第三篇16船舶电站自动化
船舶电站及自动化 讲稿
船舶电站及自动化讲稿船舶电站及自动化讲稿1、引言船舶电站及自动化是船舶工程中极为重要的一部分，它涉及到船舶的电力供应、能源管理以及船舶各个系统的自动化控制。
本讲稿将详细介绍船舶电站及自动化的基本概念、组成结构、工作原理以及相关的法律法规等内容。
2、船舶电站基本概念船舶电站是指为船舶提供电力供应的系统，包括发电机、电力配电装置、电池组、开关设备等。
船舶电站的主要任务是为船舶提供稳定、可靠的电力供应，并确保各个电气设备正常运行。
2.1 发电机组发电机组是船舶电站的核心设备，主要由发电机、传动系统和控制装置组成。
根据船舶的需求，发电机组可以选择柴油发电机、燃气发电机或者是涡轮发电机等。
2.2 电力配电装置电力配电装置用于将发电机产生的电能进行分配和传输，保证各个系统和设备得到合适的电力供应。
电力配电装置包括主配电柜、次配电柜、船舶充电装置等。
2.3 电池组电池组作为船舶电站的备用电源系统，用于在紧急情况下供应电力。
电池组可以为船舶提供短时间的应急电力，例如在发电机组故障时或者发生停电时。
2.4 开关设备开关设备用于控制和保护电气系统，包括断路器、接触器、隔离开关等。
开关设备的选型和布置对于船舶电站的安全和可靠性至关重要。
3、船舶自动化系统船舶自动化系统是指通过自动化技术对船舶各个系统的运行状态进行监测、控制和调节，从而实现船舶运行的自动化。
常见的船舶自动化系统包括动力系统自动化、导航系统自动化、船舶载货系统自动化等。
3.1 动力系统自动化动力系统自动化主要包括发电机组的自动控制、电力配电系统的自动化、蓄电池的自动监测和控制等。
通过动力系统自动化，船员可以实时监测电气设备的运行状态，提高船舶电力供应的稳定性和可靠性。
3.2 导航系统自动化导航系统自动化是指通过自动化技术对航行状态、船舶位置以及周围环境进行监测和控制，确保船舶的安全航行。
常见的导航系统自动化包括自动舵、自动引导、自动航行控制等。
3.3 船舶载货系统自动化船舶载货系统自动化是指通过自动化技术对货物的装卸、存储、运输和管理等过程进行自动化控制和调度。
PMS
L1060062009-03-10 14:23 电站管理系统PMS，Power management system电站自动化系统的历史与发展船舶电站是船舶的重要组成部分，而电站自动化是船舶自动化的主要内容之一。
电站运行的可靠性、经济性及自动化程度对保证船舶安全、经济航行具有重要意义。
随着船舶向大型化和多功能化发展，对船舶电站提出的要求也越来越高，因而船舶电站在近几十年中有了很大的发展，其发展的突出标志是自动化。
国外船舶自动化一开始大多是从电气部分着手，从最原始的手动本地操纵进化成手动遥控操纵，再进一步发展成半自动控制，最后发展到目前的最高水平的电站全自动控制的无人值班机舱。
早在60年代初期，日本、德国、英国等国就有电站单元自动化装置，如:英国的MMF自并车装置，日本的XET自动并车装置和XPT自动负荷分配装置。
到70年代中后期，人们在单元自动化装置的基础上，把它们系统地组合成成套电站自动化设备，系统可在集控室进行集中控制，如:“里言斯顿”号船上的SEPA电站自动化控制系统，日本“星光”号船上电站自动化系统。
随着微型计算机的发展和推广应用，在80年代初期国外研制成功了微型计算机单机控制系统，如:用在我国“德大”轮上的日本大发公司配套的电站自动化控制系统，广州远洋公司15000吨上使用的丹麦SEMCO公司的APM电动自动化系统。
到80年代中后期，随着微机网络技术的日趋成熟，国外众多国家相继开发研制多微机分布式网络型自动化控制系统，如:西门子、AEG TERASAKI Kongsberg ABB等国际著名的大公司近期的产品，是目前国际上最新技术产品。
我国在船舶电站自动化方面起步较晚，而且计算机技术发展和应用落后于国际水平。
因此，在电站自动化技术方面存在很大差距。
前儿年，国内研制生产并投入使用的电站自动化产品，在技术上大都相当于国外六七十年代的产品，是分立元件单元化控制装置，在测量、控制精度及性能稳定性和可靠性方面均不太理想。
船舶电站自动化
这些专门定义的控制功能键用于向PLC单元 发出PMA 71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 制命令等。
