船舶自動供配電控制系統的設計分析研究

熊東亮 江西省信江船閘通航中心

林石 江西省港航建設投資集團有限公司

船舶是水上交通運輸的主要載運工具，因為水上環境相對比較特殊，所以要保證其功能運行的穩定性和安全性，在把日常管理和維護工作做好的同時，還須提高其操控系統的運行控制可靠性。現代船舶的一系列作業控制，首當其沖離不開供配電系統的優質高效控制和運行。現今造船業正朝著復雜化、大型化等方向快速發展，與之配套，船舶供配電系統設計和建造的復雜性也在不斷升級。但如今自動化、網絡化等技術越發成熟，這些技術能夠在設計船舶供配電系統時發揮助力作用，有助于船舶供配電穩定持續運行。

1.船舶自動供配電控制系統概述

1.1 船舶供配電

船舶供配電屬于船上主要輔助設施，由發電機、原動機和信息處理板等裝備組合而成，可以保障船只在運行時具備充足的電能。對其按電流樣式分類，分為交流船舶供配電及直流船舶供配電2類；按功能開展分類，分為主供配電、應急供配電和臨時應急供配電3類，主供配電在船只日常供配電中起著主要作用，當主供配電發生故障時，再啟動應急供配電，以保證船只主要裝備可以正常工作，臨時應急站僅能夠在短時間內保證船上最關鍵裝備的正常使用。

1.2 船舶自動供配電系統作用

船舶自動控制系統為電力設備提供有效操作控制，對船舶上有關電氣信號、參數等自動開展測量、記錄和報警。一旦發生部分電力設備開啟不暢時，該系統可以提供備份輔助開啟命令。或者供配電的備用設備在獲得命令后自動按預設開啟操作，向所有裝備提供所需電能。當匯流排發生無電狀態時，該控制系統可以保證機電設備自動并接可用應用電網。

在2臺設備并聯工作的狀態下，憑借自動控制系統可以完成自動調頻、調速器與調載裝備互相配合工作，維持電網頻率于正常區域內，依據設備容量來完成各設備功率的有效分配。當船舶供配電處在超載荷的狀態時，應適時卸載一些不必要的負載，依據負載的情況，自動控制系統能夠自動完成分級卸載，從而保證了船舶其它關鍵裝備的持續供配電。在電氣設備出現故障時，控制系統還可以完成對其它關鍵裝備的適時保護，允許自動對應急供配電及主供配電開展切換。

在船舶開啟用電大容量裝備前，能夠檢測供配電設備是否達到該用電裝備開啟所需電量，若可以獲得滿足，便自動放行該裝備的開啟；否則，就會自動指令備用發動機開啟。供配電自控制系統還可以發揮模擬試驗作用，有效測量供配電功效，以保證船上裝備運行正常。

2.船舶自動供配電控制系統設計思路

因為船舶自動供配電控制系統由不同功能模塊組合構成，所以對這一系統開展設計時多選擇借助模塊控制方式予以完成，只有把可編程控制器與CAN總線系統功能整合設計，才可以自動控制船上的供配電設備。在該系統運行時，供配電各環節信息將通過感受器搜集獲得，將信息初步處理后輸送至可編程控制器，然后分析這些信息獲得各裝備工作狀況，基于檢測結果再給出合理有效的管理措施。功能模塊包括以下幾種。

2.1 現場操控模塊

自動控制系統由管理網絡和現場操控網絡聯合構成，各級網絡又被分解為數個子模塊。現場操控單元完成現場控制，既可以對系列回路給予同步系統控制，也可以分別給予獨立控制，以完成有關控制信息的收集和處理。諸如對電流、發動機壓力和電網等信息開展搜集、處理，把加減速等命令分發給發電機，信息輸出單元傳送控制信息，動態顯示供配電參數，依據所接指令實現有關操作。

2.2 信息收集模塊

自動控制系統中信息收集模塊主要是完成信息收集功能，比如對頻率信息、電壓信息等開展收集，控制操作電路規避有害電壓，測量電流信號、發動機來完成調載功效。相位差信息的收集，其輸出的頻率值可憑借周期法開展計算，比對所收集的頻率值。

2.3 自動調頻調載

伴隨供配電工作期的逐漸加長，裝備健康運行參數將出現相關變化，會影響到供配電的穩定性和可靠性。則有必要借助加強總線供配電設計，提高電網的整體功效，以達到船上供配電自動化控制要求。還應在系統設計實現的基礎上，借助磁力系統對供配電每個節點給予自動控制和調節，促進合理分布電網功率，間接增強功率的有效性。

3.船舶自動供配電控制系統設計與完成

3.1 軟件系統設計

對于由多臺設備互相配合完成供配電的船舶供配電來說，要想全面完成自動化控制，須在軟件系統設計時，構成各環節自動接連的總體控制系統，以對供配電內部各裝備信息、負載參數等開展準確搜集，對所搜集的開展分析及判斷，給出有合理措施。例如憑借計算機來搜集供配電相關信息，對發送的有關命令完成某些參數的調整及修改，借助計算機開發技術與編程做好診斷、評估和報警。該系統還可以對供配電運行環節中潛在的一些問題開展預測及評估，再依據結果做出有效策略，即可減少故障發生幾率。

3.2 硬件系統設計

船舶自動控制系統硬件裝備主要分為可編程控制箱、集控臺兩部分，可編程控制箱是下位機，實現模擬量、開閉量等有關操作。控制臺屬上位機，顯示開閉遙控、運行信息和運行參數等。例如上位機及下位機在串口方式下完成有效通信，經過轉換器控制通信距離于有效區域內，憑借轉換器把電流、電壓等模擬信息輸送至模擬端口，再經過處理、計算傳送至上位機，并以數值樣式顯示該信息。

當該系統處在本地控制模式情況下時，上位機無法對供配電的開關命令開展具體控制，僅能顯示船舶供配電的狀況，可以由手動能夠控制供配電集控臺波段的開關。當該系統處在遙控模式狀態下，上位機能夠借助鼠標完成開關控制，把當前供配電的狀況顯示出，還能完成實際數據的傳輸以及傳達控制命令，有效實現相應的控制動作。

3.3 船舶供配電自動控制系統的完成

監控系統整體界面，可以獲得船舶自動供配電控制系統設計狀況，從控制界面中能了解供配電自動運行實現情況，經過各設備參數控制界面來完成相關數據的儲存、打印。發電機依據控制中心發出的命令，來實現機制并車、開關通斷和載荷轉移等控制，對于采油機，除實現增減速、開啟或者暫停等控制以外，還能有效控制備車，以完成船舶供配電自動控制。

相比于船舶供配電自動化的非接觸控制系統，目前的自動控制技術更趨于模塊化、結構化。隨計算機控制方式的相對改變，在通信技術、網絡等作用下，船舶供配電運行可靠性、通用性等有所增強，在設計系統時，須參考船舶實際情況，綜合考慮干擾系統運行的要素，以保證該自動化控制系統更有效的發揮其功效，提高可行性。

4.結語

在時代科技日新月異的進步過程中，水運船舶智能自動化控制技術也面臨前所未有的發展機遇。船舶供配電控制系統尤其要抓住機遇，借鑒各種自動化控制設計技術實現技術升級。本研究結合工作經驗，在翻閱參考資料基礎上，給出船舶自動配電控制系統設計思路與完成策略，希望對同類自動控制系統的設計具有技術參考價值。