船舶电气设备及系统 第16章 船舶电站自动化

1、船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 第第16章章 船舶电站自动化船舶电站自动化 16.1 16.1 概述概述 16.2 16.2 船舶电站自动控制装置的系统组成船舶电站自动控制装置的系统组成 16.3 16.3 船舶电站自动化主要功能简介船舶电站自动化主要功能简介 16.4 16.4 船舶中压电力系统简介船舶中压电力系统简介 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 本章以实际的新型船舶自动化电站为例，本章以实际的新型船舶自动化电站为例， 从系统角度讲述常见船舶电站自动化系

2、统从系统角度讲述常见船舶电站自动化系统 的运行管理基本知识，即船舶电站自动化的运行管理基本知识，即船舶电站自动化 系统的基本组成，基本功能，实现这些基系统的基本组成，基本功能，实现这些基 本功能的模块的工作原理。本功能的模块的工作原理。 内容简介内容简介 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 16.1 16.1 概述概述 随着科学技术的发展，船舶机舱从随着科学技术的发展，船舶机舱从 有人值守到自动化机舱的经历了几十有人值守到自动化机舱的经历了几十 年的发展过程。年的发展过程。 船舶电站自动化是实现机舱自动化、船舶电站自动化是实现机舱

3、自动化、 进而实现无人值班机舱的必要条件。进而实现无人值班机舱的必要条件。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 1、发电机组依据电站运行情况和实际负荷需、发电机组依据电站运行情况和实际负荷需 要，按预定的顺序自动起动备用机组，并要，按预定的顺序自动起动备用机组，并 能自动投入、自动停机；能自动投入、自动停机； 2、故障状态下自动解列、停机的控制；、故障状态下自动解列、停机的控制； 3、发电机组之间的自动并、发电机组之间的自动并车、电压及无功功车、电压及无功功 率的自动调节、并联运行中功率的自动分率的自动调节、并联运行中功率的自动分

4、 配、转移与电网频率的自动调整，重载询配、转移与电网频率的自动调整，重载询 问问( (投入大负载时的自动询问装置投入大负载时的自动询问装置) )； 船舶电站自动化船舶电站自动化基本功能基本功能包括：包括： 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 4、船舶电站的综合保护（包括发电机组机、船舶电站的综合保护（包括发电机组机 电故障的自动处理与报警）；电故障的自动处理与报警）； 5、运行状态显示及故障监视（包括全船断、运行状态显示及故障监视（包括全船断 电，欠频监视），系统给定参数的监视电，欠频监视），系统给定参数的监视 与修改。与修改。

5、实现上述基本功能的船舶电站自动化系统实现上述基本功能的船舶电站自动化系统 （也称作船舶电力自动管理系统）（也称作船舶电力自动管理系统） PMS-PMS-Power Management SystemPower Management System 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 16.2 16.2 船舶电站自动控制装置的系统组成船舶电站自动控制装置的系统组成 16.2.1 电力自动管理系统的结构类型电力自动管理系统的结构类型 船舶电站自动控制装置的控制任务分为船舶电站自动控制装置的控制任务分为 对每台发电机组的起动、停机、自动并

6、车进对每台发电机组的起动、停机、自动并车进 行控制，以及发生机电故障时对本台机组的处理行控制，以及发生机电故障时对本台机组的处理 等功能。（等功能。（单机管理单机管理） 在整个电站系统并联运行时，进行功率管理、在整个电站系统并联运行时，进行功率管理、 也包括发生机电故障时对系统中其它机组发出控也包括发生机电故障时对系统中其它机组发出控 制要求（例如备用机组的自动起动或阻塞）及信制要求（例如备用机组的自动起动或阻塞）及信 息通讯等的管理控制。（息通讯等的管理控制。（整体管理整体管理） 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 早期由数字电

7、路早期由数字电路-模拟集成电路构成的电力自动管模拟集成电路构成的电力自动管 理系统大致可以分成总体控制方式和积木块式两种。理系统大致可以分成总体控制方式和积木块式两种。 总体控制方式中，有负责系统整体功能的总体控总体控制方式中，有负责系统整体功能的总体控 制单元和与其相连的对每台发电机组分别负责的起停控制单元和与其相连的对每台发电机组分别负责的起停控 制器、并联运行控制器等子系统。制器、并联运行控制器等子系统。 积木式自动化电站由积木式自动化电站由5种种(4种种)功能块组成，功能分功能块组成，功能分 别为自动起动别为自动起动-停车装置、并车装置、电网监视器、负停车装置、并车装置、电网监视器、负

