專利名稱：船舶電站可編程序自動調(diào)頻調(diào)載裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種船舶電器設(shè)備，特別是涉及一種船舶電站可編程序自動調(diào)頻調(diào)載裝置。
背景技術(shù)：
從70年代至今，從手動控制、半自動控制到全自動控制，從模擬控制方案到數(shù)字控制方案，船舶自動化程度日漸成熟，現(xiàn)在國內(nèi)外比較先進(jìn)的船舶電站自動調(diào)節(jié)裝置是采用微機控制，傳統(tǒng)的船舶電站控制系統(tǒng)采用半導(dǎo)體器件或單片機系統(tǒng)，采用半導(dǎo)體器件由于器件多，體積大，而且由于海上環(huán)境惡劣，所以器件容易老化、壽命短、故障多；采用單片機控制系統(tǒng)，由于船上環(huán)境惡劣，電磁干擾大，所以可靠性差。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種可靠性高、功能齊全、造價便宜的船舶電站可編程序自動調(diào)頻調(diào)載裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)解決方案是本實用新型是一種船舶電站可編程序自動調(diào)頻調(diào)載裝置，它主要由信號采集和信號處理模塊、主處理器PLC、控制模塊和指示模塊組成；所述的信號采集和信號處理模塊由電壓信號比較模塊、電壓信號整形模塊、頻率信號處理模塊、功率信號檢測模塊組成，電壓信號比較模塊、電壓信號整形模塊、頻率信號處理模塊、功率信號檢測模塊的輸出端分別連接主處理器PLC的輸入端，電壓信號比較模塊、電壓信號整形模塊、頻率信號處理模塊、功率信號檢測模塊的輸入端連接發(fā)電機組的信號輸入端；電壓信號比較模塊分別取出在網(wǎng)機和待并機的電壓，進(jìn)行整流濾波變成直流信號，經(jīng)與一門限電壓比較，將比較信號送至主處理器PLC的輸入端；電壓信號整形模塊將各發(fā)電機組的正弦電壓通過波形變換為方波信號送給主處理器PLC進(jìn)行檢測計算；頻率信號處理模塊主要由安裝在發(fā)電機組轉(zhuǎn)軸上的光電編碼器組成，光電編碼器隨著發(fā)電機軸的轉(zhuǎn)動輸出個數(shù)正比于轉(zhuǎn)速的脈沖信號，把該信號放大后送入主處理器PLC進(jìn)行計數(shù)；功率信號檢測模塊將功率變送器輸出的與發(fā)電機功率成正比的電壓信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并將信號輸入主處理器PLC計數(shù)；主處理器PLC輸出信號到調(diào)速器控制發(fā)電機進(jìn)行加速或減速并輸出電壓信號給指示模塊。
所述的主處理器PLC為FX2N。
所述的功率信號檢測模塊由線性度高、轉(zhuǎn)換精度高的串行A/D轉(zhuǎn)換器件LM331芯片組成。
本實用新型是一種船舶電站可編程序自動調(diào)頻調(diào)載裝置，它主要由信號采集和信號處理模塊、主處理器PLC、控制模塊和指示模塊組成；所述的信號采集和信號處理模塊由電壓信號比較模塊、電壓信號整形模塊、頻率信號處理模塊、功率信號檢測模塊組成，電壓信號比較模塊分別取出在網(wǎng)機和待并機的電壓，進(jìn)行整流濾波變成直流信號，再將該信號與一門限電壓比較，然后將比較結(jié)果送至主處理器PLC的輸入端，由主處理器PLC讀取判斷；電壓信號整形模塊將各發(fā)電機組的正弦電壓通過波形變換，變?yōu)榉讲ㄐ盘?，然后由主處理器PLC對待并機和在網(wǎng)機的電壓方波的邊沿進(jìn)行檢測計算，獲得提前發(fā)出合閘指令的時間；頻率信號處理模塊主要由安裝在發(fā)電機組轉(zhuǎn)軸上的光電編碼器組成，光電編碼器隨著發(fā)電機軸的轉(zhuǎn)動輸出個數(shù)正比于轉(zhuǎn)速的脈沖信號，把該信號放大后送入主處理器PLC進(jìn)行計數(shù)，以獲得功率的大??；功率信號檢測模塊先將功率變送器輸出的與發(fā)電機功率成正比的電壓信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后將信號輸入主處理器PLC計數(shù)，以獲得功率的大小；主處理器PLC根據(jù)電壓信號處理模塊、頻率信號處理模塊、功率信號檢測模塊發(fā)出的信號自動完成信號的檢測，根據(jù)檢測的結(jié)果，輸出信號到調(diào)速器，控制發(fā)電機進(jìn)行加速或減速，并輸出電壓信號給指示模塊，指示目前主處理器PLC和電站的狀態(tài)。
