船舶电站自动控制系统的设计分析
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摘 要
随着船舶运输行业的不断发展，对运输的要求不断提升，对应的船舶电站自动控制系统设计需不断优化和改进，这样才能满足船舶运输业发展的需求。本文主要介绍了船舶电站以及自动化系统相关概念、作用，对船舶电站自动化控制系统设计思路进行分析，并从软硬件系统设计入手，提出船舶电站自动化控制系统设计与实现的策略，希望为实际的船舶电站自动化控制系统设计提供相关参考。
关键词
船舶电站;自动控制系统设计;有效策略
中图分类号： TM76;TM63 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 29
船舶作为海上运输的重要运输工具，由于其运行环境具有一定的特殊性，为了确保其运行的安全性、稳定性，不仅需做好日常的管理、养护工作，还需增强其控制系统的可靠性。同时，随着当前船舶制造朝着大型化、复杂化等方向发展，这些发展趋势增加了控制系统设计的难度，而在网络化、自动化等技术不断成熟的背景下，为船舶自动化控制系统设计提供有力支持，根据船舶实时运行状态进行有效控制，确保船舶电站持续、稳定运行，一定程度能够减少船舶事故发生的概率。
1 船舶电站自动化系统相关概述
1.1 船舶电站
船舶电站作为船上重要的电力辅助装置，主要由原动机、发电机以及信号处理板等设备构成，为整条船只运行提供持续不断的电能[1]。以电流形式对其分类，分为直流船舶电站和交流船舶电站两类;以功能进行分类，分为主电站、应急电站以及临时应急电站三类，船舶的日常供电需要发挥主电站的作用，在主电站出现故障的情况下，需发挥应急电站供电的功能，来确保船舶重要设备正常运行，而临时应急站只能保障船上最重要设备短时间内正常运行。
1.2 船舶电站自动化系统的作用
首先，自动对船舶上相关电气参数、信号等进行检测、记录以及报警，有效控制发电机组。比如在部分发电机组启动困难的情况下，可借助船舶自动化控制系统将启动指令发送给其他机组，或者船舶电站的备用机组在接收指令后自动启动，为整个船舶设备提供电能。同时，在汇流排不带电情况下，自动化控制系统能将机电组自动接道电网中。
其次，在两台机组并联工作的情况下，借助自动化控制系统能实现自动调频、调载设备与调速器相互配合工作，将电网频率维持在正常范围内，根据机组容量来实现各机组功率的合理分配[2]。当船舶电站处于超负荷的情况下，需及时卸载一些不重要的负载，通过自动化控制系统可以根据负载的条件实现自动分级卸载，为船舶其他重要设备连续供电提供有力保障。同时，当电气火灾机械发生故障的时候，自动化控制系统能够实现对其他重要设备的及时保护，可以自动对主电站和应急电站供电方式进行切换。
最后，当船舶启动一些大容量用电设备之前，可以利用自动化控制系统检查电站发电机组是否满足该用电设备启动所需电量，如果检查其用电量能够得到满足，允许该设备启动;反之，需要在启动备用发动机的基础上启动该设备。同时，船舶电站自动化系统具有模拟实验的作用，发挥其功能自动对船舶电站性能进行有效检测，确保各项设备能够正常运行。
2 船舶电站自动化控制系统设计思路
由于船舶电站自动化控制系统是由多个部分构成的，在对该系统进行设计的过程中可以采取模块控制法来实现，将CAN总线与可编程控制器进行有机结合，这样才能实现船舶电站自动化控制。其中该系统在运行过程中，可以借助传感器来收集电站各环节的信息，在对初步信息进行处理的基础上，将信息发送给可编程控制器，对这些信息进行分析来了解各设备工作情况，以监测结果为依据提出对应的管理策略。系统功能模块具体体现在以下方面：
2.1 现场控制模块
船舶自动控制系统是由相同或者不同的组网方式的现场控制网络、管理级网络构成的，根据分解方式将每个级的网络分解成多个子集。船舶的每个控制现场是由现场控制单元组成，能够对多个回路进行独立控制，实现对相关信息的采集、处理[3]。比如对电网、发动机压力以及电流等信息进行收集、处理，将加减速等指令发送给发电机，信号输出模块对其功能进行控制，将船舶电站参数以动态的形式显示出来，根据所接受到的指令完成相关操作。
2.2 信息采集模块