8、 荷控制器、功率分配器；功能块以独立或模块形式出现，荷控制器、功率分配器；功能块以独立或模块形式出现， 主要采用集成模拟技术和数字技术实现的。多数厂家已主要采用集成模拟技术和数字技术实现的。多数厂家已 将并车装置与功率分配器合并成一个独立的并联运行控将并车装置与功率分配器合并成一个独立的并联运行控 制器出现，即系统则由制器出现，即系统则由4个功能块组成。个功能块组成。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 各生产厂家的自动化电站产品在细节方面上会有不各生产厂家的自动化电站产品在细节方面上会有不 同，但其主要功能还是基本相近的。同，但

9、其主要功能还是基本相近的。 TERASAKI公司的电力自动管理系统有公司的电力自动管理系统有 GAC-5 TYPE C、 GAC-16M等等 SIEMENS 公司基于公司基于PLC为核心的电力自动管理系统有为核心的电力自动管理系统有 SIMOS PMA 52、 SIMOS PMA 53和和SIMOS PMA 71 。 SIMOS PMA 52中中PLC控制器是控制器是SIEMENS S5-115U SIMOS PMA 53中中PLC控制器是控制器是SIEMENS S5-95U SIMOS PMA 71中中PLC控制器是控制器是SIEMENS S7-315-2DP 下面以下面以SIMOS PMA

10、 71型电力自动管理系统进行说明型电力自动管理系统进行说明 近年来，安装在远洋船舶的大部分电力自动都近年来，安装在远洋船舶的大部分电力自动都 是基于微机或是基于微机或PLC控制技术实现的。控制技术实现的。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 16.2.2 SIMOS PMA 71型电力自动管理系统的系统组成型电力自动管理系统的系统组成 SIMOS PMA 71 SIMOS PMA 71 型电力管理系统（以型电力管理系统（以 下简称为下简称为PMA 71PMA 71）是）是SIEMENSSIEMENS公司的新一代公司的新一代 电站自

11、动化产品，安装于我国电站自动化产品，安装于我国“泰安口泰安口” ” 等许多远洋船舶。等许多远洋船舶。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 主要功能：主要功能： 船舶电网监视（全船断电，频率过低等）船舶电网监视（全船断电，频率过低等） 2. 根据负载状况或故障根据负载状况或故障(过电流，过负荷过电流，过负荷)状况状况 自动起动发电机组自动起动发电机组 3. 发电机的过电流、逆功率保护，按照三个发电机的过电流、逆功率保护，按照三个 等级对非重要负载自动卸载，依据电网功等级对非重要负载自动卸载，依据电网功 率余量自动或手动停止发电机组率

12、余量自动或手动停止发电机组 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 4. 发电机自动并车，自动调频调载发电机自动并车，自动调频调载 5. 短路保护短路保护 6. 在液晶显示操作单元上可以显示故障诊断在液晶显示操作单元上可以显示故障诊断 信息信息 7. 大负荷起动时的自动问讯控制，停机时具大负荷起动时的自动问讯控制，停机时具 有自动逐步转移负载功能，在起动发电机有自动逐步转移负载功能，在起动发电机 组时，可设置多次起动尝试组时，可设置多次起动尝试 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动

13、化教研室 8. PMA 71还具有和还具有和WGA 23d型轴带发电机控型轴带发电机控 制装置相连，控制轴带发电机起动、停车制装置相连，控制轴带发电机起动、停车 以及和柴油发电机组并车切换等功能以及和柴油发电机组并车切换等功能 。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 DC/DC变换器变换器 OP 71 液晶液晶 显示操作板显示操作板 通信模块通信模块 GENOP71 发电机发电机 保护和并车模块保护和并车模块 DI/DO开关量模块开关量模块 (发电机控制发电机控制) DI/DO开关量模块开关量模块 (柴油机控制柴油机控制) 两台发

14、电机两台发电机 并联运行时并联运行时 的的PMA 71PMA 71系系 统布置统布置 OLM-光纤光纤 连接模块连接模块 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 图中画出了管理两台发电机并联运行时的图中画出了管理两台发电机并联运行时的 PMA 71PMA 71系统布置系统布置 每一台柴油发电机组配置有：每一台柴油发电机组配置有： (1)(1)一台一台SIMATIC S7-315-2 DP SIMATIC S7-315-2 DP 型型PLCPLC控制装置控制装置 (2)(2)一台一台GENOP 71GENOP 71型发电机保护型发电机保

15、护/ /并车单元和测并车单元和测 量传感器量传感器 (3)(3)一只一只OP7OP7型液晶显示操作单元型液晶显示操作单元 (4)(4)一只一只DC 24V/DC 24VDC 24V/DC 24V变流器变流器 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 上述上述4 4个单元安装于每台发电机组的配电板上，个单元安装于每台发电机组的配电板上， 其中其中OP7OP7型液晶显示操作单元和电压表、电流表、型液晶显示操作单元和电压表、电流表、 功率表、频率表、控制开关和指示灯等一样，安功率表、频率表、控制开关和指示灯等一样，安 装于配电板的正面，以便于

