一种挖泥船功率管理系统的制作方法
【专利摘要】本发明的一种挖泥船功率管理系统，提供了对挖泥船的主要用电设备进行功率的自动分配和功率的有效管理，满足挖泥船设备的用电需求，确保挖泥船在航行、作业和配电模式切换过程中电力系统正常运行。本发明包括控制器采集模块、主控制器、备用控制器、交换机、功率操作控制台。控制器采集模块采集挖泥船设备信号，主控制器和备用控制器为一个可嵌入控制器软件的可编程控制器，主控制器损坏时，备用控制器自动启动。控制器软件包括1个系统主入口模块和22个功能模块，功率操作控制台包括计算机监控终端和监控软件，监控软件包括自动电站状态判断模块、开关状态判断模块、功率计算模块、模式切换模块、功率管理模块、报警模块。
【专利说明】一种挖泥船功率管理系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种功率管理系统，尤其是一种挖泥船功率管理系统。
技术背景
[0002]挖泥船的用电设备很多，随着挖泥船向大型化、现代化发展，能源成本也随之不断上升。为了降低能源成本，提高能源使用效率，希望尽可能地降低发电机的功率，提高电能的使用效率。如何对挖泥船的柴油发电机、应急柴油发电机、左/右轴带发电机、左/右主机、左/右主变压器、左/右螺旋桨、左/右泥泵变频器、左/右高压冲水泵变频器等设备进行功率的自动分配和功率的有效管理，既满足挖泥船设备的用电需求，确保挖泥船在航行、作业和配电模式切换过程中电力系统正常运行，又能尽可能地降低用电功率，节约能源，减少排放。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够对挖泥船的主要用电设备进行功率的自动分配和功率的有效管理，满足挖泥船设备的用电需求，确保挖泥船在航行、作业和配电模式切换过程中电力系统正常运行的一种挖泥船功率管理系统。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明的一种挖泥船功率管理系统，包括控制器采集模块、主控制器、备用控制器、交换机、功率操作控制台。所述的控制器采集模块通过信号电缆连接3台柴油发电机、应急柴油发电机、左/右轴带发电机、左/右主机、左/右主变压器、低压主配电板、中压主配电板、左/右螺旋桨、左/右泥泵变频器、左/右高压冲水泵变频器、左/右封水泵、左/右液压泵站、艏侧推器、左/右艏部低压主配电板，以采集信息；所述的控制器采集模块还通过现场总线的方式连接主控制器和备用控制器，所述的主控制器和备用控制器通过以太网分别连接交换机，所述的交换机通过以太网连接功率操作控制台。
[0005]所述的主控制器和备用控制器为可嵌入控制器软件的可编程控制器，在主控制器fe坏时，备用控制器自动启动。
[0006]所述的控制器软件运行在可编程控制器中CPU的SIMATIC S7-300 \ S7-400上，控制器软件包括I个系统主入口模块和22个功能模块，系统主入口模块为并发处理模块，常驻内存，调用系统22个功能模块，22个功能模块包括:数据转换模块、MIMIC-A模块、MIMIC-B模块、MIMIC-C模块、MIMIC-D模块、MIMIC控制模块、开关控制模块、功率电流计算模块、配电模式判断模块、配电模式切换模块、故障及报警模块、自动电站失电恢复模块、自动电站轻载解列模块、自动电站超载投入模块、自动电站故障模块、重载起动功率管理模块、过载功率管理模块、自动电站判断模块、单向风机控制模块、双向风机控制模块、两泵互备控制模块、三泵互备控制模块。
[0007]所述的功率操作控制台包括计算机监控终端和监控软件，监控软件运行在基于Windows操作系统的计算机上，监控软件包括自动电站状态判断模块、开关状态判断模块、功率计算模块、模式切换模块、功率管理模块、报警模块。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明的系统连接框图；
[0009]图2是本发明的控制器软件流程逻辑图。
【具体实施方式】
