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。
船舶电站及自动化 讲稿(一)2024
船舶电站及自动化讲稿（一）引言概述：船舶电站及自动化技术是现代船舶领域的重要组成部分，它为船舶提供了可靠的电力供应，并实现了船舶操作和监控的自动化。
本文旨在介绍船舶电站及自动化技术的基本原理和应用，以帮助读者对这一领域有更深入的了解。
大点一：船舶电站的组成1. 主机与发电机组成2. 电力分配与传输系统3. 电池组及备用电源4. 电气设备保护与控制装置5. 船舶电站的安全与维护大点二：船舶电站的工作原理1. 主机发电原理及电能转换2. 电力分配与传输的原理3. 电池组的工作原理与充放电控制4. 电气设备保护与控制装置原理5. 船舶电站的故障排除与维护技巧大点三：船舶电站的自动化技术1. 自动化控制系统的基本原理2. 船舶电站自动化的发展趋势3. 自动化控制系统在船舶电站中的应用案例4. 自动化控制系统的优势与挑战5. 自动化技术在船舶电站中的未来发展方向大点四：船舶电站的节能与环保策略1. 节能技术在船舶电站中的应用2. 环保要求对船舶电站的影响3. 船舶电站的环保措施与技术创新4. 船舶电站节能与环保的经济效益分析5. 船舶电站未来的节能与环保发展趋势大点五：船舶电站的发展与前景展望1. 船舶电站发展的历程与现状2. 全球船舶电站市场的潜力与竞争态势3. 船舶电站技术发展的机遇与挑战4. 船舶电站的研究与创新方向5. 船舶电站在未来发展中的重要作用与价值总结：本文详细介绍了船舶电站及自动化技术的基本原理、组成和应用。
船舶电站的自动化技术、节能与环保策略以及未来的发展与前景也得到了详细探讨。
船舶电站及自动化技术的不断创新与发展将为船舶行业带来更高效、安全和可持续的能源供应，并推动整个航海领域的进步与发展。
船舶电站及自动化-讲稿
第一节 船舶电力系统基本知识
• 二、船舶电力系统的特点及对其基本要求
1. 船舶电站容量较小 对船舶电力系统的稳定性提出了较高的要求 对自动控制装置的可靠性也提出了较高的要求
2. 船舶电网输电线路短 可省掉一套对电网的过载、短路保护装置
3. 船舶电气设备工作环境恶劣 需满足船用条件
第四节 逆功率继电器
6）同一类负荷有n台机组时，所需电网供给有功功率P6 P6 ＝P5·n
7）同组用电设备所需电网供给有功功率P0 P0 = P6·K0 = nK1K2K0P1 /η
8）无功功率Q0的计算 Q0 ＝P0 tanφ
φ——电动机的实际功率因数角
9）各组设备间总同时工作系数K0Ⅰ、K0Ⅱ
对第Ⅰ类负荷，考虑到各辅机和用电设备最大负荷的不同时性，同 时系数K0Ⅰ通常可选0.8～0.9
AH型框架式自动空气断路器电动机合闸型
自由脱扣机构、合闸操作机构原理图
FU
KA
6
～US
V10 R42
R43
C10
FU KAS
7
⑸. 合闸操作电路 1）电磁铁合闸操作电路
SB1
QF1
9
10
KA
KA
2）电动机合闸操作电路
KA
KA
KA
KA
⑹. 锁扣装置
V11～14
YA
图1-21 DW95电磁铁合闸操作电路原理图 SB1：合闸按钮；YA：电磁铁线圈；QF1：空气开关副 触头；KA：辅助继电器
tanφB ＝ QΣ / PΣ
φB ＝ tan –1QΣ/ PΣ
13）第Ⅲ类负荷计算时可不计，但应注意高峰负荷时可能该状态下短时 需要的最大负荷
船舶电站自动化(二)
船舶电站自动化（二）引言：本文是关于船舶电站自动化的第二部分，旨在深入探讨船舶电站自动化的相关概念、原理和应用。
船舶电站自动化是船舶电力系统中的核心技术，能够提高船舶电力系统的效率、可靠性和安全性。
本文将从以下五个大点展开论述。
1. 船舶电站自动化的基本原理1.1 电站自动化系统的概述1.2 电站自动化的基本要素1.3 电站自动化的工作原理1.4 船舶电站自动化的特点1.5 自动化控制与传统控制的比较2. 船舶电站自动化系统的组成与结构2.1 船舶电站自动化系统的整体结构2.2 主控制室及监控系统2.3 配电系统2.4 发电系统2.5 辅助系统3. 船舶电站自动化系统的工作过程3.1 输入输出信号的采集和处理3.2 逻辑与控制3.3 过程监视与报警3.4 执行控制3.5 数据记录与分析4. 船舶电站自动化系统的应用4.1 船舶电站自动化的优势与应用场景4.2 船舶电站自动化在船舶电力系统中的作用4.3 船舶电站自动化对船舶性能的影响4.4 船舶电站自动化的未来发展趋势4.5 船舶电站自动化的案例分析与经验总结5. 船舶电站自动化的挑战与解决方法5.1 船舶电站自动化面临的挑战5.2 提高系统可靠性与安全性的解决方法5.3 优化系统性能的解决方法5.4 降低系统成本的解决方法5.5 制定合理的维护与管理策略总结：船舶电站自动化是船舶电力系统中的重要组成部分，具有提高船舶电力系统的效率、可靠性和安全性的优势。
本文从船舶电站自动化的基本原理、系统组成与结构、工作过程、应用和面临的挑战与解决方法等五个大点进行了详细的论述。
随着船舶电力系统的发展和技术的进步，船舶电站自动化将在未来得到更加广泛的应用，并为船舶行业带来更大的效益。
船舶电站运行自动化
船舶电站运行自动化随着科技的不断进步和船舶电力系统的日益复杂化，船舶电站的运行自动化成为了提高船舶运行效率、安全性和稳定性的重要手段。
本文将探讨船舶电站运行自动化的现状、发展趋势和优势。
一、船舶电站运行自动化的现状当前，船舶电站的自动化程度正在逐步提高，这主要得益于电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的发展。