16、操作。装于配电板的正面，以便于操作。 PMA-71PMA-71系统的这种布置既适合分布布置的配电板系统的这种布置既适合分布布置的配电板 （即每（即每1 1套套PMA 71PMA 71装置可以安装于每台分布布置装置可以安装于每台分布布置 的发电机配电板上），也适合于在控制多台发电的发电机配电板上），也适合于在控制多台发电 机的集中主配电板间的布置。机的集中主配电板间的布置。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 (1)(1)一台一台SIMATIC S7-315-2 DP SIMATIC S7-315-2 DP 型型PLCPLC控制装置

17、控制装置 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 PS (可选可选) CPU IMSM: DI SM: DO SM: AI SM: AO FM: - 计数计数 - 定位定位 - 闭环控制闭环控制 CP: - 点点-到到-点点 - PROFIBUS - 工业以太网工业以太网 一台一台SIMATIC S7-315-2 DP 型型PLC控制装置，包括：控制装置，包括： 带带MPI通讯口的通讯口的CPU模块模块 Profibus 通讯口模块通讯口模块 用于发电机控制的开关量输入用于发电机控制的开关量输入/输出模块输出模块 对柴油机进行控制的开

18、关量输入对柴油机进行控制的开关量输入/输出模块输出模块 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 PLC采集发电机组的现场信息和接受从采集发电机组的现场信息和接受从GENOP71 型发电机保护型发电机保护/并车单元或并车单元或OP 7液晶显示操作单元液晶显示操作单元 传递来的信息，负责对本台柴油发电机组（或轴传递来的信息，负责对本台柴油发电机组（或轴 带发电机的控制系统）的起停逻辑控制带发电机的控制系统）的起停逻辑控制 负责电网断电、欠频的监视负责电网断电、欠频的监视 发电机过负荷的保护发电机过负荷的保护 各台发电机的各台发电机的PLC

19、通过通过MPI多口通讯总线传递信多口通讯总线传递信 息，息，组成了组成了PMA 71系统的控制核心系统的控制核心，实现对整，实现对整 个电站的自动管理，负责电能管理信息的处理个电站的自动管理，负责电能管理信息的处理 功能：功能： 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 (2)(2)一台一台GENOP 71GENOP 71型发电机保护型发电机保护/ /并车单元并车单元 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 可以单独工作或与可以单独工作或与PLC一起集成在一起集成在PMA 71

20、系系 统中工作统中工作 负责电网三相电压、发电机三相电压、电流等负责电网三相电压、发电机三相电压、电流等 信号的采集处理信号的采集处理 具有发电机保护（过电流分级卸载，逆功率或具有发电机保护（过电流分级卸载，逆功率或 短路保护）和自动并车功能短路保护）和自动并车功能 能通过能通过Profibus现场总线将采集和处理过的电现场总线将采集和处理过的电 压、电流、功率、差频脉动电压等数字信息输入压、电流、功率、差频脉动电压等数字信息输入 到到PLC 功能：功能： 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 能接受能接受PLC通过通过Profib

21、us现场总线发出的指令现场总线发出的指令 可以使用可以使用OP7型液晶显示操作单元变更型液晶显示操作单元变更GENOP 71的工作参数，传送到的工作参数，传送到PLC，然后再由，然后再由PLC传送给传送给 GENOP 71。 功能：功能： 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 (3)(3)一只一只OP7OP7型液晶显示操作单元型液晶显示操作单元 系统的人机界面系统的人机界面 操作人员通过操作人员通过OP 7与与PLC交换信息，对交换信息，对 PMA 71系统进行操作，并随时显示系统运行或系统进行操作，并随时显示系统运行或 故障状态和

22、用于对系统的工作参数进行修改故障状态和用于对系统的工作参数进行修改 (4)(4)一只一只DC 24V/DC 24VDC 24V/DC 24V变流器变流器 为为PLCPLC、GENOP 71GENOP 71、OP 7OP 7单元的工作提供单元的工作提供 可靠的电源可靠的电源 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 每一台发电机组中，所属的每一台发电机组中，所属的PLCPLC、GENOP 71GENOP 71和和 OP7OP7各单元之间通过高速可靠的各单元之间通过高速可靠的Profibus DP Profibus DP 型现型现 场总线相

23、互通讯。场总线相互通讯。 各台发电机之间的控制信息的通讯则是通过各台发电机之间的控制信息的通讯则是通过 所属所属PLCPLC上上CPUCPU模块的模块的MPIMPI多口通讯接口（类似多口通讯接口（类似RS RS 485485通讯）的光纤总线传递信息通讯）的光纤总线传递信息 。 信息通讯信息通讯 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 船舶还设置有更高一级的计算机集中监控系船舶还设置有更高一级的计算机集中监控系 统，电站自动化系统还可以作为上级监控系统的统，电站自动化系统还可以作为上级监控系统的 一个子系统来运行。一个子系统来运行。 每

