刘承志 张松 肖凯 王晓智

摘要：本文首先介绍了PMS电站管理系统技术指标和控制原理，然后阐述了PMS电站管理系统方案和PMS电站管理系统的主要功能，最后分析了PMS 电站管理系统组成，并对PMS电站管理系统故障进行了分析。

关键词：PMS；电站管理系统；故障

中图分类号：U665文献标识码： A

引言：船舶电力系统是特殊的独立电网，它是船上电能产生、传输、分配、消耗等装置和网络的总称，它包含发电装置、配电装置、用电设备和电缆等几个部分组成。随着船舶吨位的不断加大、作业工况的不断增加、自动化程度的不断提高，发电和用电设备的种类、功率和配套数量也越来越多，特别是各类电力推进船舶的出现，船舶电站的组成也日趋复杂。因此，船舶电站管理系统PMS的应用也越来越广泛。PMS是大型船舶及多功能特种船舶中电力系统的核心技术。通过PMS有效工作，能使电力系统优化运行，一方面大幅度提高了船舶运行安全可靠性，另一方面也将船舶的能源消耗降低到最少程度。

1.PMS电站管理系统技术指标

1.1 PMS系统指标及功能分析

系统指标如下：柴油机组控制、监测和保护；发电机自动同步及并车；备用机组管理；负荷分配；频率控制、电压控制；功率限制；负载自动分级起动；重载询问；非重要负荷自动解列；发电机组自动解列；全船失电控制。

基本的PMS系统只需要提供船舶电站基本的控制功能：远程机组自启动、备用机组自启动及顺序选择、机组负荷自动控制。而对电力推进型船舶的PMS系统，除了具备船舶电站基本的控制功能之外，还需要具备上述所列的所有功能。

1.2 重要器件选型

(1)电子调速器：PMS系统对调速器的调速性能要求非常高，因为模拟量调节信号容易受到电磁信号干扰的影响，所以PMS系统采用数字量信号进行速度控制，因此选择WOODWARD 2301D数字量调速器。

(2)负荷分配器：WOODWARD easYgen3200可以实现多机组的并网控制，具有发电机保护和监测及逻辑编程功能。当PMS系统选择运行在ISO或Droop模式，可以利用WOODWARDeasYgen3200自带的发电机保护及断路器控制功能实现PMS系统的监测和保护。

(3)控制系统：PMS系统选择西门子SIMATICH冗余处理器实现硬件热备份冗余，处理器采用400H系列CPU412H。因PMS系统对浮点数及整数的运算量较大，通过系统的预估计算，412H处理器的运算速度能达到预设计扫描周期。SIMATIC H系统使用光纤电缆对双处理器进行热备份冗余，并且可以通过系统扩展设计实现I/O冗余，保证系统的可靠性。

(4)变送器：PMS系统对每台发电机的控制参数实时性要求高，所以应选择响应时间尽量少的变送器。DEIF的MTR-2F-215响应时间<50ms，控制系统采样周期可以缩短为>50ms，能达到PMS系统的信号采样指标。

2．PMS电站管理系统控制原理

电站自动化管理包括发电、配电、电能管理及驱动四个环节，其中电力推进型船舶电站管理对动力的驱动是指对推进马达的电力驱动。电力推进型船舶电站自动化系统包括配电板、发电机控制系统、PMS功率管理系统及推进系统，其中PMS系统通过配电板对船舶电能进行集中分配，通过发电机控制系统对发电机转速进行直接控制，调节电网频率，合理分配船舶电站负荷，并且对船舶大功率负荷进行功率限制，保证电站供电质量，其中电推型船舶大功率设备多为推进马达及侧向推进器，

3 .PMS电站管理系统方案

该电力推进型船舶PMS系统，以4台发电机、2个推进马达、2个首侧推组成的系统为研究对象。系统包括1个远程监控工作站和1个主工作站：远程工作站包括两台高性能工控机，使用了冗余双以太网通讯技术；主工作站包括一对西门子400H冗余处理器、WOODWARD 3200负荷控制器、电站保护单元(逆功率保护、绝缘监测保护等)、信号变送单元(DEIF)及冗余电源。

PMS系统控制对象为4台发电机组，其中直接控制单元为发电机的调速机构，调速机构使用WOODWARD 2301D数字量调速模块，PMS系统输出数字量控制信号对发电机调速系统进行直接控制。

4 .PMS电站管理系统的主要功能

船舶电站管理系统的主要任务是保证船舶电站供电的安全可靠、改善劳动条件和提高电站运行的经济性。随着船舶自动化程度的不断提高，电站自动化也必然由局部的、独立的控制发展到综合的、集中的控制，继而成为机舱自动化以至船舶自动化的重要组成部分。船舶电站管理系统是由电站自动控制系统、自动监测报警系统和安全系统三个互相独立又互相关联的系统组成。

(1)自动起动一台备用发电机组。当备用柴油发电机组处于停机状态时，而且发电机主开关也没有合闸，如有令发电机起动的信号时，该机就能实现自动起动。

(2)自动准同步并联运行。若电网上有发电机组供电，则备用发电机组自起动成动后，即由自动准同步单元与自动调频调载单元配合工作，将新起动的发电机组自动投入电网并联运行。