[0010]本发明的系统连接框图如图1所示，包括控制器采集模块、主控制器、备用控制器、交换机、功率操作控制台。控制器采集模块通过信号电缆连接3台柴油发电机、应急柴油发电机、左/右轴带发电机、左/右主机、左/右主变压器、低压主配电板、中压主配电板、左/右螺旋桨、左/右泥泵变频器、左/右高压冲水泵变频器、左/右封水泵、左/右液压泵站、艏侧推器、左/右艏部低压主配电板，以采集信息；控制器采集模块还通过现场总线的方式连接主控制器和备用控制器，主控制器和备用控制器通过以太网分别连接交换机，交换机通过以太网连接功率操作控制台。
[0011]本发明的控制器采集模块将需要采集的设备信号以硬连接方式接入可编程控制器的输入输出模块，通过Step7对可编程控制器进行组态，采集所有的I / O信息，主要信息包括:3台柴油发电机和应急柴油发电机的实际功率；左/右轴带发电机的实际功率和负荷限制；左/右主机的实际功率和转速；左/右主变压器的实际负荷和运行状态；左/右螺旋桨的实际功率、允许功率、舵随动模式；左/右泥泵变频器的实际负荷?’左/右高压冲水泵变频器的实际功率、限制功率、遥控控制、运行状态；艏侧推器的起动请求、运行状态、遥控控制、允许和不允许起动、螺距限制、功率。还包括正常操作、DT / DP操作、MV-MSB的遥控/自动操作、LV-MSB的遥控/自动操作的信息。
[0012]主控制器和备用控制器为可嵌入控制器软件的可编程控制器，在主控制器损坏时，备用控制器自动启动。
[0013]控制器软件流程逻辑如图2所示。控制器软件运行在可编程控制器中CPU的SIMATICS7-300 \ S7-400上，开发语言为STL语言。控制器软件模块包括I个系统主入口模块和22个功能模块，系统主入口模块为并发处理模块，常驻内存，调用系统22个功能模块，22个功能模块包括:数据转换模块、MMIC-A模块、MMIC-B模块、MMIC-C模块、MMIC-D模块、MIMIC控制模块、开关控制模块、功率电流计算模块、配电模式判断模块、配电模式切换模块、故障及报警模块、自动电站失电恢复模块、自动电站轻载解列模块、自动电站超载投入模块、自动电站故障模块、重载起动功率管理模块、过载功率管理模块、自动电站判断模块、单向风机控制模块、双向风机控制模块、两泵互备控制模块、三泵互备控制模块。
[0014]控制器软件支持13种配电模式，每种模式下的功率计算如下:
[0015]1、正常疏浚模式
[0016]适合于耙吸挖泥、吹填作业。
[0017]左/右轴带发电机分别向左/右主变压器、左/右高压冲水泵变频器、左/右泥泵变频器供电。
[0018]左/右主变压器分别向左/右艏部低压主配电板供电。
[0019]低压主配电板由柴油发电机组供电。
[0020]功率管理计算:
[0021]P.(左厂(Pcpp(左)/ rI GBPD) + (Psg(左)/ rI sg) KW
[0022]Pme(右厂(Pcpp(右)/ rI GBPD) + (Psg(右)/ Hsg) KW
[0023]Psg (左)-Pdt (左)+Pjp (左)+Pdp (左)KW
[0024]Psg (右)_Pdt (右)+Pjp (右)+Pdp (右)KW[0〇25]Pdt(左)=P液压(左)+P封水(左)+P侧推KW
[0026]Pdt(右)=P液压(右)+P封水(右)KW
[0027]P1G+P2G+P3G= Σ P 设备 KW
[0028]2、左轴带发电机疏浚模式
[0029]适合于单台泥泵疏浚作业、抛泥及单泵/降功率双泵吹填作业。
[0030]左轴带发电机向左/右主变压器、左/右高压冲水泵变频器、左/右泥泵变频器供电。
[0031]左/右主变压器分别向左/右艏部低压主配电板供电。
[0032]右轴带发电机不工作或故障。
[0033]低压主配电板由柴油发电机组供电。
[0034]功率管理计算:
[0035]Pme (左厂(Pcpp (左)丨 rI gbpd) + (Psg (左)丨 rI sg) KW
[0036]PmeC 右厂(PcppC 右)丨 rI gbpd) KW
[0037]Psg(左)_Pdt (左)+Pdt(右)+Pjp(左)+Pjp(右)+Pdp(左)+Pdp(右)KW[0〇38]Pdt(左)=P液压(左)+P封水(左)+P侧推KW
[0039]Pdt(右)=P液压(右)+P封水(右)KW
[0040]P1G+P2G+P3G= Σ P 设备 KW
[0041]3、右轴带发电机疏浚模式
