一种基于热冗余控制器的船舶能量管理系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于船舶自动化技术领域，具体涉及一种基于热冗余控制器的船舶能量管理系统，适用于各种电力推进船舶，特别适用于可靠性要求高、配置DP2/DP3的特种电力推进船舶，如铺管船、布缆船等。
【背景技术】
[0002]随着船舶电网容量越来越大，船舶电站配置也越来越复杂，特别在电力推进船舶中，船舶能量管理系统的可靠性和安全性一直是船东、设计院和船级社关注的焦点，以往的能量管理系统通常采用单控制器的PLC作为能量管理系统主控制器，在主控制器发生故障时，只能采用手动方式完成船舶电站的管理操作，可靠性不高，且无法实现不停机维修换件。
[0003]能量管理系统的控制对象为主机组及停泊机组。能量管理系统根据功率的需求对每台主发电机及推进控制系统进行监控并协调各发电机的工作，可以对供电系统进行故障报警和处理，为推进系统和其他用电设备提供可靠、稳定及优化配置的电力能源。在供电系统出现故障时，能量管理系统会采取各种措施，尽可能保证对负载的连续供电，避免电站断电，确保船舶的安全性。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的缺点和不足，本发明提供了一种基于热冗余控制器的船舶能量管理系统，本发明采用冗余控制器实现船舶能量管理系统的全部功能，性能极好、安全可靠、操作方便，适用性广泛。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于热冗余控制器的船舶能量管理系统，包括作为主控制站使用的主控制器，还包括作为备用控制站使用的备用控制器，所述的主控制器和备用控制器均采用热冗余控制器并通过同步总线进行实时同步通讯，主控制器和备用控制器均通过现场总线连接机组控制器和机组接口模块，机组控制器上连接有主机组，所述的主机组通过主开关与主电网相连接，主电网通过供电开关连接日用电网，日用电网通过供电开关分别连接停泊机组和岸电，所述的供电开关上设置有同步模块。
[0006]所述的一种基于热冗余控制器的船舶能量管理系统，其主控制器上分别设置有人机界面和机舱监测报警系统。
[0007]所述的一种基于热冗余控制器的船舶能量管理系统，其备用控制器上分别设置有人机界面和机舱监测报警系统。
[0008]所述的一种基于热冗余控制器的船舶能量管理系统，两个人机界面安装于配电板上，可实现冗余配置;两个人机界面分别安装在配电板和集控台上，可实现船舶能量管理系统的多地操作和监视。
[0009]所述的一种基于热冗余控制器的船舶能量管理系统，其机舱监测报警系统上设有用于将船舶能量管理系统的运行状态和信息发送到上位信息系统的网络接口。
[0010]所述的一种基于热冗余控制器的船舶能量管理系统，其机组控制器采集机组和汇流排电压和电流等电气参数，并通过调速接口和调压接口协调机组的调速器和调压器。所述的调压器采用励磁调节器。
[0011]所述的一种基于热冗余控制器的船舶能量管理系统，其同步总线为同步光纤或同步电缆。
[0012]本发明的有益效果是:采用冗余控制器实现船舶能量管理系统的全部功能，性能极好、安全可靠、操作方便，适用性广泛；主控制器和备用控制器通过同步总线进行实时同步通讯，两套控制器独立运行并互为备用，一旦主用控制器出现故障，备用控制器将被自动切换成主用控制器，控制器的切换时间小于50毫秒；日用电网的供电开关均设置同步模块，实现岸电、停泊机组与主机组的任意一台之间进行不断电的负载转移，确保日用电网的供电连续性;机舱监测报警系统设有网络接口，可将本系统的运行状态和信息发送到上位信息系统;可提供不同的管理模式，如半自动、自动、DP等，实现不同要求的自动化要求。
【附图说明】