船舶自动控制系统中信息采集模块主要是实现信号采集，比如对电压信号、频率信号等进行采集，借助电压互感器电磁隔离方式将高压与电路进行有效隔离，检测发动机、电流信号来实现调载功能。对于相位差信号的采集，可以借助周期法对输出频率的值进行计算，对比所采集的频率值。
2.3 自动调载、调频
随着船舶电站工作时间的延长，各项设备运行参数会发生一些变化，电网运行的可靠性、稳定性等将会受到一定影响。针对这种现状，可以通过优化CAN总线设计来增强电网的整体性能，以满足船舶电站自動化控制系统功能需求。同时，在系统设计完成的基础上，通过磁力系统对电站各个节点压力进行调节，促使电网功率合理分布，间接性提高功率的有效性。
3 船舶电站自动化控制系统设计与实现
以船舶电站构成、原理等为参考，对其自动化控制系统进行合理设计，结合船舶电站实际情况，对影响船舶电站运行的各方面因素进行分析，确保该系统设计的可行性。
3.1 软件系统设计
对于由多台机组相互配合实现供电的船舶电站而言，为了实现全面自动化控制，要求在软件系统设计过程中，形成各环节自动连接的具有可靠性的总体控制系统，这样能够对电站内部各设备负载参数、信息等进行准确收集，对所收集的进行分析、判断，提出具有可行性的措施[4]。比如借助计算机来收集电站各方面的信息，对通过相关指令发送来实现部分参数的调整和修改，利用计算机编程与开发技术做好诊断、评估以及报警。同时，该系统能对电站运行过程中潜在的问题进行预测、评估，根据评估结果做好相关应急策略，一定程度能降低该系统故障发生的概率。 3.2 硬件系统设计
由于船舶自动化控制系统硬件设备主要分为集控台、可编程控制箱这两部分，可编程控制箱作为下位机，要求完成开关量、模拟量等相关操作，控制台作为上位机，要求将开关遥控、运行参数以及运行信息等显示出来。比如上位机和下位机在串口方式下实现有效通信，通过转换器将通信距离控制在规定范围中，借助转换器将电压、电流等模拟信号传输给模拟端口，最后在处理、计算等基础上传输给上位机，将这些模拟信号以数值形式显示出来。
同時，当该系统处于本地控制模式状态下时，上位机只能显示船舶电站的状态，不能对电站的开关指令进行具体操作，但通过手动操作可以实现电站集控台个波段开关的控制，实现开关的通断。当该系统处于遥控作业模式情况下，上位机可以利用鼠标实现开关的通断，将当前电站的状态显示出来，上位机可以实现实时数据的传输和控制命令的传达，对应的控制动作可以有效完成。
3.3 船舶电站自动控制系统的实现
对该系统整体界面的监控，能了解船舶电站自动化控制系统设计情况，从操作界面中可以了解电站自动运行、自动并车以及解列等完成情况，通过各机组参数控制界面来实现所需数据的存储、打印。发电机根据控制中心所发生的指令，来完成开关通断、机制并车以及负荷转移等操作，对于采油机而言，除了完成增减速、启动或暂停等操作之外，还可以对备车有效控制，来实现船舶电站的自动化控制。
同时，与船舶电站自动化采取的无触点控制系统相比较，当前所采取的自动化控制技术趋向于结构化、模块化。伴随着计算机控制方式的转变，在网络、通信技术等影响下，船舶电站运行通用性、可靠性等得以提升，在该系统具体设计过程中，需要以船舶情况为参考，全面考虑影响该系统运行的因素，这样所设计的自动化控制系统才能更好发挥其性能，增强实用性。
4 结语
综上所述，在当前科技不断更新过程中，自动化技术被应用于各行业中，其中船舶电站自动化控制系统的设计，顺应了当前该行业发展的需求。随着船舶电站建设的要求不断提高，为了确保其稳定、高效运行，需要以系统设计原则、方向等为参考，对自动化控制系统设计各环节进行优化和改进，通过收集该系统运行过程中相关数据来检测器运行状态，对其有效控制，促使该控制系统可行性提高。
参考文献
[1]彭煦.关于船舶电站自动控制系统的设计分析[J].军民两用技术与产品，2017（12）.
[2]何幼富，郑少霓.船舶电站综合控制系统的设计[J].广州航海学院学报，2015（2）：9-11.
[3]王爱军.基于CAN总线的船舶电站自动控制系统设计[J].南通航运职业技术学院学报，2015（02）：28-32.
[4]程晓夏，厉善亨.基于CAN总线和PPU船舶电站自动控制系统设计[J].科技资讯，2012，（009）：15-15.
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