24、台发电机的监控信息可以通过所属每台发电机的监控信息可以通过所属PLC上上 的的2个通讯模块，与上位监控计算机的通讯总线相个通讯模块，与上位监控计算机的通讯总线相 连（图中为冗余布置的连（图中为冗余布置的BUS-A，BUS-B两条通讯两条通讯 总线，工业以太网），从而可以在上级监控系统总线，工业以太网），从而可以在上级监控系统 的显示器界面进行遥控操作的显示器界面进行遥控操作 信息通讯信息通讯 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 16.2.3 GENOP 71型发电机保护型发电机保护/并车单元并车单元 为了提高运行速度和可靠性，对一

25、些要求高为了提高运行速度和可靠性，对一些要求高 的控制任务往往采用专用模块来实现的控制任务往往采用专用模块来实现 这些专用模块在这些专用模块在PLC的的CPU工作的同时，工作的同时， 作为下一级的模块，能并行地处理自己承担的作为下一级的模块，能并行地处理自己承担的 控制任务，也与控制任务，也与PLC的的CPU模块交换控制信息。模块交换控制信息。 在在PMA 71电力自动管理系统中，电力自动管理系统中，GENOP 71单元就是特别为发电机控制设计的智能模块。单元就是特别为发电机控制设计的智能模块。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室

26、 GENOP 71GENOP 71单元承担对本台发电机控制基本任务：单元承担对本台发电机控制基本任务： 发电机保护功能发电机保护功能 监视短路故障、过电流、逆功率，实现故障工况下监视短路故障、过电流、逆功率，实现故障工况下 的非重要负荷分级卸载或发电机主开关延时跳闸。的非重要负荷分级卸载或发电机主开关延时跳闸。 自动并车功能自动并车功能 在接到在接到PLCPLC单元或者来自配电盘按钮发出的同步并车单元或者来自配电盘按钮发出的同步并车 指令后，控制发电机和电网母线的自动并车过程。指令后，控制发电机和电网母线的自动并车过程。 信号采集处理和通讯功能信号采集处理和通讯功能 采集、处理发电机和电网的信

27、号，通过采集、处理发电机和电网的信号，通过ProfibusProfibus现现 场总线把数据传送到场总线把数据传送到PLCPLC单元，供单元，供PLCPLC对整个电站自对整个电站自 动化控制判断使用。动化控制判断使用。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 输出端输出端 输入端输入端 工作电源工作电源 24VDC/230VAC24VDC/230VAC 内部报警指示内部报警指示 自动卸载自动卸载1 1，自动卸载，自动卸载2 2 自动卸载自动卸载3 3，断路器脱扣，断路器脱扣1 1 断路器脱扣断路器脱扣2 2，逆功率，逆功率 系统故障（

28、需要复位）系统故障（需要复位） 发电机过流、短路和逆功发电机过流、短路和逆功 率故障信号扩展输出端率故障信号扩展输出端 ( (外部报警等外部报警等) ) 发电机逆功率发电机逆功率 或短路保护或短路保护 PROFIBUSPROFIBUS，RS232RS232 通信接口通信接口 发电机调速器调频信号发电机调速器调频信号 R(R(R Rise)-ise)-升速，升速，L(L(L Lower)-ower)-降速降速 发电机过流保护发电机过流保护 分三级自动卸载分三级自动卸载 发电机合闸信号发电机合闸信号 复位按钮，用于复位复位按钮，用于复位 过流或逆功保护记忆，过流或逆功保护记忆， 发电机手动同步并车

29、按钮及发电机手动同步并车按钮及 合闸反馈输入信号合闸反馈输入信号发电机发电机3 3相电电流相电电流 用于发电机电流、功率测量用于发电机电流、功率测量 经电流互感器接入。过流和过经电流互感器接入。过流和过 载及逆功率保护等。载及逆功率保护等。 PROFIBUSPROFIBUS通信地通信地 址址( (拨码开关拨码开关) ) 电网汇流排和发电机电网汇流排和发电机3 3相电压相电压 用于电压、频率测量和合闸时机检测用于电压、频率测量和合闸时机检测 经电压互感器接入。经电压互感器接入。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 船舶电气设备及系统

30、 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 16.2.4 OP 7型液晶显示操作单元和型液晶显示操作单元和PLC单元单元 S7-315-2DP OP 现场设备现场设备 PC STEP 7 P R O C E S S F IE L D B U S 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 1 1）OP 7OP 7型液晶显示操作单元型液晶显示操作单元 液晶窗口用于显示系统的运行状态、故障信液晶窗口用于显示