[0042]适合于单台泥泵疏浚作业、抛泥及单泵/降功率双泵吹填作业。
[0043]右轴带发电机向左/右主变压器、左/右高压冲水泵变频器、左/右泥泵变频器供电。
[0044]左/右主变压器分别向左/右艏部低压主配电板供电。
[0045]左轴带发电机不工作或故障。
[0046]低压主配电板由柴油发电机组供电。
[0047]功率管理计算:
[0048]Pme (左厂(Pcpp (左)/ rI gbpd) KW
[0049]P.(右厂(Pcpp(右)/ rI GBPD) + (Psg(右)/ Hsg) KW
[0050]Psg (右)-Pdt (左)+Pdt (右)+Pjp (左)+Pjp (右)+Pdp (左)+Pdp (右)KW
[0051]Pdt(左)=P液压(左)+P封水(左)+P推KW
[0052]Pdt(右)=P液压(右)+P封水(右)KW
[0053]P1G+P2G+P3G= Σ P 设备 KW
[0054]4、左主变压器疏浚模式
[0055]左轴带发电机向左主变压器、左高压冲水泵变频器、左泥泵变频器供电。
[0056]右轴带发电机向右高压冲水泵变频器、右泥泵变频器供电。
[0057]左主变压器向左/右艏部低压主配电板供电。
[0058]右主变压器未工作或故障。
[0059]低压主配电板由柴油发电机组供电。
[0060]功率管理计算:
[0061]P.(左厂(Pcpp(左)/ rI GBPD) + (Psg(左)/ rI sg) KW
[0062]P.(右厂(Pcpp(右)/ rI GBPD) + (Psg(右)/ Hsg) KW
[0063]Psg (左)-Pdt (左.)+Pjp (左.)+Pdp (左)KW
[0064]Psg(右)=PJP(右)+PDP(右)KW
[0065]Pdt(左)=P液压(左)+P液压(右)+P封水(左)+P封水(右)+P侧推KW
[0066]P1G+P2G+P3G= Σ P 设备 KW
[0067]5、右主变压器疏浚模式
[0068]左轴带发电机向左高压冲水泵变频器、左泥泵变频器供电。
[0069]右轴带发电机向右主变压器、右高压冲水泵变频器、右泥泵变频器供电。
[0070]右主变压器向左/右艏部低压主配电板供电。
[0071]左主变压器未工作或故障。
[0072]低压主配电板由柴油发电机组供电。
[0073]功率管理计算:
[0074]Pme(左厂(Pcpp(左)/ rI GBPD) + (Psg(左)/ nSG)KW
[0075]Pme(右厂(Pcpp(右)丨 rI gbpd) + (Psg(右)丨 rI sg) KW
[0076]Psg(左)=Pjp(左)+F*dp(左)KW
[0077]Psg(右)_Pdt (右)+Pjp(右)+Pdp(右)KW
[0〇78]Pdt (右)_P液压(左)+P液压(右)+P封水(左)+P封水(右)+P侧推KW
[0079]P1G+P2G+P3G= Σ P 设备 KW
[0080]6、正常节能疏浚模式
[0081]左/右轴带发电机分别向左/右主变压器、左/右高压冲水泵变频器、左/右泥泵变频器供电。
[0082]左主变压器向左艏部低压主配电板供电。
[0083]右主变压器向右艏部低压主配电板供电。
[0084]右艏部低压主配电板通过联络开关，向低压主配电板供电。
[0085]功率管理计算:
[0086]P.(左厂(Pcpp(左)/ rI GBPD) + (Psg(左)/ Hsg) KW
[0087]P.(右厂(Pcpp(右)/ rI GBPD) + (Psg(右)/ Hsg) KW
[0088]Psg (左)-Pdt (左.)+Pjp (左.)+Pdp (左)KW
[0089]Psg (右)-Pdt (右.)+Pjp (右.)+Pdp (右)KW
[0090]Pdt(左)=P液压(左)+P封水(左)+P侧推KW
[0091]PDT(*)=P液压(右)+P封水(右)+ Σ P 设备KW
[0092]7、远距离调遣模式I
[0093]左轴带发电机向左/右中压主配电板、左/右低压主配电板、左主变压器供电。
[0094]左主变压器向左/右艏部低压主配电板供电。
[0095]右主变压器未工作或故障。
[0096]艏部低压主配电板通过联络开关，向低压主配电板供电。