所述的主處理器PLC為FX2N。
所述的功率信號檢測模塊由線性度高、轉(zhuǎn)換精度高的串行A/D轉(zhuǎn)換器件LM331芯片組成，它進(jìn)行V/F變換，將功率變送器輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換成與電壓成正比的頻率信號-即脈沖信號，再把這一系列的脈沖送到主處理器PLC進(jìn)行計數(shù)。
采用上述方案后，由于本實用新型采用可編程序控制器(PLC)作為主處理器，PLC是工業(yè)控制機，新型的PLC其可靠性高、功能齊全、造價便宜、電磁兼容性能好，而且它具有高速計數(shù)功能，非常適合電站中的頻率計數(shù)，本裝置中采用LM331器件進(jìn)行V/F變換實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，實現(xiàn)了PLC可以讀取電站的功率信號，本裝置對船舶電站運行頻率、負(fù)載、電壓及負(fù)載的性質(zhì)調(diào)節(jié)和控制精度高、工作穩(wěn)定可靠，極大地改善船舶電站的供電質(zhì)量，保證了電站供電的連續(xù)性和安全性。
根據(jù)現(xiàn)代船舶電站的功能與特點，本裝置可用于對船舶電站運行頻率、負(fù)載、電壓及負(fù)載的性質(zhì)等重要參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控，以實現(xiàn)船舶電站單機穩(wěn)頻、穩(wěn)壓；并聯(lián)運行時的自動調(diào)頻調(diào)載、自動負(fù)荷轉(zhuǎn)移與自動解列等功能，極大地改善船舶電站的供電質(zhì)量，保證了電站供電的連續(xù)性和安全性，提高船舶電站運行的可靠性與船舶電站的整體自動化水平。
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步的說明。


圖1是本實用新型的電路框圖；圖2是本實用新型的電路圖；圖3是本實用新型在網(wǎng)機和待機電壓方波；圖4是本實用新型的工作流程圖。
具體實施方式
如圖1、圖2所示，本實用新型是一種船舶電站可編程序自動調(diào)頻調(diào)載裝置，它主要由信號采集和信號處理模塊1、主處理器PLC2、控制模塊3和指示模塊4組成。
所述的主處理器PLC2為日本三菱公司的FX2N。
所述的信號采集和信號處理模塊1由電壓信號比較模塊11、電壓信號整形模塊12、頻率信號處理模塊13、功率信號檢測模塊14組成。
電壓信號比較模塊11、電壓信號整形模塊12、頻率信號處理模塊13、功率信號檢測模塊14的輸出端分別連接主處理器PLC2的輸入端，電壓信號比較模塊11、電壓信號整形模塊12、頻率信號處理模塊13、功率信號檢測模塊14的輸入端連接發(fā)電機組的信號輸入端。
電壓信號比較模塊11首先分別取出在網(wǎng)機和待并機的電壓，進(jìn)行整流濾波變成直流信號，然后將電壓信號與建壓時的標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，建壓時主處理器PLC2的X11輸入為0，PLC檢測到X11為0時，即可判斷發(fā)電機已經(jīng)建壓。
電壓信號整形模塊12的信號輸出在系統(tǒng)中用于獲取并車時的合閘提前時間，先將各發(fā)電機組的正弦電壓信號F通過波形變換，變?yōu)榉讲ㄐ盘?如圖3所示)，然后對待并機和在網(wǎng)機的電壓方波VF和VW的邊沿進(jìn)行檢測計算，以獲得提前發(fā)出合閘指令的時間。TW和TF分別為在網(wǎng)機和待并機的電壓周期，主開關(guān)固有動作時間為tK，恒定超前時間tZ獲取的方法如圖2所示。則tz＝tk(TW-TF)/TF[2]。