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 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 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 化的技术缺陷。
§16.3 船舶电站自动化主要功能简介
GENOP71单元在PMA 71型电力自动管理系统中 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 的保护、电网功率的进行管理。
操作键包括两类： 一类是通常的数字（字符）键、“SHIFT”、
“DEL”、“ESC”、“ENTER”和光标移动键等， 用于在查询和修改参数时输入信息。
另一类是在PMA71系统中，专门定义的功能键 “AUTO”（自动模式）、“SEMI”（半自动模 式）、“START”（起动发电机组）、“STOP” （发电机组停车）、“BREAK. ON”（发电机 主开关合闸）、“BREAK. OFF” （发电机主 开关断开）、“DISPLAY”（显示）、 “CONFIRM”（确认）。
TERASAKI公司的电力自动管理系统有 GAC-5 TYPE C、 GAC-16M等
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。
下面以SIMOS PMA 71型电力自动管理系统进行说明
16.2.2 SIMOS PMA 71型电力自动管理系统的系统组成
SIMOS PMA 71 型电力管理系统（以 下简称为PMA 71）是SIEMENS公司的新一代 电站自动化产品，安装于我国“泰安口” 等许多远洋船舶。
船舶电站自动控制系统的设计分析
船舶电站自动控制系统的设计分析【摘要】船舶电站在船舶运行中起着至关重要的作用，其自动控制系统的设计分析显得尤为重要。
本文深入探讨了船舶电站自动控制系统的基本原理、设计要点、关键技术、实现方案以及应用前景。
通过对系统设计的深入分析，可以有效提高船舶电站运行的效率和安全性，降低运行的成本和人力成本。
文章总结了船舶电站自动控制系统的设计分析，提出了未来的研究方向，并得出结论。
船舶电站自动控制系统的发展将为船舶行业带来更大的便利和发展空间，具有重要实践意义和推广价值。
【关键词】船舶电站、自动控制系统、设计分析、基本原理、设计要点、关键技术、实现方案、应用前景、研究方向、结论、船舶能源管理1. 引言1.1 研究背景船舶电站是船舶上的主要能源供应系统，负责为船舶提供电力。
随着船舶电站的发展和智能化水平的提高，船舶电站自动控制系统的设计和研究显得尤为重要。
在传统船舶电站中，通常需要人工干预和监控，存在着效率低、安全性差等问题。
研究船舶电站自动控制系统，实现对整个船舶电站的自动化管理，已经成为当前研究的热点之一。
船舶电站自动控制系统的研究背景主要包括：一是随着船舶规模的不断扩大和船舶电力需求的增加，在实际操作中存在着人力不足、操作复杂等问题，需要进行自动化控制；二是随着船舶电站设备的智能化发展，需要设计一套能够有效控制和监控船舶电站的系统，提高电站的工作效率和安全性；三是随着能源节约和环保意识的不断提升，通过优化船舶电站的控制系统，可以实现能源的有效利用，减少排放，达到节能减排的目的。
研究船舶电站自动控制系统的设计和分析，对于提高船舶电站的运行效率，确保船舶航行安全，实现节能减排具有重要意义。
1.2 研究目的本研究的目的是通过对船舶电站自动控制系统的设计分析，深入探讨该系统的基本原理、设计要点、关键技术、实现方案以及应用前景。
具体来说，我们希望通过本研究的成果，为船舶电站自动控制系统的设计和应用提供参考和指导。
船舶电站自动控制系统的概述
１ 引言
船 舶 电站 自动 控 制 系 统 也 称 船 舶 电站 自动 管 理 系统 ，能 够监 测 电网重要 设备 的运 行状 态 ，控 制 发 电机 组 与主配 电板 。在各 工况 下 ，通 过对 电站 状 态 的合 理调 节 ， 确保 电站 持续 、 可靠 与 经济 的运 行 ， 保 证 电力 的持 续供给 与 品质 。随着 现代 船舶 电站 自
