1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1研究的目的
中国船级社《钢质海船入级规范》规定，客船及500总吨以上的货船在一般情况下均应设有应急电源。它可以是发电机，也可以是蓄电池组。作为应急电源使用的发电机称为应急发电机。当船舶电站主汇流排失电时，应急发电机组应能自动起动和自动连接与应急电板并且应在45s内向船舶一些有要害功能的设备如舵机、导航设备、通信设备、应急照明系统等，以及一些必不可少的控制设备如主机遥控系统等自动供电，以保证船舶安全。
船舶应急发电机及其自动控制系统是船舶应急电网必不可少的组成部分，其中船舶应急发电机自动控制系统的性能直接影响应急发电机起动的准确性与快速性以及保证在规范要求的时间内，向重要用电设备供电。该自动控制系统的可靠性和响应速度关乎船舶在主汇流排失效时的生存能力，是紧急情况下向船舶用电设备持续供电的重要保证，对维护船舶正常运行以及船员生命和货物财产安全意义重大。
船舶是古往今来重要的水上交通运输工具.当今世界各国经济交融，各国贸易来往频繁，船舶技术也在飞速地发展前进，海上货物基本都是靠船舶来运输，在船舶上的人和货物的安全也显得尤为重要。在整个世界经济的运行中，海洋船舶运输起着非常重要的作用船舶运输在运输成本以及运输能力上都具有非常明显的优势，世界上大约有80%左右的货运都是通过船舶运输来完成的。
进入21世纪之后，我国的造船产业迅速发展，对船舶的性能要求也越来越高。现代船舶的发展方向是高速化，自动化和大型化。为合理利用船上的空间资源，保证船舶可靠性运行，减轻轮机人员的工作量，船舶智能化与模块化起着决定性的因素。现如今，我国的造船产业已经迅速发展，成为排名世界前列的造船大国，但是与那些造船强国相比我们的船舶配套产品还不够完善，尤其像船舶应急发电机及其自动控制系统等设备所占份额比较低，这也严重制约了我国造船业的国际竞争力，所以研究反应迅速、性能可靠的船舶应急发电机PLC系统对促进我国造船行业的发展具有重要的意义。
1.2 国内外研究现状
我国部分造船企业和研究机构在对船舶应急发电机自动控制系统的研究方面取得了一定成果，研制出了一些产品。这些产品有一部分在内河、近和部分远洋船舶上得到了应用，但是和国外同类产品相比，在系统可靠性、智能化程度、市场占有率等方面还有很大的差距。
随着船舶电气自动化技术不断进步，新造船舶的应急发电机自动控制系统多采用可编程逻辑控制器(PLC)为控制核心来实现应急发电机自动控制，并不断地向着高效率、高可靠性、模块化、智能化等方向不断发展。在将来可预见的一段时期内，船舶应急发电机及其自动控制系统的主要发展趋势有以下几点：（1） 模块化设计的应急发电机及其自动控制系统
目前，船舶电站各设备在设计和制造时已经实现了集成化和模块化，它的各组成部分采用统一的标准化接口进行组合拼装，大大提高了系统的自动化程度和可靠性。这种情况使得船舶应急发电机及其自动控制系统能够以菜单形式提供给用户，用户可以根据自己的实际需求进行各种合理组合。同时，在面对结构和工作条件不同的船舶应急发电机编制监控程序时在原程序代码的基础上设置合适的参数便可以进行适应性转化，而不必重编写。
（2） 更加智能化的船舶应急电站
现代工业控制系统的智能化概念是指整个系统功能的智能化而不再是指单个设备的智能化。现在，大部分陆地上工业控制系统通过采用工控机的自动控制设备实对系统各组成设备进行监控和自动控制以及解决各设备之间的兼容。对于船舶应急供电系统整体来说，应该从更高层次的系统整体运行角度出发对各个设备进行控制，比如将整船的监控系统连入互联网络，通过卫星通信实现陆基专家诊断，这样可以对船舶应急供电系统进行远程诊断和维修，甚至在特殊情况下进行远程控制。这些都是船舶电力系统智能化的发展方向。
（3） 长寿命、无污染和小体积化的应急电站设备
在设备使用寿命方面，以前的国产发电机组原动机的大修时间间隔一般为3000h到6000h之间而现在为12000h到18000h。在污染控制方面，现在很多国家、地区都详细规定了柴油机运行时排放的废气含量，以降低空气污染;有些国家还规定了油船上机组的噪声限额，以及设备内部和设备之间的用料等的无毒无害等指标，以降低噪声污染和有毒有害材料造成的污染。伴随着大规模集成电路的大量采用、数字式处理器的不断发展、原材料性能和机械加工精度的提高，现在的设备都向高效率、大容量、小型化发展。
（4）新型的船舶应急电站监控系统
近年来，随着自动控制技术的发展船舶应急电站监控系统也出现了重大变革，在早期，船舶应急电站监控系统大多为采用单片机和PC机作为核心控制器的分布式控制系统，随着技术的不断进步，工业以太网、现场总线、智能图像监控、现场数据采集等网络技术和设备被引进到船舶应急电站监控系统中形成了综合监控系统。这样的船舶应急电站综合监控系统具有高度开放性和可靠性，便于维护和保养，工作寿命长，可以大幅提高整个船舶应急电站的工作效率。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究内容