31、系统的运行状态、故障信 息和实际的控制过程数值。息和实际的控制过程数值。 操作键包括两类：操作键包括两类： 一类是通常的数字（字符）键、一类是通常的数字（字符）键、“SHIFT”SHIFT”、 “DEL”DEL”、“ESC”ESC”、“ENTER”ENTER”和光标移动键等，和光标移动键等， 用于在查询和修改参数时输入信息。用于在查询和修改参数时输入信息。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 另一类是在另一类是在PMA71PMA71系统中，专门定义的功能键系统中，专门定义的功能键 “AUTO”AUTO”（自动模式）、（自动模式）、

32、“SEMI”SEMI”（半自动模（半自动模 式）、式）、“START”START”（起动发电机组）、（起动发电机组）、“STOP” STOP” （发电机组停车）、（发电机组停车）、“BREAK. ON”BREAK. ON”（发电机（发电机 主开关合闸）、主开关合闸）、“BREAK. OFF” BREAK. OFF” （发电机主（发电机主 开关断开）、开关断开）、“DISPLAY”DISPLAY”（显示）、（显示）、 “CONFIRM”CONFIRM”（确认）。（确认）。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 这些专门定义的控制功能键

33、用于向这些专门定义的控制功能键用于向PLCPLC单元单元 发出发出PMA 71PMA 71系统运行模式的选择命令和在系统系统运行模式的选择命令和在系统 运行于半自动控制模式时发出对发电机组的控运行于半自动控制模式时发出对发电机组的控 制命令等。制命令等。 使用这些功能按键取代了老一代自动化电使用这些功能按键取代了老一代自动化电 站主配电板上的常规选择开关和按钮，并用液站主配电板上的常规选择开关和按钮，并用液 晶显示板来显示系统设置改变之后的状态，可晶显示板来显示系统设置改变之后的状态，可 以使系统的自动功能更加灵活，各台发电机相以使系统的自动功能更加灵活，各台发电机相 互控制的配合更加方便，也

34、避免了传统硬件手互控制的配合更加方便，也避免了传统硬件手 动选择开关的位置不能自动跟随软件控制而变动选择开关的位置不能自动跟随软件控制而变 化的技术缺陷。化的技术缺陷。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 在在PMA 71PMA 71系统的技术手册中列出了使系统的技术手册中列出了使 用用OP 7OP 7单元对单元对PMA 71PMA 71系统进行操作的方法系统进行操作的方法 和比较详细的根据故障信息进行故障判断和比较详细的根据故障信息进行故障判断 的方法，操作人员必须掌握。的方法，操作人员必须掌握。 船舶电气设备及系统 2021-

35、7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 PLCPLC作为工控系统的核心和外部传感器、作为工控系统的核心和外部传感器、 执行机构一起组成了控制系统。在执行机构一起组成了控制系统。在PMA 71PMA 71 电力自动管理系统中，电力自动管理系统中，PLCPLC单元是系统的单元是系统的 控制核心，直接采集发电机的现场信息，控制核心，直接采集发电机的现场信息， 还接受还接受GENOP71GENOP71单元或单元或OP7OP7单元传来的测量单元传来的测量 值或操作命令，其任务有两方面：值或操作命令，其任务有两方面： 1 1、负责对本台柴油发电机组、负责对本台柴油发电机组(

36、(或轴周带发或轴周带发 电机的控制系统电机的控制系统) )的起动、停车逻辑。的起动、停车逻辑。 2 2）PLCPLC可编程序控制器可编程序控制器 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 2 2、各台发电机的、各台发电机的PLCPLC一起协同工作，负责对一起协同工作，负责对 电网断电、欠频的监视，发电机过负荷的保电网断电、欠频的监视，发电机过负荷的保 护，负责整个系统电能管理信息的处理。护，负责整个系统电能管理信息的处理。 根据负载状况或故障根据负载状况或故障(过电流、过负荷过电流、过负荷)状状 况，自动起动备用发电机组或实施停车顺序况

37、，自动起动备用发电机组或实施停车顺序 的逻辑控制，向各台发电机的的逻辑控制，向各台发电机的GENOP71发发 出并车指令和调频指令，管理并联运行中发出并车指令和调频指令，管理并联运行中发 动机功率的自动分配和电网频率的自动调整，动机功率的自动分配和电网频率的自动调整， 以及大负荷起动时的自动问讯控制等。以及大负荷起动时的自动问讯控制等。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 16.3 船舶电站自动化主要功能简介船舶电站自动化主要功能简介 GENOP71GENOP71单元在单元在PMA 71PMA 71型电力自动管理系统中型电力自动管

38、理系统中 所承担的发电机保护和自动并车功能之外，还对所承担的发电机保护和自动并车功能之外，还对 柴油发电机组的控制、船舶电网的监视和发电机柴油发电机组的控制、船舶电网的监视和发电机 的保护、电网功率的进行管理。的保护、电网功率的进行管理。 在维修柴油机、发电机、配电板时，为了防止在维修柴油机、发电机、配电板时，为了防止 机组的突然起动以及发电机接线端子和空气断路器机组的突然起动以及发电机接线端子和空气断路器 的突然带电，造成人员伤害或设备的损坏，电站的的突然带电，造成人员伤害或设备的损坏，电站的 运行管理维护人员必须熟悉电站工作的安全须知、运行管理维护人员必须熟悉电站工作的安全须知、 警告、维