[0097]功率管理计算:
[0098]P.(左厂(Pcpp(左)/ rI GBPD) + (Psg(左)/ Hsg) KW
[0099]PmeC 右厂(PcppC 右)丨 rI gbpd) KW
[0? 00]Psg (左)_Pdt (左)+Pjp (左)+Pdp (左)+Pjp (右)+Pdp (右)鼎
[0101]Pdt(左)=P液压(左)+P(左)+P液压(右)+P(右)+ Σ P设备+P侧推KW
[0102]8、远距离调遣模式2
[0103]左轴带发电机向左/右中压主配电板、左/右低压主配电板、右主变压器供电。
[0104]右主变压器向左/右艏部低压主配电板供电。
[0105]左主变压器未工作或故障。
[0106]艏部低压主配电板通过联络开关，向低压主配电板供电。
[0107]功率管理计算:
[0108]P.(左厂(Pcpp(左)/ rI GBPD) + (Psg(左)/ rI sg) KW
[0109]Pme(右厂(Pcpp(右)丨 rI gbpd) KW
[0?10]Psg (左)_Pdt (右)+Pjp(左)+Pdp (左)+Pjp(右)+Pdp (右)鼎
[0111]Pdt(右)=P侧推+P液压(左)+P封水(左)+P液压(右)+P封水(右)+ Σ P设备KW
[0112]9、远距离调遣模式3
[0113]右轴带发电机向左/右中压主配电板、左/右低压主配电板、左主变压器供电。
[0114]左主变压器向左/右艏部低压主配电板供电。
[0115]右主变压器未投入或故障。
[0116]艏部低压主配电板通过联络开关，向低压主配电板供电。
[0117]功率管理计算:
[0118]P.(左厂(Pcpp(左)/ Hgbpd) KW
[0119]P.(右厂(Pcpp(右)/ rI GBPD) + (Psg(右)/ rI sg) KW
[0120]Psg (右)_Pdt (左)+Pjp(左)+Pdp (左)+Pjp(右)+Pdp (右)鼎
[0121]Pdt(左)=P侧推+P液压(左)+P封水(左)+P液压(右)+P封水(右)+ Σ P设备KW
[0122]10、远距离调遣模式4
[0123]右轴带发电机向左/右中压主配电板、左/右低压主配电板、右主变压器供电。
[0124]右主变压器向左/右艏部低压主配电板供电。
[0125]左主变压器未投入或故障。
[0126]艏部低压主配电板通过联络开关，向低压主配电板供电。
[0127]功率管理计算:
[0128]P.(左厂(Pcpp(左)/ Hgbpd) KW
[0129]P.(右厂(Pcpp(右)/ rI GBPD) + (PsG(右)/ Hsg) KW
[0130]Psg (右)_Pdt (右)+Pjp(左)+Pdp (左)+Pjp(右)+Pdp (右)鼎
[0131]Pdt(右)=P侧推+P液压(左)+P封水(左)+P液压(右)+P封水(右)+ Σ P设备KW
[0132]11、左轴带发电机航行模式
[0133]左轴带发电机向左/右中压主配电板、左/右低压主配电板配电模式
[0134]右轴带发电机不工作或故障。
[0135]低压主配电板通过联络开关，向艏部左/右低压主配电板供电。
[0136]功率管理计算:
[0137]Pme(左厂(Pcpp(左)/ rI GBPD) + (Psg(左)/ nSG)KW
[0138]Pme (右厂(Pcpp (右)丨 rI gbpd) KW
[ΟΙ39]Psg (左)_Pjp (左)+Pdp(左)+Pjp(右)+Pdp(右)KW
[0140]PiG+P2G+PsG=P 推+P液压(左)+P液压(右)+P封水(左)+P封水(右)+ Σ P设备K
[0141]12、右轴带发电机航行模式
[0142]右轴带发电机向左/右中压主配电板、左/右低压主配电板配电模式
[0143]左轴带发电机不工作或故障。
[0144]低压主配电板通过联络开关，向艏部左/右低压主配电板供电。
[0145]功率管理计算:
[0146]P.(左厂(Pcpp(左)/ Hgbpd) KW
[0147]Pme(右厂(Pcpp(右)/ rI GBPD) + (Psg(右)/ nSG)KW[ΟΙ 48]Psg (右)_Pjp (左)+Pdp(左)+Pjp(右)+Pdp(右)KW
