摘 要

随着内陆经济的不断发展，来往于各个内河的船舶数量与日俱增，由于各大坝船闸和升船机的运力有限，船舶通过大坝时往往需要长时间锚泊待闸。待闸期间为满足船员生活需求，船上的发电柴油机需要不断运转，大量的燃油消耗带来了大量的污染物排放。如能解决待闸船舶接入岸电，对于推进绿色水运具有重要意义。本文针对内河高桩靠泊船舶并以三峡锚区高桩锚泊船舶为应用场景，设计一套岸电接入控制系统，实现靠泊船舶的岸电供应。

在分析内河高桩靠泊船舶岸电接入需求的基础上，以三峡大坝锚区的高桩靠泊船舶为例估算了岸电接入系统将会产生的巨大社会效益和经济效益。结果表明，内河船舶岸电接入具有巨大的可行性和必行性。随后以岸电接入需求为基础，确定内河高桩靠泊船舶岸电接入系统总体结构由岸基电源、船岸交互装置、船舶受电装置组成。本文研究的重点在于船岸交互装置，以ABB AC500系列PLC为控制核心，在对各路传感器传回的信号进行计算和处理后输出控制信号对船岸交互装置中的几组伺服电机的运转进行控制，从而驱动旋转吊臂和电缆卷盘的运动，将供电电缆送到请求供电的船上，待电缆连接妥当后经过电力参数的检测后控制供电开关的启闭，达到向船舶自动供电的目的。设计了一套恒张力电缆收放装置实现了水位变化时电缆的自动收放。

关键词：船舶岸电接入；自动放缆；恒张力控制；PLC

Abstract

With the continuous development of the Yangtze River Economic Belt, the number of ships traveling to and from the Yangtze River and its tributaries is increasing. Due to the limited capacity of the various locks and lifts in rivers, these ships often require long-term moorings to be gated when they pass through dams. During the sluice, in order to meet the life requirements of the crew, the diesel engine on the ship needs to be continuously operated, which results in a large amount of pollutant emissions and fuel consumption. For this reason, in this paper, a high-pile anchored vessel in the anchorage area of the Three Gorges is taken as an example to design a set of inland river access control system to realize shore supply of berthed vessels.

Based on the research background of domestic and foreign ship shore power technologies, this paper first analyzes the demand of high-pile berthing ship shore power access systems in China and estimates the shore power access using the example of the high-piled berthing ship in the anchorage area of ​​the Three Gorges Dam. The system will have great social and economic benefits. The calculation shows that China's inland river ship shore access has great feasibility and imperative. Then, based on the demand for shore access, build a general framework for shore access systems. The inshore high-pile berthing ship shore electricity access system will consist of shore-based power supply, ship-hub interaction devices, and ship power receiving devices. The focus of this study is on the ship-to-shore interaction device. The ABB AC500 series PLC is used as the control core. After calculating and processing the signals returned from each sensor, the output control signal is used to perform the operation of several sets of servo motors in the ship-side interaction device. Control, which drives the movement of the rotating boom and cable reel, sends the power supply cable to the ship requesting power supply, and controls the opening and closing of the power supply switch after the power parameters are detected after the cable is connected properly, so as to achieve the purpose of automatic power supply to the ship. In addition, the cable retracting system is specially designed to automatically adjust the retracting of the cable, so as to prevent the cable from being pulled off due to the fact that the water level is lowered and the cable receives too much tension.

Key words: Ship shore access; automatic cable release; constant tension control; PLC