39、修的步骤要求。警告、维修的步骤要求。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 16.3.1 对柴油发电机组的控制对柴油发电机组的控制 船舶付机一般都是中、高速柴油机，采用船舶付机一般都是中、高速柴油机，采用 压缩空气起动，喷入柴油机气缸内的燃油不是压缩空气起动，喷入柴油机气缸内的燃油不是 靠外界火源点燃的靠外界火源点燃的(汽油机为电火花点燃汽油机为电火花点燃)，而，而 是由活塞的压缩冲程，将已进入气缸的空气压是由活塞的压缩冲程，将已进入气缸的空气压 缩，产生高温，然后喷入雾化燃油自行发火。缩，产生高温，然后喷入雾化燃油自行发火。 一旦

40、发火，切断起动空气，柴油机自行运转。一旦发火，切断起动空气，柴油机自行运转。 柴油机的起动与停机的形式、起动方式、柴油机的起动与停机的形式、起动方式、 预润滑系统的设计及柴油机的操作机构等均有预润滑系统的设计及柴油机的操作机构等均有 关系。自动控制的程序可因船而异、因机而异。关系。自动控制的程序可因船而异、因机而异。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 上止点上止点 下止点下止点 行程行程( (冲程冲程) )，四冲程柴油机两圈发火一次，二，四冲程柴油机两圈发火一次，二 冲程柴油机一圈发火一次。冲程柴油机一圈发火一次。 船舶电气设备

41、及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 四冲程柴四冲程柴 油机换气质量好，油机换气质量好， 燃烧充分。采用燃烧充分。采用 四冲程中高速柴四冲程中高速柴 油机拖动发电机。油机拖动发电机。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 压缩空气压缩空气 在起动时，在柴油机在起动时，在柴油机 膨胀冲程送入压缩空膨胀冲程送入压缩空 气推动活塞下行，使气推动活塞下行，使 柴油机运转。柴油机运转。 柴油机转

42、速转速达到柴油机转速转速达到 发火转速后，开始喷发火转速后，开始喷 油，停止送入起动空油，停止送入起动空 气。气。 发火转速发火转速- -使柴油机能使柴油机能 连续运转的最低转速连续运转的最低转速 ( (怠速怠速) )。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 以上、下止点为基准，以上、下止点为基准， 用曲柄转角表示的进排用曲柄转角表示的进排 气阀、喷油器、起动阀气阀、喷油器、起动阀 开启和完全关闭的开启和完全关闭的 气阀启闭时刻称为配气气阀启闭时刻称为配气 定时，喷油器开启时刻定时，喷油器开启时刻 称为喷油定时。起动阀称为喷油定时。

43、起动阀 启闭时刻称为起动定时。启闭时刻称为起动定时。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 船舶自动化电站对某台柴油发电机组船舶自动化电站对某台柴油发电机组 的控制一般都设有的控制一般都设有“机旁手动机旁手动”、“遥遥 控半自动控半自动”、“自动自动”三种操纵方式的三种操纵方式的 转换。在不同的运行模式下，该台发电转换。在不同的运行模式下，该台发电 机组的起动、停车操作地点和方法不同，机组的起动、停车操作地点和方法不同， 其他的功能（例如同步并车的方法、有其他的功能（例如同步并车的方法、有 无自动调频调载，有无备用机组起动等）无自动

44、调频调载，有无备用机组起动等） 也不完全相同。也不完全相同。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 在机旁控制面板上的在机旁控制面板上的“手动手动/ /自动自动”选择开关放选择开关放 置置“手动手动”位置时，该台发电机组即被设置在位置时，该台发电机组即被设置在“机旁机旁 手动手动”运行模式。通常选择这种模式，在维修时绕过运行模式。通常选择这种模式，在维修时绕过 PMA71PMA71在机旁控制柴油机的起动或停车。在机旁控制柴油机的起动或停车。 此时，此时，PMA71PMA71系统对该发动机组的自动控制功能系统对该发动机组的自动控制功能

45、 或从或从OP71OP71液晶显示操作单元上对系统进行手动操作均液晶显示操作单元上对系统进行手动操作均 失去作用，但失去作用，但OP71OP71的显示功能依然有效，发动机的调的显示功能依然有效，发动机的调 速和主开关合闸只能在配电盘上手动进行。柴油机的速和主开关合闸只能在配电盘上手动进行。柴油机的 安全保护功能安全保护功能( (超速、滑油低压、冷却水高温等引起超速、滑油低压、冷却水高温等引起 的自动停车的自动停车) )依然有效。依然有效。 1）“机旁手动机旁手动”运行模式的功能运行模式的功能 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 “

