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
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。
船舶电站自动化
(2)一台GENOP 71型发电机保护/并车单元
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）
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
8. PMA 71还具有和WGA 23d型轴带发电机控 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 。
两台发电机 并联运行时 的PMA 71系 统布置
⑤G①⑦②⑥ED显NDDIO发/I示OCD柴④/POD电O连/P操油D7OL通开7机1接C开M机1作信关控液变发关控模-板量光制模晶换量制电块模)纤块模)器机块块( ( 保护和并车模块
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
图中画出了管理两台发电机并联运行时的 PMA 71系统布置 每一台柴油发电机组配置有：
(1)一台SIMATIC S7-315-2 DP 型PLC控制装置 (2)一台GENOP 71型发电机保护/并车单元和测
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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SM: AO
FM: - 计数
- 定位
CP: - 点-到-点
- PROFIBUS
- 闭环控制 - 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
PMA-71系统的这种布置既适合分布布置的配电板 （即每1套PMA 71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 机的集中主配电板间的布置。
(1)一台SIMATIC S7-315-2 DP 型PLC控制装置
PS (可选)
CPU
IM
SM: SM: SM: DI DO AI
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）
早期由数字电路-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。
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 制器、并联运行控制器等子系统。
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)；
4、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）；
5、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 与修改。
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
8. PMA 71还具有和WGA 23d型轴带发电机控 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 。
两台发电机 并联运行时 的PMA 71系 统布置
⑤G①⑦⑥②E显DNDDO(I发示(/OCI④D柴PO/D电连/PO操D7油L通O7开机1接CM1开作机信关液控变发模-关控板光模量制晶换电量制块模纤)块器模)机块块 保护和并车模块
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
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。
积木式自动化电站由5种(4种)功能块组成，功能分 别为自动起动-停车装置、并车装置、电网监视器、负 荷控制器、功率分配器；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 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4个功能块组成。
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
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
图中画出了管理两台发电机并联运行时的 PMA 71系统布置 每一台柴油发电机组配置有：
(1)一台SIMATIC S7-315-2 DP 型PLC控制装置 (2)一台GENOP 71型发电机保护/并车单元和测
量传感器 (3)一只OP7型液晶显示操作单元 (4)一只DC 24V/DC 24V变流器
上述4个单元安装于每台发电机组的配电板上， 其中OP7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 装于配电板的正面，以便于操作。
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）
PMS-Power Management System
§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）
第16章 船舶电站自动化
§16.1 概述 §16.2 船舶电站自动控制装置的系统组成 §16.3 船舶电站自动化主要功能简介 §16.4 船舶中压电力系统简介
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。
§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。
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；