在许多现代船舶中，电力系统的运行已经可以实现自动化，这包括发电、配电、输电等环节。
在发电环节，自动化系统可以实时监控发电机组的运行状态，根据需要自动调整发电机的出力，以保持电力系统的稳定。
在配电和输电环节，自动化系统可以实现对电能的有效分配和管理，保证船舶电力系统的稳定性和安全性。
二、船舶电站运行自动化的优势船舶电站运行自动化的优势主要体现在以下几个方面：1、提高效率：自动化系统可以实现对发电机的自动控制，使发电机在最佳状态下运行，从而提高电力系统的整体效率。
2、降低成本：自动化系统可以减少人工操作和维护的成本，提高船舶电力系统的可靠性和稳定性，降低故障率，从而降低运营成本。
3、提高安全性：自动化系统可以实时监控电力系统的运行状态，及时发现并处理异常情况，从而提高电力系统的安全性。
4、优化资源配置：自动化系统可以实现电力的智能化分配和管理，使电力资源得到更合理的利用，从而提高船舶的整体运营效率。
三、船舶电站运行自动化的未来发展趋势随着科技的不断进步，船舶电站运行自动化的发展趋势主要体现在以下几个方面：1、高度集成化：未来的船舶电站自动化系统将更加注重整体设计和系统集成，实现各子系统的无缝衔接和协同工作，从而提高电力系统的整体效率和稳定性。
2、智能化：未来的船舶电站自动化系统将更加注重智能化技术的应用，如人工智能、大数据分析等，实现对电力系统的实时预测和智能控制，进一步提高电力系统的可靠性和安全性。
3、绿色环保：未来的船舶电站自动化系统将更加注重环保和节能，采用更高效的发电机组和环保技术，实现电力系统的绿色运行。
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。
船舶电站运行自动化
自动控制系统投入工作，按既定的程序，自动启动、停止机组。 • “遥控”是指在驾驶台或集控室用按钮对柴油机实行启、停控制。 • “机旁”是指在柴油机旁进行常规的手动启、停机组。 • 优先是指转换开关置于“自动”时，也能做“遥控”或“机旁”操作；
置“遥控”时，也可实现“机旁”操作，但不能有“自动”的功能； 置“机旁”时，“自动”及“遥控”功能均被取消。
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任务8.1 船舶电站自动化系统要求
• （6） 船舶电站的自动控制或遥控失灵时，应能进行手动控制或就地 控制（机旁）。
• （7） 瞬态条件所反应的信号（如电动机的自启动电流）不应使发电 机组产生不必要的自动启动。
• （8） 当故障断电后又恢复供电时，各电动机负载应能按程序启动， 以免产生过大的冲击电流而使主开关跳闸。
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任务8.4 船舶电站、柴油发电机组启动 与停止
• （8）当转速上升到额定值的90%时，可认为整个启动加速程序完成 了，应自动切断本机的预润滑系统，经适当延时（几十秒）后，接入 对本机的润滑油压力监视。这是因为柴油机自带的润滑油泵，在润滑 系统中建立必要的油压需要一定的时间，刚启动时，润滑油压力尚未 达到应有数值。若不经延时，接入监视，它将立即发出“油压低”的 误会信号，造成不必要的报警，甚至自动停机。
• 备用机组的启动，有“机旁”“半自动”（遥控）和“自动”三种方 式。当备用机组置于“自动”时，只要电网一停电，就形成启动指令。 柴油机用压缩空气启动，可以实现“三次启动”。成功后，若电网无 电，能直接自动合闸；停机的控制是由电磁铁切断燃油供给而实现的， 控制系统具有“模拟试验”的功能。
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2013-8-16
功能： PLC采集发电机组的现场信息和接受从GENOP71 型发电机保护/并车单元或OP 7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 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
发电机过负荷的保护 各台发电机的PLC通过MPI多口通讯总线传递信 息，组成了PMA 71系统的控制核心，实现对整 个电站的自动管理，负责电能管理信息的处理
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
能通过Profibus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 到PLC
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船舶电气设备及系统
2013-8-16
功能： 能接受PLC通过Profibus现场总线发出的指令
可以使用OP7型液晶显示操作单元变更GENOP 71的工作参数，传送到PLC，然后再由PLC传送给 GENOP 71。
下面以SIMOS PMA 71型电力自动管理系统进行说明
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船舶电气设备及系统
2013-8-16
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。
