hào)Q2.4 。（網(wǎng)絡(luò)27）</

62、p><p>　　關(guān)于模擬故障的情況，即頻率預(yù)調(diào)超時(shí)和電壓差不合格，在實(shí)驗(yàn)室中人為地調(diào)整直流恒壓源的輸出使之不滿足既定條件即可。將程序下載到S7-200系列PLC中并且運(yùn)行，各能流通斷正常，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)同步并車遙控操控臺(tái)的功能。為之后在MCGS上實(shí)現(xiàn)打好了基礎(chǔ)。</p><p>　　2.3 PLC程序調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題和解決過(guò)程</p><p>　　模擬量輸入數(shù)值不穩(wěn)定&l

63、t;/p><p>　　本文使用EM235作為PLC的模擬量輸入輸出擴(kuò)展模塊，模擬量信號(hào)由實(shí)驗(yàn)室的直流恒壓源產(chǎn)生。在調(diào)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)模擬量輸入變量AIW0、AIW2、AIW4和AIW6的數(shù)值總在最大值和正常值之間不規(guī)律地跳動(dòng)，導(dǎo)致程序的各個(gè)比較、計(jì)算環(huán)節(jié)的結(jié)果不斷變化，無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的功能。</p><p>　　首先我懷疑是電壓源本身輸出的電壓不穩(wěn)定，進(jìn)而使用萬(wàn)用表測(cè)量了恒壓源各個(gè)輸出端的電壓，發(fā)

64、現(xiàn)很準(zhǔn)確且并不跳動(dòng)。其次考慮到PLC各模塊和電源、PC、恒壓源之間的導(dǎo)線比較雜亂，可能某些裸露導(dǎo)線互相接觸導(dǎo)致接觸不良，于是在斷電的情況下將所有導(dǎo)線拆下重新連接并且有序分組，通電之后發(fā)現(xiàn)并不能解決問(wèn)題。</p><p>　　幾天后再次調(diào)試程序時(shí)，發(fā)現(xiàn)在扭動(dòng)恒壓源旋鈕時(shí)模擬量輸入值不跳動(dòng)，當(dāng)調(diào)整結(jié)束手指離開(kāi)旋鈕后重新跳動(dòng)。經(jīng)過(guò)反復(fù)對(duì)比研究后發(fā)現(xiàn)是恒壓源的接地出現(xiàn)故障，用導(dǎo)線將恒壓源的金屬外殼和金屬操作臺(tái)相連后故障解

65、決。</p><p>　?。?）有記憶延時(shí)接通定時(shí)器T5的復(fù)位</p><p>　　在調(diào)試準(zhǔn)同步并車操作界面時(shí)，發(fā)現(xiàn)頻率預(yù)調(diào)超時(shí)報(bào)警功能出現(xiàn)問(wèn)題，由于有記憶延時(shí)接通定時(shí)器T5的當(dāng)前值在EN端沒(méi)有能流輸入后并不會(huì)自動(dòng)清零，導(dǎo)致超時(shí)報(bào)警后系統(tǒng)一直保持報(bào)警，無(wú)法關(guān)閉。為解決這個(gè)問(wèn)題增加了一條T5復(fù)位的語(yǔ)句。</p><p>　　三次啟動(dòng)失敗報(bào)警錯(cuò)誤</p>

66、<p>　　在模擬發(fā)電機(jī)三次啟動(dòng)失敗的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)如若第一次啟動(dòng)失敗但尚未嘗試第二、第三次啟動(dòng)時(shí)，三次啟動(dòng)失敗報(bào)警指示燈錯(cuò)誤報(bào)警。經(jīng)研究相關(guān)語(yǔ)句，將該語(yǔ)句的T37、T38、T39或門判斷條件改為三次嘗試啟動(dòng)開(kāi)關(guān)輸入量I0.0、I0.1、I0.2與門判斷條件，問(wèn)題解決。</p><p>　　并車界面的電壓差報(bào)警提前報(bào)警</p><p>　　在調(diào)試準(zhǔn)同步并車操作界面時(shí)，發(fā)現(xiàn)即使尚未開(kāi)