46、机旁手动机旁手动”运行模式，运行模式，在机旁起动发在机旁起动发 动机，在并车屏进行手动准同步并车。在全动机，在并车屏进行手动准同步并车。在全 船电网停电时，可直接在配电盘上直接按某船电网停电时，可直接在配电盘上直接按某 发电机发电机( (已运行已运行) )的合闸按钮，向电网供电。的合闸按钮，向电网供电。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 2 2）“遥控半自动遥控半自动”运行模式的功能运行模式的功能 在机旁控制面板上的在机旁控制面板上的“手动手动/自动自动”选择开选择开 关放置关放置“自动自动”位置，在按位置，在按OP71操作单元

47、上的操作单元上的 “SEMI(半自动半自动)”按钮，该台发电机组即被设置按钮，该台发电机组即被设置 在在“遥控半自动遥控半自动”运行模式，在运行模式，在OP71面板显示面板显示 运行模式为运行模式为“遥控半自动遥控半自动”。此时，轮机员即可。此时，轮机员即可 在在OP71上进行发电机组的起动、停车和同步并上进行发电机组的起动、停车和同步并 车等控制操作。为了避免误操作，对于从车等控制操作。为了避免误操作，对于从OP71 的按钮发出的重要指令，通常要在的按钮发出的重要指令，通常要在预设的时间内预设的时间内 再按再按“CONFIRM(确认确认)”按钮来确认，否则，按钮来确认，否则， 该指令不会真正

48、执行。该指令不会真正执行。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 在在“遥控半自动遥控半自动”运行模式下，柴油机的运行模式下，柴油机的 安全保护功能安全保护功能(超速、滑油低压、冷却水高温超速、滑油低压、冷却水高温 等引起的自动停车等引起的自动停车)和发动机的保护功能依然和发动机的保护功能依然 有效。在发生故障时，该发动机组将和在有效。在发生故障时，该发动机组将和在“自自 动动”运行模式一样停车，但不会有备用机组起运行模式一样停车，但不会有备用机组起 动。动。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室

49、轮机学院电气及自动化教研室 （1）机组的起动）机组的起动 STARTSTART GENOP71GENOP71 柴油机柴油机 起动起动 运行运行 OP7OP7 PLCPLC 发电机发电机 Profibus DPProfibus DP 在在OP7OP7上上, ,按按“START(START(起动起动)”)”按钮按钮, ,且未有发电机组且未有发电机组 运行信号运行信号(PLC(PLC未收到未收到“达到发火转速达到发火转速”或或“发电机电发电机电 压超过压超过85%85%的输入信号的输入信号”) )，则，则PLCPLC发出柴油机起动信发出柴油机起动信 号，打开柴油机起动空气阀。号，打开柴油机起动空气阀

50、。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 STARTSTART GENOP71GENOP71 柴油机柴油机 起动起动 运行运行 OP7OP7 PLCPLC 发电机发电机 Profibus DPProfibus DP 如果起动成功如果起动成功, ,当当PLCPLC收到收到“达到发火转速达到发火转速”或或“发发 电机电压超过电机电压超过85%85%的输入信号的输入信号”，则起动信号撤消。，则起动信号撤消。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 STARTSTART GENOP

51、71GENOP71 柴油机柴油机 起动起动 运行运行 OP7OP7 PLCPLC 发电机发电机 Profibus DPProfibus DP 如果因为气源压力、气路控制或者柴油机故障，经过如果因为气源压力、气路控制或者柴油机故障，经过 预设时间预设时间( (可设置参数，如秒可设置参数，如秒),),仍没有达到仍没有达到“达到发达到发 火转速火转速”或或“发电机电压超过发电机电压超过85%”85%”的信号输入的信号输入PLCPLC，则，则 PLCPLC不再继续发出柴油机起动信号。不再继续发出柴油机起动信号。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动

52、化教研室 STARTSTART GENOP71GENOP71 柴油机柴油机 起动起动 运行运行 OP7OP7 PLCPLC 发电机发电机 Profibus DPProfibus DP 但如果系统预先选择了多次起动功能，则系统经过但如果系统预先选择了多次起动功能，则系统经过 “等待时间等待时间”( (可设置参数可设置参数) )，会再次发出起动信号。通，会再次发出起动信号。通 常最多次重复起动，满次还未起动成功，发次起常最多次重复起动，满次还未起动成功，发次起 动失败信息，并将该机组阻塞动失败信息，并将该机组阻塞( (从备用机组中剔除从备用机组中剔除) )。 船舶电气设备及系统 2021-7-1