ＭＭＦ自动并 车和 ＸＰ Ｔ 自动 负荷 分配装 置 ： ７ ０年 代
后 ，形成 了功 能齐 全 、性能稳 定 的并 由数字 集成 电 路 和 线 性 模 拟 集 成 电 路 组 成 的 控 制 系 统 ， 如 Ｓ Ｉ ＭＥ ＮＳ公 司 生产 的 Ｅ Ｅ Ａ ． ２ ２ ；８ ０年代 ，随着 微 型
司 的产 品及 我 国上 海 船 舶运 输研 究 所 的 Ｃ Ｙ８ ８ ０ ２ Ｃ 等 ，这 些控 制系 统 在各种 船舶 电站 控制 中得到 了较
广 泛 的应用 。
型其他 船舶 提供 参 考。
关键词 ：船 舶 电站 自动控 制 Ｐ ＭＳ
２ 现 代 船 舶 电站 自动化 系统 的作 用 与 功 能
研 究 方 向 ：船 舶 电气 自动 化 。
６ 科技与 管理 ２ ０ １ ３ ／ ３
《 科 技 与管理 》２ ０ １ ３年 第 ３期 负荷 可直 接投 入 ，当 电 网功 率 余量 不 富裕 时需待 备 用 机 组启 动投 入 电网并 联运 行后 ，才允 许 大负荷 启
动。
等 电器 的状 态显 示在 显示 屏 上 ，形成 友好 的人 机 界
电 网及 并 网后执 行恒 频与 负载 分配操 作 。
船舶电站及自动化
船舶电站及自动化一、 电力系统的组成1. 船舶电力系统主要是由电源、配电系统、配电装置、电网与负载四部分组成，其单线图如图1-1所示。
MCCB 1MCCB 2 ACB 1MCCB 3 G 1MSBM 1 M 1MCCB 4MCCB 5MCCB 6 ACB 2G 2ACB 3G 3ISW 1ISW 2MCCB 10380V/220V ISBIDSB DSB MCCB 7 DSBMCCB 8MCCB 9 M 3M 4 RSB EDSBMCCB E ACB E EG 380V/220V ESB EISB ET r T r图 1-1 船舶电力系统简图G 1、2、3-主发电机；EG-应急发电机；ACB-发电机主开关；ACB E -应急发电机主开关；MSB-主配电板；ESB-应急配电板；MCCB 1-10-配电开关；DSB-分配电板；RSB-无线电分配电板；MCCB E -应急配电开关；MCCB 1-2-隔离开关；ISB-照明配电板；EISB-应急照明配电板；IDSB-照明分配电板；EDSB-应急分配电板；T r -照明变压器；ET r -应急照明变压器。
电源：船上常用的电源装置是柴油发电机组和蓄电池。
配电装置：配电装置是电源和负荷进行分配、监控、测量、保护、转换、控制的装置。
配电装置主要可分为主配电板、应急配电板、分配电板（动力、照明）、充放电板等。
电网：电网是全船电缆电线的总称。
船舶电网根据其连接的负荷性质可分为动力电网、照明电网、应急电网、低压电网、弱电电网等。
二、电力系统的特点及对其基本要求1.船舶电站容量较小陆上电网容量一般在几百万~几千万千瓦，单机容量大多在数十万千瓦；一般远洋船舶主电站大多装三台发电机组，发电机容量为400~800KW。
船用发电机调压器、原动机调速器的动态特性与陆上发电机组相比具有较高的指标要求。
有强行励磁能力，发电机组应能承受较大的过载能力。
另外，由于船舶工矿变动也较频繁，因此对自动控制装置的可靠性也提出了较高的要求。
船舶电站及自动化控制系统
第一节
船舶电力系统基本知识
• 四、船舶电站容量的确定和发电机组台数的选择 2. 电站容量的确定与发电机组台数的选择 ⑴. 满足船舶在各项运行工况下用电量的需求 ⑵. 每台发电机组的最高负荷为80～85%左右 ⑶. 必须设有备用发电机组 ⑷. 一般应选用同容量同型号的发电机组 ⑸. 使用的发电机组台数应尽可能少些，一般选用三台发电 机组
6）根据上述计算，选择发电机组的功率和数量，并核算各工况下发电 机的负荷百分率，一般来说发电机应有10～20%的储备功率，最后用Pmax 来校验发电机的过载能力是否满足
第一节
• 五、船舶电网 1. 船舶电网的线制
三相三线绝缘系统 三相四线系统
船舶电力系统基本知识
M
a) 三相三线绝缘系统
M
利用船体作中性线回路的三相三线系统
船舶电站及自动化
第一章 船舶电力系统与配电装臵
第一节 船舶电力系统基本知识
第一节
船舶电力系统基本知识
• 一、 船舶电力系统的组成
电源∶ 电源是将机械能、化学能等能源转变成电能的装臵