67、始準(zhǔn)同步并車操作，仍然進(jìn)行電壓差報(bào)警。產(chǎn)生這個(gè)問(wèn)題的原因是因?yàn)樵搱?bào)警語(yǔ)句缺少一個(gè)與門條件，把“開(kāi)始進(jìn)行并車操作”的變量M2.0以與的方式加入即可解決問(wèn)題。</p><p><b>　　2.4本章總結(jié)</b></p><p>　　本章首先研究了船舶電站同步發(fā)電機(jī)啟動(dòng)和準(zhǔn)同步并車的原理和條件。根據(jù)以上的理論基礎(chǔ)和遙控操控臺(tái)需要實(shí)現(xiàn)的功能，繪制了功能框圖并按照框圖編寫(xiě)了PL

68、C程序。</p><p>　　將PLC程序下載到S7-200系列PLC中進(jìn)行調(diào)試的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了很多問(wèn)題，經(jīng)過(guò)不斷修改，逐一解決了問(wèn)題并完善了功能。</p><p>　　第3章 基于MCGS的遙控操控臺(tái)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1組態(tài)軟件概述</b></p><p>　　組態(tài)軟件譯自英文SCADA，即Super

69、vision Control and Data Acquisition（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）[10]。組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專用軟件，他們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具[11]。</p><p>　　3.1.1組態(tài)軟件的選用</p><p>　　可編程邏輯控制器PLC實(shí)時(shí)傳送

70、數(shù)據(jù)到上位機(jī)，這些數(shù)據(jù)需要被用戶操作、監(jiān)視，它們需要顯示在操控臺(tái)上，進(jìn)行人機(jī)交互。所以在選擇組態(tài)軟件時(shí)，需要注意以下兩點(diǎn)：</p><p>　　上位機(jī)監(jiān)控操作界面要和PLC之間擁有快速準(zhǔn)確的通信。</p><p>　　由于操作界面直接面向用戶，需要友好的人機(jī)交互，方便用戶使用、維護(hù)和管理。</p><p>　　本次課題選擇MCGS組態(tài)軟件，它可以驅(qū)動(dòng)西門子PLC，用

71、戶不需要接觸PLC與上位機(jī)間的通訊協(xié)議，只需經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單熟悉即可按照說(shuō)明書(shū)將上位機(jī)與PLC互聯(lián)。MCGS軟件內(nèi)置種類多樣的元件和功能模塊，讓用戶可以快捷方便地按照實(shí)際情況設(shè)計(jì)上位機(jī)操作界面。</p><p>　　3.1.2 MCGS的主要特性和功能</p><p>　　MCGS（Monitor and Control Generated System,通用監(jiān)控系統(tǒng)）是由北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科

72、技有限公司開(kāi)發(fā)的一套中文工控組態(tài)軟件，用于快速構(gòu)造和實(shí)現(xiàn)上位機(jī)控制系統(tǒng)[12]。它能夠在Windows平臺(tái)上運(yùn)行，通過(guò)對(duì)PLC數(shù)據(jù)的采集和處理，以報(bào)警處理、動(dòng)畫(huà)顯示、流程控制等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問(wèn)題的方案[13]。</p><p>　　MCGS的主要特性和功能如下[14]：</p><p>　　可視化控制界面直觀而且設(shè)計(jì)修改方便。</p><p>　　實(shí)

73、時(shí)性強(qiáng)、良好的并行處理性能。</p><p>　　豐富、生動(dòng)的多媒體畫(huà)面。</p><p>　　結(jié)構(gòu)開(kāi)放廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能。</p><p><b>　　完善的安全機(jī)制。</b></p><p><b>　　強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。</b></p><p><b

74、>　　多樣化的報(bào)警功能。</b></p><p>　　實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為用戶分步組態(tài)提供極大方便。</p><p>　　支持多種硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)“設(shè)備無(wú)關(guān)”。</p><p>　　方便控制復(fù)雜的運(yùn)行流程。</p><p>　　良好的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性。</p><p>　　用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)管理數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，系統(tǒng)可靠性高

75、。</p><p>　　設(shè)立對(duì)象元件庫(kù)，組態(tài)工作簡(jiǎn)單方便。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)對(duì)工控系統(tǒng)的分布式控制和管理。</p><p>　　3.1.3 MCGS的構(gòu)成</p><p>　　MCGS系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分[15]。</p><p>　　組態(tài)環(huán)境可以看做一個(gè)完整工具軟件，工具箱中有各種元件，比如矩形