[0149]PiG+P2G+PsG=P 推+P液压(左)+P液压(右)+P封水(左)+P封水(右)+ Σ P设备KW
[0150]13、停泊模式
[0151]左/右轴带发电机不工作。
[0152]低压主配电板由柴油发电机供电。
[0153]低压主配电板通过联络开关向左/右艏部低压主配电板供电。
[0154]功率管理计算:
[0155]P觀(左厂(Pcpp(左)/ rI gbpd) KW
[0156]Pme(右厂(Pcpp(右)丨 rI gbpd) KW
[0157]PiG+P2G+PsG=P 推+P液压(左)+P封水(左)+P液压(右)+P封水(右)+ Σ P设备KW
[0158]功率操作控制台包含计算机监控终端和监控软件，监控软件运行在基于Windows操作系统的计算机上，监控软件包括自动电站状态判断模块、开关状态判断模块、功率计算模块、模式切换模块、功率管理模块、报警模块。
[0159]监控软件与控制器软件之间，通过OPC Server进行通讯，通讯链路是基于100MB以太网。
[0160]监控软件提供数据的实时监控，主要功能如下:
[0161]1、配电模式的切换；
[0162]2、功率的自动管理分配；
[0163]3、监视中压配电板工作；
[0164]4、监视主变压器工作；
[0165]5、监视并对柴油发动机组、低压主配电板进行管理；
[0166]6、当低压配电板由轴带发动机供电时，若低压主配电板失电，则柴油发动机组自动起动；
[0167]7、执行并监视中压配电板的负荷转移；
[0168]8、监视泥泵的起动，同时为泥泵的起动释放足够的功率；
[0169]9、监视高压冲水泵的起动，同时为高压冲水泵的起动释放足够的功率；
[0170]10、监视艏侧推器的起动，同时为艏侧推器的起动释放足够的功率；
[0171]11、防止主机过载；
[0172]12、防止轴带发电机过载；
[0173]13、防止主变压器过载；
[0174]14、系统报警的显示。
【权利要求】
1.一种挖泥船功率管理系统，包括控制器采集模块、主控制器、备用控制器、交换机、功率操作控制台，其特征是:所述的控制器采集模块通过信号电缆连接3台柴油发电机、应急柴油发电机、左/右轴带发电机、左/右主机、左/右主变压器、低压主配电板、中压主配电板、左/右螺旋桨、左/右泥泵变频器、左/右高压冲水泵变频器、左/右封水泵、左/右液压泵站、艏侧推器、左/右艏部低压主配电板，以采集信息；所述的控制器采集模块还通过现场总线的方式连接主控制器和备用控制器，所述的主控制器和备用控制器通过以太网分别连接交换机，所述的交换机通过以太网连接功率操作控制台。
2.根据权利要求1所述的一种挖泥船功率管理系统，其特征是:所述的主控制器和备用控制器为可嵌入控制器软件的可编程控制器，在主控制器损坏时，备用控制器自动启动。
3.根据权利要求1所述的一种挖泥船功率管理系统，其特征是:所述的控制器软件运行在可编程控制器中CPU的SIMATIC S7-300 \ S7-400上，控制器软件包括I个系统主入口模块和22个功能模块，系统主入口模块为并发处理模块，常驻内存，调用系统22个功能模块，22个功能模块包括:数据转换模块、MMIC-A模块、MMIC-B模块、MMIC-C模块、MMIC-D模块、MIMIC控制模块、开关控制模块、功率电流计算模块、配电模式判断模块、配电模式切换模块、故障及报警模块、自动电站失电恢复模块、自动电站轻载解列模块、自动电站超载投入模块、自动电站故障模块、重载起动功率管理模块、过载功率管理模块、自动电站判断模块、单向风机控制模块、双向风机控制模块、两泵互备控制模块、三泵互备控制模块。
4.根据权利要求1所述的一种挖泥船功率管理系统，其特征是:所述的功率操作控制台包含计算机监控终端和监控软件，监控软件运行在基于Windows操作系统的计算机上，监控软件包括自动电站状态判断模块、开关状态判断模块、功率计算模块、模式切换模块、功率管理模块、报警模块。
【文档编号】E02F9/20GK104420491SQ201310400705
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】仲建芳, 叶炜, 吴琦, 潘卫锋 申请人:镇江市亿华系统集成有限公司