船舶应急发电机自动控制系统的研究

摘要

本文是在对船舶应急发电机自动控制系统进行了充分的理论研究与分析的基础上，依据中国船级社《钢质海船入级规范》对船舶应急发电机的相关规定，结合实船要求进行的《船舶应急发电机自动控制系统的研究与设计》。
　　 船舶应急发电机及其相关控制装置的性能指标是衡量船舶在各类工况下安全可靠运行的重要指标之一。在主电网失电情况下，船舶应急发电机自动控制系统性能的好坏直接关系到应急电力系统反应的快速性与准确性，会影响在应急情况下的船舶安全。针对上述问题，本文设计了一套符合规范要求的应急发电机人机交互(HMI)自动控制系统。该系统选用西门子触摸屏作为上位机，西门子公司生产的S7-300系列PLC作为下位机，触摸屏与PLC之间采用MPI协议组成的MPI网络实现通信。在上位机中，利用Wincc Flexible软件组态与制作了触摸屏画面，在下位机中，利用西门子公司的Step7编程软件编写了船舶应急发电机组的自动起动、自动停机、应急发电机主开关的自动合闸与分闸控制、故障报警、参数显示等程序。最后，在建立船舶应急发电机数学模型的基础上，利用MATLAB/Simulink工具对应急发电机组突加、突减负载工况进行了仿真，重点验证了调速系统和励磁系统在突加、突减负载工况时的调节结果，结果表明所建模型正确并满足中国船级社《钢质海船入级规范》的规定。利用S7-PLCSIM软件验证船舶应急电站自动控制系统的程序，结果表明该程序能满足船舶应急电站工艺要求以及中国船级社《钢质海船入级规范》。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 课题意义

1．2 船舶应急发电机控制系统国内外发展现状及发展趋势

1．3 可编程逻辑控制器(PLG)的优点

1．4 船舶应急电力系统

1．4．1 船舶电力系统的结构

1．4．2 应急发电机的容量

1．4．3 船舶应急电站的规范和要求

1．5 本文完成的工作

第2章 船舶应急发电机数学模型

2．1 柴油机数学模型

2．2 柴油机调速系统

2．2．1 调速器的分类

2．2．2 电子调速器数学模型

2．3 同步发电机数学模型

2．3．1 同步发电机理想化

2．3．2 同步发电机标准数学模型

2．3．3 同步发电机实用五阶数学模型

2．4 同步发电机的励磁系统

2．4．1 无刷同步发电机励磁系统

2．4．2 无刷同步发电机励磁系统的数学模型

第3章 船舶应急发电机系统仿真

3．1 MATLAB简介

3．2 船舶应急电力系统仿真模型

3．2．1 发电机模型

3．2．2 柴油机及其调速器模型

3．2．3 可控相复励无刷励磁系统模型

3．2．4 负载模型

3．2．5 船舶应急电力系统仿真模型

3．3 船舶应急电力系统仿真

3．3．1 仿真参数配置

3．3．2 空载起励仿真

3．3．3 突加、突减负载仿真

第4章 船舶应急发电机自动控制系统设计

4．1 硬件设计

4．1．1 信号采集单元

4．1．2 信号转换单元

4．1．3 PLC的选择

4．1．4 HMI与WinCC Flexible组态编程软件

4．1．5 触摸屏与PLC的通信

4．2 软件设计

4．2．1 自动起动模块设计

4．2．2 应急发电机主开关合闸模块设计

4．2．3 自动停机模块设计

4．2．4 应急发电机主开关分闸模块设计

4．2．5 报警模块设计

4．2．6 参数显示模块设计

4．3 人机交互的实现

第5章 总结

参考文献

致谢