53、课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 （2）开始同步并车）开始同步并车 在在OP7OP7上上, ,按按“BREAK.ON(BREAK.ON(断路器合闸断路器合闸)”)”按钮按钮, ,则自则自 动同步并车过程开始，发电机主开关将自动合闸，动同步并车过程开始，发电机主开关将自动合闸， OP7OP7上将显示相应的运行信息。上将显示相应的运行信息。 STARTSTART GENOP71GENOP71 柴油机柴油机 运行运行 OP7OP7 PLCPLC 发电机发电机 Profibus DPProfibus DP 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教

54、研室轮机学院电气及自动化教研室 但是，在发电机并网后，不进行负载自动分配但是，在发电机并网后，不进行负载自动分配( (转转 移移) )，必须在主配电板上手动负载转移。，必须在主配电板上手动负载转移。 STARTSTART GENOP71GENOP71 柴油机柴油机 运行运行 OP7OP7 PLCPLC 发电机发电机 Profibus DPProfibus DP 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 如果，在如果，在“遥控半自动遥控半自动”模式下，起动发电机组后，模式下，起动发电机组后， 再将该台发电机的运行模式切换到再将该台发电机的

55、运行模式切换到“自动自动”模式，在模式，在 模式切换后，发电机会自动同步并车，自动合闸，自模式切换后，发电机会自动同步并车，自动合闸，自 动负载转移至均功。动负载转移至均功。 STARTSTART GENOP71GENOP71 柴油机柴油机 运行运行 OP7OP7 PLCPLC 发电机发电机 Profibus DPProfibus DP 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 当发生船舶电网断电的情况时，可以直接按当发生船舶电网断电的情况时，可以直接按OP7OP7上上 按按“BREAK.ON(BREAK.ON(断路器合闸断路器合闸)”

56、)”按钮，或将该台发电机按钮，或将该台发电机 的模式切换到的模式切换到“自动自动”模式，都可以使发电机断路器模式，都可以使发电机断路器 合闸。合闸。 STARTSTART GENOP71GENOP71 柴油机柴油机 运行运行 OP7OP7 PLCPLC 发电机发电机 Profibus DPProfibus DP 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 （3）使发电机组停车）使发电机组停车 在在OP7OP7上上, ,按按“STOP”STOP”按钮按钮, ,且该台发电机组正处于与且该台发电机组正处于与 其他机组并联运行状态，系统将自动执行

57、其他机组并联运行状态，系统将自动执行“减负荷过减负荷过 程程”。 OP7OP7上显示上显示“延时停车延时停车”信息，信息，PLCPLC向向GENOP71GENOP71单单 元发出元发出“减速减速”指令，使该台机组的负荷减少到指令，使该台机组的负荷减少到“发电发电 机断路器最小功率机断路器最小功率”的限制值。的限制值。 STARTSTART GENOP71GENOP71 柴油机柴油机 减速减速 运行运行 OP7OP7 PLCPLC 发电机发电机 Profibus DPProfibus DP 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 当该发

58、动机负荷低于限制值时，当该发动机负荷低于限制值时，PLCPLC通过通过GENOP71GENOP71单元单元 发，使发电机断路器断开。然后，发，使发电机断路器断开。然后，PLCPLC向柴油机发出向柴油机发出“停停 机机”信号，信号，“停车停车”信号将一直持续到柴油机转速低于信号将一直持续到柴油机转速低于 发火转速，且超过预定的停车等待时间发火转速，且超过预定的停车等待时间( (可设置，可设置，3030秒秒) ) 才会撤销。柴油机停机，待到才会撤销。柴油机停机，待到“停车停车”指令结束，发电指令结束，发电 机组进入备用状态。机组进入备用状态。 STARTSTART GENOP71GENOP71 柴

59、油机柴油机 减速减速 运行运行 OP7OP7 PLCPLC 发电机发电机 Profibus DPProfibus DP 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 （4）使发电机断路器断开）使发电机断路器断开 在在OP7OP7上上, ,按按“BREAK.ON(BREAK.ON(断路器合闸断路器合闸)”)” 按钮按钮, ,且该台发电机组正处于与其他机组并且该台发电机组正处于与其他机组并 联运行状态，系统将自动执行联运行状态，系统将自动执行“减负荷过减负荷过 程程”。 OP7OP7上显示上显示“延时停车延时停车”信息，信息，PLCPLC 向向

60、GENOP71GENOP71单元发出单元发出“减速减速”指令，使该台指令，使该台 机组的负荷减少到机组的负荷减少到“发电机短路器最小功发电机短路器最小功 率率”的限制值。当该发动机负荷低于限制的限制值。当该发动机负荷低于限制 值时，值时，PLCPLC通过通过GENOP71GENOP71单元发，使发电机单元发，使发电机 短路器断开。短路器断开。 船舶电气设备及系统 2021-7-1 课 件 轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 3）“自动自动”运行模式的功能运行模式的功能 在机旁控制面板上的在机旁控制面板上的“手动手动/自动自动”选选 择开关放置择开关放置“自动自动”位置，在按位