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船舶电气设备及系统
2013-8-16
(3)一只OP7型液晶显示操作单元
系统的人机界面
操作人员通过OP 7与PLC交换信息，对 PMA 71系统进行操作，并随时显示系统运行或 故障状态和用于对系统的工作参数进行修改 (4)一只DC 24V/DC 24V变流器
为PLC、GENOP 71、OP 7单元的工作提供 可靠的电源
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船舶电气设备及系统 信息通讯
2013-8-16
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 一个子系统来运行。 每台发电机的监控信息可以通过所属PLC上 的2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BUS-A，BUS-B两条通讯 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
CP: - 点-到-点 - PROFIBUS - 工业以太网
一台SIMATIC S7-315-2 DP 型PLC控制装置，包括： 带MPI通讯口的CPU模块 Profibus 通讯口模块 用于发电机控制的开关量输入/输出模块 对柴油机进行控制的开关量输入/输出模块
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船舶电气设备及系统
船舶电站自动化基本功能包括：
1、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 能自动投入、自动停机；
2、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车、电压及无功功 率的自动调节、并联运行中功率的自动分 配、转移与电网频率的自动调整，重载询 问(投入大负载时的自动询问装置)；
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船舶电气设备及系统
2013-8-16
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PLC控制技术实现的。 SIEMENS 公司基于PLC为核心的电力自动管理系统有 SIMOS PMA 52、 SIMOS PMA 53和SIMOS PMA 71 。 SIMOS PMA 52中PLC控制器是SIEMENS S5-115U SIMOS PMA 53中PLC控制器是SIEMENS S5-95U SIMOS PMA 71中PLC控制器是SIEMENS S7-315-2DP 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。
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船舶电气设备及系统
2013机保护/并车单元
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 这些专用模块在PLC的CPU工作的同时， 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PLC的CPU模块交换控制信息。 在PMA 71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。
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船舶电气设备及系统
2013-8-16
§16.1 概述 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 年的发展过程。 船舶电站自动化是实现机舱自动化、 进而实现无人值班机舱的必要条件。
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船舶电气设备及系统
2013-8-16
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船舶电气设备及系统
2013-8-16
GENOP 71单元承担对本台发电机控制基本任务：
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 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 在接到PLC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。 信号采集处理和通讯功能 采集、处理发电机和电网的信号，通过Profibus现 场总线把数据传送到PLC单元，供PLC对整个电站自 动化控制判断使用。
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船舶电气设备及系统
信息通讯
2013-8-16
每一台发电机组中，所属的PLC、GENOP 71和 OP7各单元之间通过高速可靠的Profibus DP 型现 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 所属PLC上CPU模块的MPI多口通讯接口（类似RS 485通讯）的光纤总线传递信息 。