设计研究的主要内容是利用plc来控制应急发电机的自动运行与监测。首先了解船舶的电力系统， 其分为主电力系统和应急电力系统。其中应急电力系统又包括大应急（应急发电机）和小应急（24v蓄电池）。正常状况下，应急配电板负载是作为主配电板中负载的一部分，通过主电网和应急电网之间的联络开关(通常也称传输线开关)，由主配电板向应急配电板供电。当主发电机或主配电板因突发故障造成主配电板失电，应急配电板可以转由应急发电机供电，以确保船舶重要设备的配电。当全船失电(主配电板失电而应急发电机还没启动送电)，由位于充放电板的小应急电源向主要通道的小应急照明、必要通信设备、必要航行设备以及报警设备等提供24v应急电源。船舶应急电力系统如图1所示在充分了解船舶应急电站的组成，工作原理，主要功能，发电机的运行特点和对控制系统的要求选择合适的plc设备，设计符合船舶实际要求的plc控制的应急发电机系统并将其输入和输出端口的分配给系统相应的输入与输出量。能够实现应急发电机的自动起停，运行的监测计时，供电开关的自动分闸与合闸的控制，参数显示，故障报警等功能。例如若主电网失电应急发电机应该能在45s内为重要设备供电，这其中就应该用到监测和计时功能，机组应该具有三次起动功能，若第一次不成功则延时10s后起动，第二次若不成功则经过10s后重新起动，若三次都不成功，说明起动失败，发出报警信号。

2.2 研究目标

（1） 船舶应急发电机自动控制系统应具有自动、手动和试验三种操作方式，能够对应急发电机组电压、频率进行调节，当出现故障时能够紧急停车等功能。

3. 研究计划与安排

（1）第1到3周查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需技术方案及措施。确定方案，完成英文翻译、文献阅读报告及开题报告。

（2）第4到6周学习plc硬件设备和软件相关书籍，画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入可编程控制器的控制电路等。

（3）第7到9周学习plc程序的编写，根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计plc程序。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]吴天明. plc控制系统在工业控制中的选型、设计与调试[j].科技视界. 2013(22)：22-25.

[2]林叶锦,徐善林.船舶电气与自动化[m].大连：大连海事大学出版社，2012.

[3]郑华耀. 船舶电气设备及系统[m].大连：大连海事大学出版社，2005.

[4]龙洋. 基于plc的水轮机调速系统的研究[d]. 武汉理工大学，2013.

[5]蔡行键. 深入浅出西门子s7-200 plc[m]. 北京航空航天大学出版社，2003.