配电装臵∶ 配电装臵是对电源和负荷进行分配、监视、 测量、保护、转换、控制的装臵 电网∶电网是联系发电机、主配电板、分配电板和负荷间 的中间环节，是将电源的电能输送到负荷端的媒体 负荷∶ 电动机、电加热器、照明等
图 1-5 MCCB t 2 , I21 M MCCB
G
ACB t 1 , I1 MCCB t 2 , I22
t 3 , I31 M MCCB M t I
3 , 32
船舶电网短路保护示意图
第一节
• 六、船舶配电装臵
船舶电力系统基本知识
1. 船舶配电装臵分类
⑴. 主配电板 ⑷. 岸电箱 ⑵. 应急配电板 ⑸. 分配电箱 ⑶. 充放电板
船舶电站及自动化
船舶电站及自动化船舶电站及自动化1. 引言1.1 背景介绍1.2 目的和范围2. 船舶电站概述2.1 定义与功能说明- 船舶电站是指供应、分配和控制整个船上各种用电设备所需能量的系统。
- 主要功能包括发电、储能、变压器转换以及负载管理等。
3. 设计原则与标准规范3.1 国际海事组织（IMO）相关法规要求- SOLAS公约：国际人命安全条例，对于火灾预防和消防装置有详尽描述。
- MARPOL公约：关注环境保护问题，在设计中需要考虑废水处理等方面。
3..2 IEC标准：- IEC60092系列: 关于低压主开关柜(LVMD) 和高度集成型驱动技术(HIDT)- IEC60533 : 对辐射干扰进行了限定4.重点子系统介绍a) 发动机房内部结构布局图；b) 高/低速柴油发生机选择依据；c）燃气轮机特性和选择依据；d）发电机组特性及其选型原则；e) 低压开关柜设计与布置图。
f) 高度集成驱动技术(HIDT)g) 船舶自动化系统的功能模块h）燃油供应系统5. 安全措施a) 火灾预防与消防设备安装位置示意图；b）紧急停车按钮设置要求。
6.维护保养计划- 核心设备检查周期表格（如：主发电机、变频器等）7. 监测仪表说明a). 发生机参数监视指标b). 柴油轮机运行数据记录8.附件- 设计草稿文件9.法律名词及注释：SOLAS公约: 国际人命安全条例，是国际海事组织(IMO, International Maritime Organization )制定并推广执行的一项重要规范。
该公约包括了对于火灾预防和消防装置有详尽描述。
10. 结束语本文档涵盖了船舶电站及自动化方面的各个章节内容，并提供相关法律名词解释以帮助读者更好地理解。
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16.2.4 OP7型液晶显示操作单元和PLC单元 1） OP 7型液晶显示操作单元
4行字符，30个操作键→可与PLC通信，作用：
显示系统的运行状态、故障信息和实际的控制过 程数值。
键：
1、数字键（字符键）、SHIFT、DEL、ESC、 ENTER，光标移动键； 2、功能键AUTO、SEMI、START、STOP、 BREAK.ON、BREAK.OFF、DISPLAY、 CONFIRM、
16.3.2 船舶电网的监视和发电机的保护功能 1） 船舶电网的监视
（1）电网断电的监视
（2）电网频率过低的监视
（3）电网电压过高或过低的监视
2） 发电机的保护功能
（1）短路保护 （2）过电流保护 （3）过载保护 （4）逆功率保护
16.3.3 PMA 71的功率自动管理功能 1） 备用机组的自动起动和低负荷时的自动解列
为了提高速度而采用的专用模块，功能： 1.发电机保护： 短路、过电流、逆功率、分级卸载、延时跳闸； 2.自动并车： 接到PLC的并车指令，控制并车； 3.信号采集处理和通信。
1） GENOP 71单元的外观及接线端子示意图
2） GENOP 71单元的发电机保护功能
3） GENOP 71的发电机自动同步并车功能
§16 -2 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 按控制任务分： 1. 单机：起动、停机、自动并车、故障处理 2. 系统：功率管理、故障处理、通信 按控制方式分： 1. 总体：总体控制单元、子单元（起停控制、 并联运行控制） 2. 积木：自动起动－停车装置、并车装置、电 网监视器、负荷控制器＋功率分配器
OP71除了不能手动起动、停止，其他有效：