76、、指示燈、開(kāi)關(guān)等，使用起來(lái)更像一個(gè)畫(huà)圖軟件，根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能和自己的想法來(lái)添加必要的元件，在進(jìn)行擺放、調(diào)整大小，來(lái)繪制出一個(gè)友好的人機(jī)交互界面。組態(tài)生成的結(jié)果是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)文件，成為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)[9]。</p><p>　　運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，它按照組態(tài)生成的數(shù)據(jù)庫(kù)文件中用戶設(shè)定的程序進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算處理，完成設(shè)計(jì)的功能[16]。它只有和組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)連接起來(lái)才能構(gòu)成用戶應(yīng)用系統(tǒng)[17]。所謂組態(tài)就是將界面上

77、的各種工具（比如開(kāi)關(guān)、指示燈、表等）和PLC下位機(jī)的具體變量按照事先編寫(xiě)的程序有機(jī)地“連接”起來(lái)，將PLC的工作過(guò)程形象地表達(dá)出來(lái)。組態(tài)成功后，運(yùn)行環(huán)境和組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)就可以獨(dú)立運(yùn)行在監(jiān)控計(jì)算機(jī)（觸摸屏等）上，不再與組態(tài)環(huán)境相關(guān)。</p><p>　　組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)完成了MCGS系統(tǒng)從組態(tài)環(huán)境向運(yùn)行環(huán)境的過(guò)渡，它們之間的關(guān)系如圖3.1所示[18]： </p><p>　　圖3.1 組態(tài)環(huán)境

78、、組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行環(huán)境的關(guān)系</p><p>　　3.2 三次啟動(dòng)操控臺(tái)界面的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1發(fā)電機(jī)組三次啟動(dòng)界面</p><p>　　如圖3.2所示，發(fā)電機(jī)組三次啟動(dòng)界面：</p><p>　　圖3.2 發(fā)電機(jī)三次啟動(dòng)界面</p><p>　　操控臺(tái)界面為對(duì)稱設(shè)計(jì)，直觀方便。左右兩邊的儀表分別

79、讀取并顯示電網(wǎng)電壓和待并機(jī)組電壓。當(dāng)按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)后，下方的“啟動(dòng)進(jìn)程”指示燈會(huì)顯示目前正在進(jìn)行第幾次啟動(dòng)，如果三次嘗試啟動(dòng)都失敗，則下方的“三次失敗”指示燈會(huì)閃爍紅燈。在啟動(dòng)成功并建壓成功后，根據(jù)目前電網(wǎng)是否有電，“請(qǐng)求并車”和“首機(jī)合閘”指示燈會(huì)變成綠色提示相關(guān)操作。按右下方“進(jìn)入同步并車”按鈕可以進(jìn)入同步并車界面。</p><p>　　3.2.2三次啟動(dòng)操控界面與PLC的組態(tài)過(guò)程</p><

80、;p><b>　　創(chuàng)建對(duì)象。 </b></p><p>　　進(jìn)入工作臺(tái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)頁(yè)面，按照操作臺(tái)界面上添加的元件（如儀表、指示燈等）來(lái)增加對(duì)象，并且設(shè)置對(duì)象屬性，如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 設(shè)置對(duì)象屬性</p><p>　　先要編輯對(duì)象名稱，以“第二次啟動(dòng)”為例，它在程序中對(duì)應(yīng)的是開(kāi)關(guān)輸入量I0.0，所以對(duì)象初值設(shè)為

81、0，對(duì)象類型選擇“開(kāi)關(guān)”，然后確認(rèn)。按照這種方法以一定次序逐個(gè)新增對(duì)象即可。這個(gè)步驟添加了整個(gè)過(guò)程中所需要的操作對(duì)象，但是這些對(duì)象既沒(méi)有和操控臺(tái)上的元件連接，也沒(méi)有和S7-200程序中的變量連接，下面我需要把增加的對(duì)象和操控臺(tái)上的元件連接。</p><p>　　操控臺(tái)界面各構(gòu)件的操作屬性</p><p>　　要設(shè)置各個(gè)構(gòu)建的操作屬性，實(shí)際上就是要實(shí)現(xiàn)構(gòu)建和其對(duì)應(yīng)的變量能互相做出反應(yīng)。以“啟

