对基于PLC控制的船舶电力监控系统探讨

对基于PLC控制的船舶电力监控系统探讨

陈真彦1胡仕杰2

（1.江南造船（集团）有限责任公司201913；2.上海赛飞航空线缆制造有限公司201323）

摘要：PLC，即可编程控制器作为控制系统中的核心部分，其功能强大、性能稳定，在机械自动化领域得到广泛的应用。基于此，本文主要分析了PLC技术在船舶电力监控系统中的应用优势，并结合控制器的构成要素，重点探究了基于PLC控制的船舶电力监控系统的应用，以期为相关领域的研究人员提供借鉴与参考。

关键词：PLC控制；船舶；电力监控系统

引言：船舶电力监控系统是船舶主要运行系统之一，为船舶上各种电力设备，如辅机、导航设备、通讯设备以及照明设备提供电力资源。随着信息技术的飞速发展，现代船舶的建设水平逐渐向大规模、专业化、自动化方向发展，对监控系统的要求越来越高，引入PLC控制的电力监控系统可为船舶提供稳定的电能支持。

一、PLC在船舶电力监控系统中的应用优势

船舶电力控制系统操作步骤复杂、具有较多的控制单元。在这种系统环境下，需要很多的继电器参与，导致实际控制操作难度加大。而由于PLC控制器的应用，这些继电器就可以利用其内部的辅助继电器参与编程后取代，极大地提高了船舶电力监控系统的运行效率。基于物理条件因素的考虑，继电器控制系统是由具体的电子控制元件组成，而PLC控制系统只需要内部寄存器即可，在编程容量许可的条件下，不需花费其他费用便可实现复杂的逻辑操作。一般情况下，PLC都有上百个内部辅助继电器，且配合专用的内部控制器。可实现多种控制要求。

值得注意的是，在此过程中，技术人员需要做好系统的编程操作，并充分考虑到船舶电站的抗干扰能力。而基于PLC控制的船舶电力监控系统，在其中发挥了重要的作用，提高了电力能源供应的稳定性。和继电器控制系统比较，PLC控制器能够提高系统的运行速度以及使用寿命，因此，被广泛应用在机械自动化控制领域中，包括船舶电力控制中心。此外，PLC还具有更改方式简易的优点，其他工业控制装置，在进行控制系统更改时，往往是更换硬件操作系统，其相对较为麻烦，且造成了资源的浪费问题。而PLC只需要更改相关软件即可，不用更改硬件设施，其程序可复制，应用推广相对容易[1]。

二、基于PLC控制的船舶电力监控系统探究

2.1系统控制器的硬件构成

以某船舶公司的电力监控系统为例，该公司的电力监控系统由电源模块、中央处理器、数字输入输出模块、模拟量输入输出模块等构成。本系统的核心控制器为西门子PLC57-300，通过带有SIMATICMmanagerr管理软件的上机位对57-300进行组态并完成控制程序的编写，该管理软件提供了强大的指令系统，并提供了较为多样的用户程序结构，特别是结构化编程的应用，可把过程要求类似和相关的功能进行功能分类，进而将任务进行细化，分割成具有通用解决方案的具体任务，以电子程序模块的形式出现，进而保证相关任务的可控制性，尤其是针对较为复杂的自动化控制任务。例如，自动并车模块、调频调载模块。

在综合考虑以上问题以及相关因素外，明确选择了以下硬件解决方案；首先是电池模块的选择，技术人员采用了PS307307-IEA00-0AA0容量为SA的用于将交流120V/230V的电压准化为24V直流工作电压，由此形成S7-300CPU和24V直流负载电路，为相关设备提供电力能源。其中央处理器为CPU313313-IAD03-0AB0的型号，在系统控制器中，CPU模板用来执行用户程序，同时为57总模板提供SV电源，其面板上有显示LED、模式开关和通信接口。通常情况下，CPU313的基本容量是32K，可搭载4M存储卡MMC用于容量的扩展，具体可扩展到256路数字量和8路模拟量。

其次，数字输入模块SM321321-IBL-0AA0，此模块应用与连接控制现场的标准开关。采用二线制接近开关的那个数字量输出器件，为有效防止信号的干扰，其内部一般设有滤波器，为方便将来现场数字量直接转化为信息信号，即PLC内部信号电平，其内部还设置了光隔离电路，方便连接非屏蔽电缆最长为600米，屏蔽线缆最高可达1000米。

而针对数字量输出模块，SM322322IHN01-0AA0。此模块用于将57-300PLC内部的信号电平转化为现场所需的外部信号电平。内部设有电隔离电路和功率驱动电路，可直接驱动电磁阀、接触器、小型电动机和指示灯等，允许连接非屏蔽电缆600m，屏蔽电缆1千米。最后，针对模拟量的输入和输出模块，通常根据测量方式，可将电压、电流传感器以及电阻数值连接到模拟量模块中，由于电力监控系统中的模拟量受到的影响因素较多，因此，采用了通道模拟量输入模块的方式，输入时，一般的屏蔽电缆最长为200米。

2.2监控系统程序结构简介

PLC电力监控系统由两部分组成，其一，操作系统。其二，用户程序。一般情况下，操作系统由厂家提供，该系列的操作系统需要支持用户程序的可靠运行。而用户程序，是用户为完成某项具体任务，而编写的特定操作程序。用户程序结构主要有三种，分别是线性程序、分部式程序以及结构化程序。首先，在线性程序中，技术人员需要将整个用户程序放置在同一循环程序块中，即O-BI，并保持程序块中相关的程序按顺序排列、CPU在执行指定命令时，需要反复读取OBI模块，进而实现自动化控制的目标，这种情况一般适用于简单的船舶电力监控系统的程序编写。

而针对分部式程序而言，即无数据程序交换的模式，不存在重复利用程序文件代码的问题，其系统运行效率要高于线性结构，对其进行程序测试也相对简单，同样适用于相对简单的船舶电力监测系统中。而结构化的控制程序，可对过程要求类似、功能相关的任务进行分类，并且以程序块的形式出现。每个程序块在OBI中可被多次调用，以此完成具有相同过程的不同控制对象，该种控制程序可简化控制目标，减少代码长度，提高编程效率，可用于相对复杂的自动化控制任务，提高监控系统的运行效率。因此，基于PLC控制的船舶电力系统监控系统，应结合具体目标环境选择合适的编程方法[2]。

结论：综上所述，基于PLC控制的船舶电力监控系统可实现对数据的实时采集，同步显示发电机侧和负载侧的参数，促使相关人员明确了解船舶运行状态。此外，个性化的人机交互界面也为相关人员有序开展工作提供便利条件，突破以往电力系统只能监视电压、电流和频率等少量参数的限制，保证船舶电力系统的稳定。

参考文献：

[1]刘卫萍,吴智.基于PLC控制的船舶电力监控系统分析[J].舰船科学技术,2017,39(08):37-39.

[2]刘现强,施伟锋,李伟翔.基于PLC和触摸屏的船舶电力系统监控装置设计[J].通信电源技术,2014,31(04):89-91