頻率信號處理模塊13主要由安裝在發(fā)電機組轉(zhuǎn)軸上的光電編碼器131組成，光電編碼器131輸出與轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號，這一脈沖信號經(jīng)整形后送到PLC的高速計數(shù)端X1，由PLC完成脈沖計數(shù)，從所計的脈沖數(shù)和計數(shù)時間，可以得到發(fā)電機的轉(zhuǎn)速(頻率大小)。功率信號檢測模塊14，它先將安裝在附加裝置上的功率變送器BS輸出的與發(fā)電機功率成正比的電壓信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后由主處理器PLC2讀取、計算及輸出控制結(jié)果。電壓信號的數(shù)字化處理，通常采用并行A/D轉(zhuǎn)換，考慮到主處理器PLC2的硬件資源及軟件編程簡繁，一改常規(guī)的并行A/D轉(zhuǎn)換方法，選擇線性度高、轉(zhuǎn)換精度高的串行A/D轉(zhuǎn)換器件進(jìn)行V/F變換，將功率變送器BS輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換成與電壓成正比的頻率信號(即脈沖信號)，再把這一系列的脈沖送到主處理器PLC2進(jìn)行計數(shù)，選擇不同的計數(shù)時間，可得到不同的轉(zhuǎn)換精度。
如果功率變送器BS輸出的電壓與發(fā)電機的功率關(guān)系為Vin＝K1P，串行A/D轉(zhuǎn)換時，輸入電壓與輸出頻率的關(guān)系為fout＝K2Vin，而fout＝N/t，其中N為主處理器PLC2在時間t內(nèi)的脈沖計數(shù)值，則發(fā)電機的功率和串行A/D轉(zhuǎn)換后的輸出脈沖的關(guān)系為N/t＝K1K2P，那么發(fā)電機的功率P＝N/(t K1 K2)(千瓦)，串行A/D轉(zhuǎn)換的電路原理圖如圖2所示。實現(xiàn)發(fā)電機功率檢測的關(guān)鍵部件是主處理器PLC2和功率信號的預(yù)處理模塊。頻率信號處理模塊13是實現(xiàn)船舶電站頻率自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵。
主處理器PLC2根據(jù)電壓信號比較模塊11、電壓信號整形模塊12、頻率信號處理模塊13、功率信號檢測模塊14發(fā)出的信號自動完成各信號的檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果，輸出控制發(fā)電機進(jìn)行加速或減速的信號到安裝在電站上的控制模塊3的調(diào)速器，對發(fā)電機進(jìn)行調(diào)速，同時輸出電壓信號給指示模塊4。
本實用新型并車功能的實現(xiàn)條件電壓、頻率和相位的數(shù)字化處理，是實現(xiàn)船舶電站自動并車的關(guān)鍵，要進(jìn)行發(fā)電機的并機，除待并發(fā)電機的相序與運行電網(wǎng)的相序一致外，還必需滿足三個條件(1)待并機和在網(wǎng)機的電壓一致；(2)待并機和在網(wǎng)機的頻率一致；(3)待并機和在網(wǎng)機初相位一致。將處理好的電壓、頻率和相位信號送到主處理器PLC2，由主處理器PLC2自動完成信號的檢測和發(fā)電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。當(dāng)條件滿足時，由主處理器PLC2發(fā)出合閘指令，進(jìn)行并車。
本實用新型的工作過程(如圖4所示)(1)系統(tǒng)開機后，先檢測運行機的電壓，電壓正常后進(jìn)入下一流程，否則報警指示。
(2)電壓滿足后，檢測運行機的頻率，將運行機的頻率控制在50HZ。
(3)檢測運行機的功率，判斷功率是否超過額定功率的80％，當(dāng)運行機的功率大于額定功率的80％時，開始檢測并車的三個條件。
(4)并車的三個條件滿足后，發(fā)出合閘指令，實現(xiàn)并車。
(5)并車后，分別檢測各發(fā)電機的實際承擔(dān)功率。
(6)計算每臺機應(yīng)承擔(dān)的功率，當(dāng)實際承擔(dān)的功率與應(yīng)承擔(dān)的功率差大于發(fā)電機額定功率的10％時，進(jìn)入流程(7)，否則進(jìn)行流程(11)。