82、動(dòng)成功”指示燈為例，雙擊，如圖3.4所示：</p><p>　　圖3.4 操作屬性設(shè)置</p><p>　　進(jìn)入“數(shù)據(jù)對(duì)象”選項(xiàng)卡，單擊“？”，彈出變量選擇窗口，我們選擇剛才創(chuàng)建的“啟動(dòng)成功”對(duì)象，確認(rèn)。這樣就完成了開(kāi)關(guān)型對(duì)象“啟動(dòng)成功”和操作臺(tái)上的“操作成功指示燈”互聯(lián)，當(dāng)開(kāi)關(guān)型對(duì)象的數(shù)值發(fā)生變化時(shí)，指示燈會(huì)相應(yīng)作出反應(yīng)（填充顏色）。</p><p>　　將對(duì)象與

83、PLC程序中的變量連接</p><p><b>　　圖3.5 設(shè)備窗口</b></p><p>　　如圖3.5所示，在工作臺(tái)窗口進(jìn)入“設(shè)備窗口”選項(xiàng)卡，雙擊“設(shè)備窗口”圖標(biāo)進(jìn)行設(shè)備組態(tài)，在尚未設(shè)置前，設(shè)備窗口是空的，需要單擊主菜單中的“工具箱”來(lái)進(jìn)入設(shè)備工具箱選擇我所使用的PLC型號(hào)，雙擊“通用串口父設(shè)備”之后再雙擊“西門子_S7200PPI”，至此完成了設(shè)備選擇。&

84、lt;/p><p>　　現(xiàn)在開(kāi)始將PLC程序中的變量與MCGS中的對(duì)象關(guān)聯(lián)，如圖3.6所示。雙擊設(shè)備窗口中的“設(shè)備0--[西門子_S7200PPI]”進(jìn)入設(shè)備編輯窗口；單擊“增加設(shè)備通道”，我們以創(chuàng)建功能為“第一次啟動(dòng)”的I0.0開(kāi)關(guān)輸入量為例，通道類型選擇“I寄存器”，通道地址為0，數(shù)據(jù)類型選擇“通道的第00位”，確認(rèn)，這一步我們?cè)贛CGS上添加了開(kāi)關(guān)變量I0.0 。</p><p>　　圖

85、3.6設(shè)備編輯窗口</p><p>　　下面來(lái)把I0.0與第一步創(chuàng)建的對(duì)象關(guān)聯(lián)。如圖3.7所示，雙擊“只讀I000.0”行、“連接變量”列的空白處，彈出了“變量選擇”窗口，選擇“第一次啟動(dòng)”變量，確認(rèn)。至此，已經(jīng)把“操作臺(tái)界面構(gòu)件”、“MCGS軟件中的對(duì)象”和“PLC程序中的變量”這三者一一對(duì)應(yīng)起來(lái)，它們的狀態(tài)會(huì)互相影響，同時(shí)改變。</p><p>　　圖3.7 變量選擇窗口</p&

86、gt;<p>　　3.2.3 觸摸屏、PC、PLC之間的連接和通訊</p><p>　　三個(gè)硬件之間的物理連接。</p><p>　　如圖3.8所示, 用USB線將觸摸屏與PC相連，用COM口將觸摸屏與S7-200 CPU226相連，同時(shí)用PC-PPI線纜將PLC和PC相連。</p><p>　　圖3.8 PC、PLC和涂抹平之間的實(shí)物連接</p

87、><p>　　TPC觸摸屏、PC機(jī)、S7-200PLC之間的通訊</p><p>　　首先需要將船舶高壓電站操控臺(tái)的MCGS工程文件下載到TPC觸摸屏中，讓其顯示。如圖3.9所示。</p><p>　　圖3.9 MCGS下載配置界面</p><p>　　單擊主菜單中的“下載工程并進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境”按鈕，彈出下載配置窗口，選擇聯(lián)機(jī)運(yùn)行，連接方式選擇US

88、B通訊，單擊通訊測(cè)試，測(cè)試成功后單擊工程下載即可將文件下載到TPC觸摸屏中。幾秒鐘后，我設(shè)計(jì)的操控界面便顯示在了觸摸屏上。</p><p>　　接下來(lái)打開(kāi)STEP-7 Micro/Win編程軟件，打開(kāi)之前編輯的PLC程序文件，設(shè)置PG/PC接口的分配參數(shù)為“PC/PPI cable(PPI)”,再進(jìn)入通信界面找到連接的S7-200 CPU 226。通信設(shè)置完成后將程序下載到PLC中，單擊RUN按鈕將PLC運(yùn)行。&

