多控制器的船舶发电机测量保护系统设计

SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYVol．38，No．4AApr．，2016

多控制器的船舶发电机测量保护系统设计

柯宝桦

（柳州铁道职业技术学院电子技术学院，广西柳州545616）

摘

要：

船舶发电机系统作为船舶能源供给中的重要一环，担负着船舶所有用电设备的能量来源。在20世

纪初，船载发电机系统一般只负责照明等简单功能，功率要求不高，对发电机的稳定性也没有更高要求，但随着船舶电以及电力推进发动机的出现，船舶的供电要求变得非常苛刻，一方面为了满足各种电机设气自动化程度的日益提高，

备和控制设备的能源要求，需要发电机的输出功率越来越大；另一方面，随着全球能源的消耗，燃油的价格也越来越高，为了节约成本，需要发电机设备的能源转化效率更高保证。

［1］

。为了应对以上这些需求，保证电力供给的稳定输出，船

因此需要建立一种适应船舶发电机的保护系统，为船舶电力系统正常运行提供安全舶电站的测量保护变得更加重要，

关键词：文章编号：

自动控制；发电机保护；LPC2129

U463．63+1

文献标识码：

A

doi：10.3404/j.issn.1672－7649.2016.4A.018

1672－7649（2016）4A－0052－03

中图分类号：

Designofshipgeneratorprotectionsystemmeasuringwithmorecontroller

KEBao-hua

（LiuzhouＲailwayVocationalandTechnicalInstitute，CollegeofElectronicTechnology，Liuzhou545616，China）

Abstract：

Powerplantasthemajordrivingforceofthemaincabinpartoftheship，itsstabilityis

essentialforsafenavigationoftheship＇sentire．Andpowerplantsystem，thegeneratorasacorestructuralunits，hasalwaysbeenanimportantpartofmonitoringprotection．Withtherapiddevelopmentofintelligentautomaticmonitoringsystem，generatorprotectionsystembasedonavarietyofintelligentcontroldeviceshaveemerged．ThisarticleisbasedLPC2129microprocessorunitdominated，andavarietyofon-sitesensortimeunit，acommunicationcontrolbusandothercomponentsofthemonitoringsystem，toachievereal-generatorforshipmaintenanceandmanagement，andonthebasisofdesignsoftwarecontrolalgorithm，sothatfaulttoleranceandstabilityofthesystemhasbeengreatlyimproved．

Keywords：

automaticcontrol；generatorprotection；LPC2129

0引言1船舶发电机保护系统原理

现代船舶发电机系统不同于其他系统，为在各

本文在对船舶发电机系统做了深入研究后，参考最新的测量技术，提出一种基于多控制器技术的测量保护系统。在本系统中，包含了LPC2129中央处理器、ATT7022专用电力测控芯片和其他功能的控制模块，并借助CAN总线网络实现了发电机保护设备参数的实时传输，基本达到船舶发电机保护测控系统的要求。

种恶劣的航行环境中，保证电力的可靠供给，需要对发电机的各项参数进行监控。发电机系统中需要测量的参数包括发电机的交流输出电压、交流电流、有用功率和无用功率、发电机转速及功率因数等。保护类型也分为短路保护、过载或过流保护、继电保护、欠压保护和逆功率保护等。

收稿日期：2015－12－18

作者简介：柯宝桦（1962－），女，实验师，主要从事电工电子教学与实验研究。

第4A期柯宝桦：多控制器的船舶发电机测量保护系统设计·53·

2

发电机测控保护系统的装置设计

2.1

总体硬件架构设计

本文设计的船舶发电机保护测量系统原理如

图1所示，系统以LPC2129微处理器作为核心的数据处理单元，由ATT7022芯片专门负责发电机参数的收集与传送，这样大大简化了数据的传输和处理时间，提高了运算和测量的精度，同时也有利于降低系统的成本。该系统中还包括其他辅助功能的控制单元，发电机各个传感数据的开关量输入和输出单元、CAN通信接口单元和前端的输入单元电路。整个系统可以完成对交流发电机的功率、电压、电流、功率因数和输出负荷等参数的测量，基本可以完成对发电机的保护测控任务。