(3)自动恒频及有功功率自动分配。当两台机组并联运行时起动调频调载单元与原动机调速器配合工作，使电网频率维持恒定，偏差不大于±0.25Hz，并使两台机组承担的有功功率按机组容量成比例分配。

(4)实际情况一台发电机组解列时，电站管理系统应将其负载自动转移至运行发电机组后，才接受跳闸指令实现自动解列。

(5)自动恒压及无功功率自动分配。无论单机还是并联运行，励磁自动调节单元总能保持电网电压维持恒定，误差不大于±2.5 %UN。同时能调整并联运行发电机的无功分配，使之合理分担。

(6)配备自动分级卸载单元。当电网负载超过额定负载时，可分次卸掉次要负

载。

5 . PMS 电站管理系统组成和故障分析

5.1 系统组成

PMS-33电站管理系统由下列部件构成：

（1）同步屏内PCU9模块PMS系统6001处理器和6005 I/O板；

（2）发电机控制板6018-601/605；

（3）PMS-33端子板6010-612；

（4）PMS-33同步模块6010-613；

（5）PMS-33逆功率/短路保护模块6010-614；

（6）安全保护单元Mini-guard 008-601。

5.2故障分析

若付机滑油低压、冷却水高温、飞车情况发生时，发电机屏上Mini-guard 008-601板(-A4)将输出一个24VDC Shutdown信号至发电机屏内的Terminal Strip Board 6010-612上的(05A，05B)端子，即将付机停车信号送到了上述端子板—XA1，该信号在工作站计算机内显示的通道号为60111—60223，端子板6010-612再输出一个断开主开关信号到其串联在主开关失压线圈上的常闭触头(13A， 13C)，该断闸信号的通道号为60119，使主开关ACB分闸。同时，6010-612端子板(16A，16C)端子输出24VDC停车指令到停车电磁阀，停止付机。同时，在Mini-guard 008-601板上“滑油低压”/“冷却水高温”/“飞车”报警灯将闪烁。

在上述故障发生时，可以从IMAC-33工作站CRT中，进入Unit6，检查Channel60223的状态，检查一下在输出到60223通道的各个通道中，哪个通道的状态显示不正常，该通道即是引起发电机故障的原因。

若发电机的逆功率/短路电流超过规定数值时，安装在发电机屏内的“逆功率/短路保护”6010-614插板—A3将发出信号到其串联在主开关失压线圈上的常闭触头(15，16)(18，19)，使其动作，断开失压线圈回路，使主开关ACB分闸。同时，发电机控制板6018上“Reverse Power Trip”或“Short Circuit Trip”报警灯将闪烁。

另外，断闸按钮—SO的误操作也有可能使发电机无法合闸运行。当出现上述报警情况时，在排除故障的同时，必须对各个插板进行复位操作，如下：

（1）在同步屏内PMS系统处理器6001上，有一个Reset小按钮。可以找一根细棒插入Reset小按钮，释放时同时按住上方的“ACK”和“Stop Horn”按钮，持续一段时间，以完成电站管理系统程序的重新下载。

（2）对于4"发电机控制板6018，反复交替地按“Auto”和“Manual”键几次。

（3）对于发电机屏上的Mini-guard 008-601安全保护单元，需按住“Reset”和“Acknowledge”2个键，以实现复位。

（4）若在IMAC-33报警系统CRT上有报警显示的话，必须按住“ACK. Alarm”和“Stop Horn”2个键，以实现复位。在完成上述复位操作后，可以再尝试启动发电机，看看发电机自动启动、主开关自动合闸过程是否正常。若电站功能仍不能恢复正常，有可能是PMS系统管理程序错乱或丢失引起的，需将正确的程序重新灌入PMS处理器6001。具体操作时，可以将同步屏内PMS处理器拔出，插入IMAC-33工作站，然后将含有PMS电站系统程序的笔记本电脑通讯线与处理器反面COM口连接，使笔记本在DOS状态下，进入InterServe界面，将Unit 6程序(即PMS系统程序)重新灌入6001处理器的存储器中。完成后，将灌好程序的处理器插回原处，按住处理器6001上的“ACK”和“Stop Horn”按钮，以使新程序顺利下载到电站控制系统中。

由上述内容可以看到，该电站控制系统是一种各台发电机均独立控制运行，彼此之间相互通讯的系统。同时电站与报警系统也在进行实时通讯，各个系统的处理器6001完全相同，但各自所安装的控制程序不同，使他们的功能也不同。从中我们可以看出，机舱自动化设备的硬件正在走向标准化，不同系统硬件的互换性越来越强；同时它们的控制软件将因为包含越来越多的功能而日益复杂化。这将成为船舶机舱自动化设备的发展方向，也给船舶机电技术人员提出了新的要求。

参考文献：[1] 赵殿礼.船舶电气设备及系统[M].大连:大连海事大学出版社,2009.

[2] 林华锋,李华,赵克威.船舶电站及电力拖动[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2006.

[3] 马玉鑫.船舶电站管理系统的设计与研究:(碩士学位论文).大连:大连海事大学,2009.