89、lt;/p><p>　　現(xiàn)在在進(jìn)行相應(yīng)操作時(shí)，PLC按照程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，同時(shí)在TPC觸摸屏上顯示出各種信息，進(jìn)行人機(jī)交互。如圖3.10所示 .</p><p>　　圖3.10 TPC觸摸屏按程序工作</p><p>　　3.3準(zhǔn)同步并車操控臺(tái)界面的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1準(zhǔn)同步并車操控臺(tái)界面</p><p>

90、　　準(zhǔn)同步并車操控臺(tái)界面如圖3.11所示：</p><p>　　圖3.11 MCGS操控臺(tái)并車界面</p><p>　　操控臺(tái)的左半部分分別用儀表顯示電壓差和頻率差，并根據(jù)二者的正負(fù)和大小相應(yīng)地報(bào)警或提示加減速，右側(cè)指示燈指示并車的條件是否達(dá)到，在都達(dá)到時(shí)提示合閘。</p><p>　　3.3.2準(zhǔn)同步并車操控臺(tái)界面與PLC的組態(tài)過(guò)程</p><

91、p>　　因?yàn)榻M態(tài)過(guò)程是類似的，所以需要為準(zhǔn)同步并車操控臺(tái)界面上的各種構(gòu)件新建連接變量，新增的變量和PLC程序中的寄存器對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：</p><p>　　頻差顯示： 讀寫(xiě)VD50</p><p>　　電壓差顯示： 讀寫(xiě)VD54</p><p>　　頻率預(yù)調(diào)加速： 讀寫(xiě)Q002.0</p><p>

92、;　　頻率預(yù)調(diào)減速： 讀寫(xiě)Q002.1</p><p>　　調(diào)節(jié)時(shí)間當(dāng)前值： 讀寫(xiě)TDUB005</p><p>　　調(diào)頻超時(shí)： 讀寫(xiě)Q002.2</p><p>　　壓差報(bào)警： 讀寫(xiě)Q002.3</p><p>　　電壓差合格： 讀寫(xiě)M002.3</p><

93、;p>　　頻率差合格： 讀寫(xiě)M002.4</p><p>　　合閘時(shí)刻到： 讀寫(xiě)M002.5</p><p>　　可以合閘： 讀寫(xiě)Q002.4</p><p><b>　　3.4本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要完成了基于MCGS的組態(tài)工作。根據(jù)遙控操控臺(tái)要

94、實(shí)現(xiàn)的功能繪制了界面友好、操作直觀方便的操控臺(tái)人機(jī)交互界面，并且使用TPC7062KW嵌入式工控一體機(jī)顯示。詳細(xì)演示了通過(guò)MCGS軟件將PLC和觸控屏操作臺(tái)的組態(tài)過(guò)程，研究了其相互通信的原理。組態(tài)成功后對(duì)硬件和軟件進(jìn)行了最后的調(diào)試。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本論文首先簡(jiǎn)單介紹了船舶高壓電站的應(yīng)用現(xiàn)狀，引出了船舶電站自動(dòng)控制系統(tǒng)的相

95、關(guān)知識(shí)，以此為基礎(chǔ)討論了自動(dòng)控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的理論知識(shí)，由于要用到西門子S7-200系列PLC和組態(tài)軟件，本文也將所用到的硬件和軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。作者在遙控臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)之前系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了PLC組態(tài)和編程的相關(guān)知識(shí)，并且學(xué)習(xí)了MCGS組態(tài)軟件的使用方法，前者實(shí)現(xiàn)了操控臺(tái)內(nèi)部對(duì)所需信號(hào)的采集和簡(jiǎn)單控制，后者讓整個(gè)操控過(guò)程直觀、友好地和用戶交互。</p><p>　　在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，基于實(shí)驗(yàn)室和個(gè)人水平兩個(gè)條件，給出了模