开关量输入单元开关量输出单元前端参数测量ATT7022输微处理器单元LPC2129入三相直流测量483通信单元图1硬件系统框架

Fig.1

Hardwaresystemframework

2.2通信电路设计

为保证发电机测量系统能够准确对数据进行采集

和处理，需要设计一个稳定性能高的通信单元，本文采用CAN总线结构（见图2）。首先通信电路需要稳定的频率信号，需要设计校表寄存器单元，在额定的交流信号受到干扰发生变化时，因此在通信串口的前端加入光电信号耦合电路，采用MAX485将普通的控制电平转换成485信号电平［5－6］

。这样设计可减小电

磁脉冲信号的干扰，而且隔离度更好，测量信号之间

串扰问题也得到了解决。2.3

参数采集电路设计

系统中另一个关键的单元是测量模块，本文采用ATT7022作为专用的数据处理器（见图3），电路采用的晶振频率为24.576MHz，通过分频器获得时间周期为10ms的采集数据采集频率。为保证芯片正常工作，同样需要滤波电容接在电源端，分别取0.1u和10u。复位信号由ＲC串联谐振电路获得，时间常数为10ms。输入端由V1P，V1N，V3P，V3N，V5P，V5N组成，分别是发电机A/B/C三相

图2

通信单元电路

Fig.2

Thecommunicationunitcircuit

位的电压信号输入端；输入端由V2P，V2N，V4P，V4N，V6P，V6N组成，分别是发电机A/B/C三相位的电流信号输入端。

图3参数测量单元电路

Fig.3

Parametricmeasurementunitcircuit

2.4输入输出单元设计

要实现发电机的保护需要对其状态进行监控，

而发电机的所有参数都通过传感器的高低电平的状态来判断，开关量输入和输出单元负责对开关信号处理，并实现与串口通信单元的数据传输，最终所有的发电机状态信息会传输到中央控制器进行处理。

图4所示电路采用光电耦合器PS2805作为主要的控制信号转换模块，DIN1～DIN4是电路的开关信号输入端口，在低电平时光电耦合器不会导通，高电平时就表示有用信号输入，光电耦合此时处于导通状态。在电源处加入旁路滤波电容0.1u，吸收来自电源的干扰信号。2.5

系统人机接口设计

保护测量系统的正常运行离不开人机互动的控制，只有良好的参数显示和控制平台，才能有效实现对发电机不同状态的监测。为了达到实时保护的

·54·舰船科图4开关量传输单元Fig.4

Switchtransmissionunit

目的，在人机接口控制平台中，设计有LED显示屏幕、声音报警器和键盘控制输入3个装置。其中，LED分别指示发电机电压、电流、功率等参数是否在正常工作状态，报警器在工作异常时会发出声音，键盘负责控制信号参数的输入。

3

程序控制设计

3.1

系统架构设计

为了使发电机保护硬件系统的自动化程度显著

改善，本文设计了如图5所示的系统软件控制流程图，基于此算法的控制流程可以提高数据的处理能力，并且测量准确度也会得到改善。

系统初始化程序启动LPC2129校表程序创建TASK控制参任务I/O初始化接口数设定创建应用列表TASK开始开关量输入输出保护参数测量通信任务图5系统软件控制流程图

Fig.5

Systemsoftwarecontrolflowchart

3.2测量内核程序设计

图6为发电机保护测量系统的工作流程图，此

算法应用于ATT7022芯片控制中，可减轻主控制器的负荷，提高工作效率。

学技术

第38卷

发电机测量开始测量内部直流测量各相电压任务延时程序测量各相电路测量各相频率测量各相功率测量功率因数测量有用功率测量无用功率图6

保护参数测量任务流程

Fig.6

Protectionparametermeasurementtaskflow

4结语

本文在论述了船舶发电机保护系统的结构和原理的基础上，针对发电机保护的各项参数设计了硬件电路系统，并给出了软件控制流程，实现了对发电机状态的有效监控，并具备了高效率和稳定性好的特点，具备一定的应用价值。参考文献：

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