(7)調(diào)用功率調(diào)整子程序，進(jìn)行功率調(diào)整。即由PLC輸出一脈沖，控制低功率發(fā)電機加速，高功率發(fā)電機減速。
(8)檢測并網(wǎng)后的發(fā)電機頻率。
(9)調(diào)用功率檢測子程序，分別檢測各發(fā)電機的功率，當(dāng)功率在要求的范圍之內(nèi)時進(jìn)入流程(11)，否則，調(diào)用功率調(diào)整子程序，進(jìn)行功率調(diào)整。
(10)重復(fù)(8)到(9)流程，使功率差在規(guī)定的范圍之內(nèi)。
(11)檢測并網(wǎng)后的發(fā)電機頻率，當(dāng)發(fā)電機頻率超過規(guī)定范圍時，讓小功率的發(fā)電機加速，高功率的發(fā)電機減速，重復(fù)流程(8)到(11)，使頻率在規(guī)定的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種船舶電站可編程序自動調(diào)頻調(diào)載裝置，其特征在于它主要由信號采集和信號處理模塊、主處理器PLC、控制模塊和指示模塊組成；所述的信號采集和信號處理模塊由電壓信號比較模塊、電壓信號整形模塊、頻率信號處理模塊、功率信號檢測模塊組成，電壓信號比較模塊、電壓信號整形模塊、頻率信號處理模塊、功率信號檢測模塊的輸出端分別連接主處理器PLC的輸入端，電壓信號比較模塊、電壓信號整形模塊、頻率信號處理模塊、功率信號檢測模塊的輸入端連接發(fā)電機組的信號輸入端；電壓信號比較模塊分別取出在網(wǎng)機和待并機的電壓，進(jìn)行整流濾波變成直流信號，經(jīng)與一門限電壓比較，將比較信號送至主處理器PLC的輸入端；電壓信號整形模塊將各發(fā)電機組的正弦電壓通過波形變換為方波信號送給主處理器PLC進(jìn)行檢測計算；頻率信號處理模塊主要由安裝在發(fā)電機組轉(zhuǎn)軸上的光電編碼器組成，光電編碼器隨著發(fā)電機軸的轉(zhuǎn)動輸出個數(shù)正比于轉(zhuǎn)速的脈沖信號，把該信號放大后送入主處理器PLC進(jìn)行計數(shù)；功率信號檢測模塊將功率變送器輸出的與發(fā)電機功率成正比的電壓信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并將信號輸入主處理器PLC計數(shù)；主處理器PLC輸出信號到調(diào)速器控制發(fā)電機進(jìn)行加速或減速并輸出電壓信號給指示模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶電站可編程序自動調(diào)頻調(diào)載裝置，其特征在于所述的主處理器PLC為FX2N。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶電站可編程序自動調(diào)頻調(diào)載裝置，其特征在于所述的功率信號檢測模塊由線性度高、轉(zhuǎn)換精度高的串行A/D轉(zhuǎn)換器件LM331芯片組成。
專利摘要本實用新型公開了一種船舶電站可編程序自動調(diào)頻調(diào)載裝置，它主要由信號采集和信號處理模塊、主處理器PLC、控制模塊和指示模塊組成。由于本實用新型采用可編程序控制器(PLC)作為主處理器，PLC是工業(yè)控制機，新型的PLC其可靠性高、功能齊全、造價便宜、電磁兼容性能好，而且它具有高速計數(shù)功能，非常適合電站中的頻率計數(shù)，本裝置中采用LM331器件進(jìn)行V/F變換實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，實現(xiàn)了對船舶電站功率的檢測。本裝置對船舶電站運行頻率、負(fù)載、電壓及負(fù)載的性質(zhì)調(diào)節(jié)和控制精度高、工作穩(wěn)定可靠，極大地改善船舶電站的供電質(zhì)量，保證了電站供電的連續(xù)性和安全性。
文檔編號G05B19/05GK2824402SQ200520058109
公開日2006年10月4日 申請日期2005年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月8日
發(fā)明者楊國豪, 黃麗卿 申請人:集美大學(xué)