显示功能有效、超速滑油低压冷却水高温等保护有 效、手动并车调速、主开关合分
2） 遥控半自动
手动/自动旋钮置自动位置，按OP 71功能键“SMEI”即进 入遥控半自动；故障可自动停但不会有备用起动。 （1）机组的起动
START→检测转速、电压→起动，延时5秒检测成功
3） 自动运行模式的功能
手动/自动旋钮置自动位置，按OP 71功能键“AUTO”即 进入自动；发电机组的起动停车自动完成。 （1）机组的起动
若机组备用，则全船断电或者另一台机组发出起动备用 机组命令，则自动起动 （2）自动并车 （3）机组的停车
☆紧急停车保护、发电机短路、逆功率→脱扣→停车 ☆过载保护或者执行延时停车
（2）GENOP 71型发电机保护、并车单元
功能： 1、可单独或与PLC一起集成在PMA中工作； 2、负责电网电压、发电机电压、电流的采集处理； 3、过电流分级卸载、逆功率短路保护、自动并车； 4、通过Profibus总线将处理过的信息送给PLC并 接受PLC发出的指令；
5、可使用OP7液晶显示操作单元变更参数送给 PLC再由PLC传回使用。
（2）同步并车 按BREAK.ON钮→自动并车、合闸、但不均功
全船断电可按此钮，或者模式为自动，都可以合闸
（3）使发电机组停车
按STOP钮→自动减负荷，OP71显示延时停车信息 →PLC发出减速指令→负荷减少到设定→断路器断开→停 车信号→转速＋时间
（4）使发电机断路器断开
按BREAK.OFF钮→自动减负荷，OP71显示延时停车 信息→PLC发出减速指令→负荷减少到设定→断路器断开
4） 起动失败的处理
若起动失败→阻塞该机组→下一备用起动；可手动阻塞； 可以设定断路器断开后空载运行一阵
5） 预润滑功能
OP71可选择：周期性自动预润滑、起动前进行预润滑、 连续的预润滑、不设预润滑
6） 对柴油机的安全保护功能
4个开关量：超速、滑油低压、冷却水高温、滑油高温
并联5.6KΩ电阻，检测断线，避免扰动延时1秒
2）PLC可编程序控制器单元
PLC+外部传感器＋执行机构→控制系统，任务： 1、负责本机组的起动、停车控制
2、同其他PLC协同工作，监视电网，负责整个系统 电能管理
§16 -3 船舶电站自动化主要功能简介
16.3.1 对柴油发电机组的控制 自动化船舶电站控制柴油发电机组一般设有：机 旁手动、遥控半自动、自动三种方式的转换。 1） 机旁手动
（1）SIMATIC S7-315-2 DP型PLC装置
组成： 1、带MPI通信口、profibus通信口的CPU模块 2、发电机、柴油机开关量输入、输出模块 功能： 1、采集信息（发电机＋GENOP 71＋OP7）； 2、发电机组控制、断电欠频监视、过负荷保护
3、MPI多点通信
4、根据负载、故障状况，发出起动、停车、并车、 自动调频调载指令。
16.2.2 SIMOS PMA 71型电力自动管理系统的组成
西门子公司生产，功能： 1.船舶电网监视（断电、频率过低）； 2.据负载状况或故障状况自动起动发电机组； 3.过电流、逆功率、三级卸载、自动停机； 4.自动并车、自动调频调载； 5.短路保护 6.液晶显示； 7.重载询问、自动解列，可设定多次起动。
（3）OP 7型液晶显示操作单元
安装于配电板正面，便于操作。
（4）DC24V、 DC24V变流器
另外： 1、发电机各模块通过Profibus DP现场总线通信； 2、各发电机之间通过MPI 多口通信接口通信； 电压、电流的采集处理；
3、还可设上位机监视，由PLC所属的2个通信模 块连接通信。
16.2.3 GENOP 71型发电机保护、并车单元
内容简介 本章主要介绍船舶自动化 电站的功能，自动化电站实例， 中压电力系统简介。
§16 -1 概述
船舶电站自动化出现于70年代，具备下 述的功能： 1.顺序起动、自动投入、自动停机 2.故障解列、停机控制； 3. 自动并车、电压、频率、有功、无功自动 调节、重载询问； 4.综合保护：故障自动处理、报警 5.运行状态显示、故障监视，设定值修改
（1）备用机组的起动顺序和机组停机的解列顺序 （2）过电流、过载、电网频率低引起的备用机组的自动 起动
2） 并联机组的功率分配和电网频率的自动调整
（1）并联机组负载分配的控制
比例分配、不平衡分配
（2）电网 -4 船舶中压电力系统简介