96、擬故障以檢驗(yàn)系統(tǒng)功能的方法，并且在調(diào)試過(guò)程中，反復(fù)修改程序和人機(jī)交互界面，使之邏輯功能清晰準(zhǔn)確，各信號(hào)顯示符合操作習(xí)慣，實(shí)現(xiàn)了船舶高壓電站遙控操控臺(tái)的基本功能。</p><p>　　在整個(gè)過(guò)程中，所學(xué)的理論知識(shí)得到了檢驗(yàn)，在應(yīng)用的過(guò)程中，遇到了大大小小平時(shí)在紙上無(wú)法預(yù)見(jiàn)的問(wèn)題，在調(diào)試過(guò)程中，多角度思考去嘗試解決問(wèn)題，體會(huì)到了理論與實(shí)踐的不同，鍛煉了解決問(wèn)題的能力。同時(shí)本文用到的MCGS組態(tài)軟件是完全自學(xué)才學(xué)會(huì)使用

97、的，鍛煉了自己的學(xué)習(xí)能力。</p><p>　　同時(shí)，限于所學(xué)知識(shí)，本文的遙控操控臺(tái)的功能仍然比較基礎(chǔ)，還有一些高級(jí)功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)，這是本文的局限性，也是本人繼續(xù)深入研究下去的方向。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 吳志良. 船舶電站及其自動(dòng)化系統(tǒng)[M]. 大連: 大連海事大學(xué)出版社,2010.&l

98、t;/p><p>　　[2] 張廣欽. 中國(guó)船舶工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)展望[J]. 上海造船，2007(4) : 10-11.</p><p>　　[3] Shaun Horning,Andrew Gonis. Understanding How a Propulsion System Functions in the Real World [J]. Marine Technology, 2015

99、(1): 30-32.</p><p>　　[4] 席雯. 船舶電站自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012.</p><p>　　[5] 祝賀. 船舶電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.</p><p>　　[6] Zhaomin,Fanyinhai. The Voltage Stability Resear

100、ch of Ship Electric Power System[J]. Ship Building, 2014(12): 27-34. </p><p>　　[7] 宋健. 船舶中壓電站實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)與研究[D]. 大連海事大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.</p><p>　　[8] 田靜. 基于PAC的船舶電站自動(dòng)控制裝置的研究[D]. 大連海事大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010.</p>

101、;<p>　　[9] 周劉靖. 監(jiān)控組態(tài)軟件網(wǎng)絡(luò)功能模塊的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[D]. 復(fù)旦大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010.</p><p>　　[10] 袁秀英. 組態(tài)控制技術(shù)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　[11] Wei HU. Dynamic Hybrid Automatic Voltage Control of the Power System[C

102、]. The 7th World Congress on Intelligent Control and Automation. June 25-27,2008. </p><p>　　[12] 方彥軍,戚宇威. 基于MCGS組態(tài)軟件的嵌入式串口通信的實(shí)現(xiàn)[J].電子工程師，2003(11): 9~11.</p><p>　　[13] 白一鳴.船舶電站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D]. 大連

103、海事大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.</p><p>　　[14] 高鑫. 船舶電站自動(dòng)控制裝置的研究與設(shè)計(jì)[D]. 大連海事大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011.</p><p>　　[15] 胡勤耕.基于PLC的船舶電站控制系統(tǒng)研究[D]. 西南石油大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012.</p><p>　　[16] 吳志良,王闖. 基于PLC的船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 船電技術(shù)

104、，2009(2): 31-34.</p><p>　　[17] 李梅. 基于組態(tài)王的船舶配電系統(tǒng)監(jiān)控軟件研制[J]. 船舶工程，2007(2): 73-76.</p><p>　　[18] 查輔江. 基于PLC的船舶電站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J] 造船技術(shù)，2008(4): 27-31. </p><p><b>　　致 謝</b><

105、/p><p>　　撰寫(xiě)畢業(yè)論文是本科學(xué)習(xí)期間最重要的一項(xiàng)任務(wù)之一。回顧過(guò)去半年，從文章的選題，到收集資料、整理思路，直至最終定稿，老師和同學(xué)都給了我極大的鼓勵(lì)和支持。</p><p>　　首先感謝我的導(dǎo)師吳志良教授。吳老師學(xué)識(shí)淵博，態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，待人和藹可親。在整個(gè)過(guò)程中，我迷茫過(guò)，焦急過(guò)，每當(dāng)我找到吳老師求教時(shí)，他都能耐心地解答指導(dǎo)，給我指明方向，樹(shù)立信心?？梢哉f(shuō)沒(méi)有吳老師，我絕對(duì)會(huì)走很多彎路。