[0013]图1为本发明一种实施例的应用示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0015]图1所示为本发明的一个典型应用示意图，它是一种由四台主机组、一台停泊机组组成的船舶电站的能量管理系统，包括作为主控制站使用的主控制器，还包括作为备用控制站使用的备用控制器，一套控制器将在船舶能量管理系统中发挥主控制站的功能，另一套则运行在备用控制站的状态，两套控制器并联在日用电网上独立运行并互为备用，为了确保供电连续性和系统可靠性，所述的主控制器和备用控制器均采用热冗余控制器并通过同步总线进行实时同步通讯，主控制器和备用控制器均通过冗余现场总线连接多个机组控制器和机组接口模块，各机组控制器与主、备用控制器、人机界面之间通过现场总线交互数据，实现船舶电力系统的协调控制和管理，机组控制器上连接有主机组，所述的主机组通过主开关与主电网相连接，主电网通过供电开关连接日用电网，日用电网通过供电开关分别连接停泊机组和岸电，所述的供电开关上设置有同步模块，实现岸电、停泊机组与主机组的任意一台之间进行不断电的负载转移，确保日用电网的供电连续性，一旦主用控制器出现故障，备用控制器将被自动切换成主用控制器，控制器的切换时间小于50毫秒。
[0016]本发明采用冗余控制器实现船舶能量管理系统的全部功能，冗余设置的人机界面模块、冗余设置的管理控制器模块，另外还包括按照船舶机组数量配置的机组接口模块、机组控制和保护模块，可实时监测机组负荷率和主开关状态，并按照机组负荷率和开关状态对推进系统功率进行稳态功率限制及暂态快速降低推进功率，以防止负荷突变引起发电机过载，防止出现全船停电而影响船舶安全。同现有系统相比，系统可靠性更高，适用于各种电力推进船舶，特别适用于可靠性要求高、配置DP2/DP3的特种电力推进船舶，如铺管船、布缆船等。系统采用模块化设计和图形化界面，内置多种语言版本，易于使用。采用热冗余控制器，系统可靠性更高，适用于各种电力推进船舶，特别适用于可靠性要求高、配置DP2/DP3的特种电力推进船舶，如铺管船、布缆船等。性能极好、安全可靠、操作方便，适用性广泛。
[0017]采用冗余控制器实现船舶能量管理系统的全部功能:
a)工作模式选择；
b)机组的自动起动、停机，机组自动同步和解列；
c)机组、断路器监测、控制、保护功能；
d)发电机组起、停序列设定功能；
e)重载问询功能；
f)分级卸载功能；
g)功率限制及快速降负荷功能；
h)主辅机组或岸电不断电转移负荷功能；
i)机舱监测报警系统接口功能； j)人机界面监测功能。
[0018]I设备组成
如图1所示，本系统包括主控制器、备用控制器、机组控制器、机组接口模块、主机组、同步模块和人机界面。
[0019]主控制器将在船舶能量管理系统中发挥主控制站的功能，实现船舶系统管理功能和协调控制功能，另一套备用控制器则运行在备用控制站的状态。一旦主控制器出现故障，备用控制器将被自动切换成主控制器。
[0020]每台主机组配置独立的机组控制器采集汇流排与发电机的电压和频率等参数，为发电机提供保护，如果并联运行的某台发电机出现高压、低压、高频、低频等故障时，相应的故障发电机应自动脱扣。任意一套机组控制器故障不会影响整个电网的正常运行。
[0021]本系统按需配置一定数量的机组接口模块，采集机组运行状态、热工参数和故障信息，实现机组的控制管理。
[0022]日用电网进线供电开关、停泊机组供电开关、岸电供电开关设置了同步模块，实现日用电网的不断电负载转移和切换。
[0023]2接口
2.1通讯接口
主控制器、备用控制器之间采用同步总线进行同步协调，同步总线可采用现场总线(PR0FIBUS)或工业以太网(PR0FINET)，传输介质可采用光纤或电气介质。
[0024]主控制器、备用控制器与人机界面之间可采用现场总线或工业以太网通讯接口。
[0025]主控制器、备用控制器与机组控制器、机组接口模块之间采用现场总线或工业以太网通讯接口。
[0026]主控制器、备用控制器与上位信息系统(机舱监测报警系统、全船信息管理系统)之间采用冗余的工业以太网通讯接口或现场总线接口。
[0027]2.2硬件接口 2.2.1输入信号输入信号包括:
a)能量管理模式选择；
b)开关状态；
c)机组遥控状态、备车完毕、运行状态、一类故障、二类故障； d)机组及汇流排电压、电流信号；
e)重载请求、重载运行信号。
[0028]2.2.2输出信号
a)机组启动、停机指令；
b)机组调速、调压指令；
c)开关分闸、合闸指令；
d)重载允许指令；
e)功率限制信号及快速降负荷指令；
f)蜂鸣器、报警、状态指示灯。
[0029]3 功能
本系统采用冗余控制器实现船舶能量管理系统的全部功能:
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