摘要：为达到经济性目的，在现行四机组船舶电站控制技术上提出一种新型控制网络解决方案。该控制网络由一主站S7-200 PLC、一从站S7-200 PLC及四从站PPU（发电机同步保护装置）组成，PLC和PPU分别主要控制电站逻辑实现和发电机运行。主站PLC与从站PLC、PPU间的通信分别通过PPI和MODBUS实现。网络通信和控制逻辑均在STEP 7-Micro/WIN中编程实现。应用实践证明其经济性提高的同时性能依然卓越。
　　关键词：船舶电站 控制网络 发电机同步保护装置 可编程序控制器
　　0 引言
　　随着嵌入式计算机和通信技术的成熟及其在船舶上的广泛应用，近几年所造大型船舶的电站系统在控制技术上又有了新的进展，可以称之为新型自动化船舶电站。这类新型电站的控制核心一般都是由一台PLC中型机与若干台发电机控制设备通过组网通信形成的一个控制网络。众多的实船应用已经证明了其控制方式灵活、可移植性强、稳定可靠的优越性。但是在此基础上如何降低成本，提高经济性又成了需要研究的课题。
　　1 基本物理模型
　　船舶电站的控制是建立在其物理模型之上的，基本物理模型如图1所示，它的电源由三台柴油发电机和一台轴带发电机组成。船舶正常航行工况下，通常是由轴带发电机供电全船（三台柴油发电机备用），若轴带发电机因故障或其他原因未能运行则由两台（或一台）柴油发电机供电全船（剩下的机组备机）。机动工况下，三台柴油发电机供电全船，或是两台柴油发电机与轴带发电机分区供电，或是一台柴油发电机与轴带发电机分区供电。
　　在自动模式下，发电机根据负荷、工况的变化自动启动、投入和解列;可对故障进行预测、报警和自动处理;并可实现运行状态的显示及相关参数的监测与修改。这些功能主要由控制网络实现。
　　图1 四机组船舶电站基本物理模型
　　2 现行控制网络解决方案
　　三机组及其以上的船舶电站控制一般都以其控制网络为核心。通常情况下，四机组船舶电站的控制网络是由一台PLC中型机和分别控制各发电机的四台发电机同步保护装置PPU通过串行通信组成的主从网络，其中主站PLC负责与从站PPU通信而管理整个控制网络并实现电站自动运行的控制逻辑，从站PPU控制各自发电机电压矢量同步、主开关合/分闸、频载调节（包括负载转移），并监测电压、电流等相关参数。图2所示的PROFIBUS-DP控制网络为典型的四机组船舶电站控制网络解决方案。SIEMENS S7-300 PLC （CPU315-2DP）作为主站，分别控制四发电机的同步保护装置PPU为从站;地址为2、3、4、5的从站PPU分别控制DG1、DG2、DG3和SG的同步运行。 S7-300编程软件Step7 V5.4拥有强大的网络组态功能，组网通信简洁、方便。电站控制逻辑亦通过在Step7 V5.4编程、调试实现[1]。
　　图2 PROFIBUS-DP 控制网络
　　一般四机组电站控制逻辑所需的PLC数字I/O点数在250点左右，而一台PLC中型机的可扩展I/O数为1 000点左
　　右[1]。实际使用的点数只占额定点数的1/4，其CPU资源浪费比较严重。虽其性能卓越而其经济性着实一般。因此，有必要探索一种既保持其卓越的性能而又能提高经济性的控制网络解决方案。
　　3 经济型控制网络解决方案
　　3.1硬件选型
　　目前，国内自行研发的四机组船舶电站控制网络中的PLC设备选用中型机较多。例如若PLC的CPU模块选用SIEMENS S7-300系列的CPU315-2DP，其数字I/O点数可扩展至1024点而实际使用的点数不到其额定值的1/4。而CPU315-2DP的市场价格一般在10000圆人民币左右。可否选用小型PLC代替中型PLC而降低成本呢？答案是肯定的。但是一般小型PLC的最大可扩展I/O点数不超过250点，例如SIEMENS S7-200系列性能最优的CPU模块CPU226的I/O点数最大仅可扩展至248点，这必然导致其数字I/O点数不够用或I/O点数饱和而影响性能[2]。但若采用2个CPU226模块代替一个CPU315-2DP模块，数字I/O点数饱和问题即可解决。2个CPU模块的数字I/O点数可扩至近500点，实际使用的点数约占其额定值的1/2;相对CPU315-2DP的1/4，其CPU资源利用率得到了很大的提高，且这近1/2的裕量使得性能依然可观。SIEMENS S7-200 系列的CPU226模块是该系列中功能最为强大CUP模块，数字I/O最大可扩展至248、模拟
　　I/O最大可扩展至35，用户程序存储区和数据存储区分别高达16、10KB，并且还具备强大的通信功能;甚至一些中型控制系统也可采用CPU226来实现。在现代化船舶电站PLC控制中，一般利用其强大的串行通信功能替代了模拟量I/O的处理，减轻CPU负荷，CPU模块中的电站程序与数据仅需实现逻辑控制和通信联系，而这些都是PLC本身的强项所在，且所有程序和数据存储量不到4KB，CPU226胜任这一切游刃有余。更值得关注的是2台CUP226的总价格远低于1台CPU315-2DP的一半。

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