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景、目的和意义 1

1.2国外研究现状 2

1.3国内研究现状 2

1.4研究内容和研究目标 3

1.4.1 主要研究内容 3

1.4.2 研究目标 3

第2章 岸电接入的需求和效益分析 4

2.1需求分析 4

2.1.1实地调研 4

2.2.2需求分析 4

2.2 效益分析 5

2.2.1 社会效益 5

2.2.2 经济效益 5

第3章 岸电接入系统总体设计 6

3.1 岸基电源装置（配电柜） 6

3.2 船岸交互装置 7

3.2.1 固定高桩平台 7

3.2.2 可旋转吊臂 7

3.2.3所需电缆长度计算 9

3.2.3 电缆选型 9

3.2.4 吊臂驱动方式 10

3.3电缆收放控制 10

3.3.1 电缆收放系统组成 10

3.3.2 电缆收放系统控制原理 11

3.3.3 电缆收放长度计算 12

3.3.4电缆卷盘尺寸计算 14

3.4部件选型 15

3.4.1卷缆电机选型 15

3.4.2电机驱动器选型 17

3.4.3张力传感器选型 18

3.4.4距离感器选型 19

3.4.5编码器选型 19

3.4.6避障雷达选型 20

3.5 船舶受电装置 20

3.5.1 电缆插座 21

3.5.2 相序检测与转换 21

第4章 岸电接入控制系统设计 23

4.1 工况分析 23

4.2 工作流程 23

4.3 控制策略 25

4.3.1 放缆逻辑 25

4.3.2 恒张力控制逻辑 25

4.3.3 收缆控制逻辑 26

第5章 控制系统 27

5.1 控制系统组成 27

5.1.1 控制信号分析 28

5.1.2 控制器选型 29

5.1.3 I/0地址分配 30

5.2 PLC程序 32

5.2.1 编码器信号处理功能块 33

5.2.2 外层电缆所在层数判断功能块 34

5.2.3 不同层数下的放缆长度计算 36

5.2.4 放缆长度计算功能块 36

5.2.5 吊臂与受电箱高度差计算模块 38

5.2.6 电缆张力计算模块 38

5.2.7 电缆重力计算模块 39

5.2.8 放缆判断模块 40

5.2.9 PLC主程序 41

第5章 结论与展望 43

5.1 总结 43

5.2 展望 43

致 谢 44

参考文献 45

第1章 绪论

1.1研究背景、目的和意义

我国作为全球第二大经济体，具有巨大的经济发展潜力。根据海关总署2018年1月12日对外公布的统计数据显示，2017年，我国的货物贸易进出口总值为27.79万亿元人民币，比2016年增长14.2%。随着我国与世界各个国家和地区的经济往来日益密切，贸易量将继续增长。特别是“一带一路”战略计划的逐步实施，我国各个港口特别是内河港口，其吞吐量都将稳步提升。这意味着我国各港口靠泊船舶数量将大幅增加。随着世界各地对绿色环保的要求逐步提高，很多国家和地区都制定了相应的法律法规，严格控制船舶废气和污染物的排放。

在我国西部地区的经济发展和工业化进程的推进过程中，来往于三峡大坝以及葛洲坝的船舶数量逐年增加。据统计，三峡船闸的货物通过量在2016年就已经达到了1.305亿吨。但是，受船闸和升船机通行能力的影响，需要越过大坝的船舶，都需要分区锚泊待闸。根据相关报道，平均每天待闸船舶数量已经达到了300艘，普通货船平均待闸时间在40小时左右，危险品船舶的待闸时间超过了50小时，下行船舶的最长待闸时间竟然达到了340小时！所有船舶平均待闸时间在48小时左右。漫长的待闸期，船舶电力系统需要保证正常的电力供应，以维持船员生活设施等装置正常运转。目前在全国大部分港口靠泊的船舶在靠泊期间使用的都是以船舶发电机组发出的电能，这将会产生大量的燃油消耗，造成巨大的资源浪费，同时产生大量的污染物排放，包括硫氧化物、氮氧化物、挥发性有机化合物，以及颗粒污染物等。这些有毒有害气体应成为港口污染物的主要来源，所占比重如图1-1所示^[1]。如此大量的有毒有害气体排放将会给当地居民的身体健康带来极大的危害，同时对宜昌市和三峡库区环境产生极大影响。

图 -1 港口污染物来源比重

如果靠泊待闸的船舶能够关停自身的发电柴油机，转而接用清洁高效的陆地电源，那么船舶在待闸期间就不会产生燃油消耗，也不会有各种污染气体的排放。因此，针对锚泊待闸的船舶开展船舶岸电接入系统的研究和设计，具有及其重要的应用价值。

1.2国外研究现状

1989年，瑞典的哥德堡港率先实现了为3艘客滚船供应岸电^[2]开创了船舶使用岸电的先例，使得接用岸电的船舶在靠港期间实现了燃油零消耗和废气零排放，随后陆续有其他国家的很多港口开始了船舶岸电系统的建设。其中，美国的公主邮轮公司就学习了哥德堡港的船舶岸电技术^[3]。据不完全统计，截止到2013年，全球能够为靠港船舶提供岸电的港口有差不多三十来家^[1]。还要求所有的集装箱码头在2014年时要为靠港船舶配备岸电设施。船舶岸电系统所适用的码头类型也逐步广泛，包括邮轮码头、集装箱码头、客滚或渡船码头、散货码头、天然气码头等。使用船舶岸电技术的国外码头类型和港口主要如表1-1所示^[3]。

表1-1 实现岸电供应的码头类型与港口

1.3国内研究现状

我国在船舶岸电接入系统的探索尚处于起步阶段，不管是在技术支持上还是在政策鼓励上都处于尝试阶段。不过其中的一些尝试已经取得了成效，为后续的港口船舶岸电系统的建设积累了宝贵的经验。我国第一次使用岸电为船舶供电是2010年，在上海港为靠泊的船舶供应了低压岸电^[4]。随后的同年十月，位于江苏省的连云港，为“中韩之星”邮轮研制了船舶岸电电源。此后，天津港、青岛港、蛇口集装箱码头等也安装了船舶岸电系统。目前，国内也还有很多港口和码头正在进行船舶岸电系统的试验和建设，比如宁波、香港福建的一些港口。

1.4研究内容及研究目标

随着节能减排的观念在世界范围的逐步普及，各个国家和地区对环境保护的重视程度越来越高。然而三峡大坝锚区锚泊船舶数量多、待闸时间长，靠泊期间产生的大量有害气体对当地环境造成了极大影响。本文针对当地实际情况，设计一套船舶岸电接入系统。对系统的组成，工况进行分析，并制定相应的控制策略编写控制程序。

1.4.1 主要研究内容

1）需求分析

a、实地情况：

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：