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船舶电气设备及系统
2013-8-16
§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
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、自动并车进 行控制，以及发生机电故障时对本台机组的处理 等功能。（单机管理） 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 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。（整体管理）
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船舶电气设备及系统
2013-8-16
主要功能：
1. 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(过电流，过负荷)状况 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 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
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船舶电气设备及系统
2013-8-16
4. 发电机自动并车，自动调频调载
5. 短路保护 6. 在液晶显示操作单元上可以显示故障诊断 信息 7. 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 组时，可设置多次起动尝试
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船舶电气设备及系统
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船舶电气设备及系统
2013-8-16
第16章 船舶电站自动化
§16.1 §16.2 §16.3 §16.4 概述 船舶电站自动控制装置的系统组成 船舶电站自动化主要功能简介 船舶中压电力系统简介
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船舶电气设备及系统
2013-8-16
内容简介 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统 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 本功能的模块的工作原理。
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船舶电气设备及系统
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(2)一台GENOP 71型发电机保护/并车单元
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船舶电气设备及系统
2013-8-16
功能：
可以单独工作或与PLC一起集成在PMA 71系 统中工作 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
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船舶电气设备及系统
2013-8-16
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船舶电气设备及系统
2013-8-16
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船舶电气设备及系统
2013-8-16
(1)一台SIMATIC S7-315-2 DP 型PLC控制装置
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船舶电气设备及系统
2013-8-16
PS (可选)
CPU
IM
SM: DI
SM: DO
SM: AI
SM: AO
FM: - 计数 - 定位 - 闭环控制
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船舶电气设备及系统
2013-8-16
内部报警指示 输入端 自动卸载1，自动卸载2 自动卸载3，断路器脱扣1 发电机过流、短路和逆功 断路器脱扣2，逆功率 率故障信号扩展输出端 工作电源 系统故障（需要复位） (外部报警等) 24VDC/230VAC 发电机逆功率 PROFIBUS通信地 或短路保护 发电机过流保护 PROFIBUS，RS232 发电机调速器调频信号 址(拨码开关) 分三级自动卸载 通信接口 发电机手动同步并车按钮及 发电机合闸信号 R(Rise)-升速，L(Lower)-降速 复位按钮，用于复位 合闸反馈输入信号 发电机3相电电流 电网汇流排和发电机3相电压 过流或逆功保护记忆， 用于发电机电流、功率测量 用于电压、频率测量和合闸时机检测 经电流互感器接入。过流和过 经电压互感器接入。 载及逆功率保护等。 输出端 轮机学院电气及自动化教研室