一種船用配電系統開關聯鎖裝置及其控制方法與流程
2023-08-06 20:22:56
本發明涉及應用於船舶電站上完成船岸電轉換的自動裝置，特別涉及一種船用配電系統開關聯鎖裝置及其控制方法。
背景技術：
：國內的船岸電轉換裝置總體上還是使用以繼電器為主體設計的手動操作，此種裝置最大的缺陷在於：硬體線路複雜，故障點多，佔用空間大，不便維修；船岸電轉換瞬間存在短時的失電真空狀態，不方便且不安全；操作步驟繁瑣，對使用人員的技術素養要求較高。技術實現要素：本發明的目的是提供一種船用配電系統開關聯鎖裝置及其控制方法，使其適用於一些船隻在船岸電轉換時需要不間斷供電的情況。實現能有效進行船岸電半自動不間斷轉換並且操作使用簡單，可靠性高的目的。為了實現以上目的，本發明通過以下技術方案實現：一種船用配電系統開關聯鎖裝置，包含：可編程控制器plc；組成可編程控制器plc邏輯控制核心器件的cpu模塊a101與i/o模塊a102；所述cpu模塊a101與i/o模塊a102作信息交互；一組航空插頭，所述航空插頭組中用於採集所述船用配電系統開關聯鎖裝置的外部設備的開關量狀態信號的第二航空插頭j2與第三航空插頭j3分別對應與cpu模塊a101與i/o模塊a102連接。第一繼電器板jk1與第二繼電器板jk2，第一繼電器板jk1與第二繼電器板jk2的輸入端分別對應與所述cpu模塊a101與i/o模塊a102連接。所述第一繼電器板jk1與第二繼電器板jk2根據其各自接收的所述cpu模塊a101與i/o模塊a102輸出的所述開關狀態信號控制各自繼電器板上的相關的繼電器吸合。所述航空插頭組中用於根據所述繼電器吸合輸出24v直流電流信號的第四與第五航空插頭j4～j5的輸入端與所述第一繼電器板jk1與第二繼電器板jk2的輸出端連接，其輸出端與所述聯鎖裝置外部的合分閘繼電器連接。所述合分閘繼電器根據所述24v直流電流信號驅動與之連接的相關斷路器進行合分閘操作。優選地，所述聯鎖裝置進一步設有用於為所述聯鎖裝置供電的電源模塊p1。與所述電源模塊p1連接的第一熔斷器f101與第二熔斷器f102，所述航空插頭組中的第一航空插頭j1通過第一熔斷器f101與第二熔斷器f102和電源模塊p1連接，用於從所述聯鎖裝置的外部向所述電源模塊p1引入電流信號。所述電源模塊p1為dc/dc電源，其內部設有用於將所述外部引入電流信號轉化為24v直流電源信號的電流轉化模塊。優選地，所述聯鎖裝置設有一組故障顯示及報警燈組；所述故障顯示及報警燈組與所述第二繼電器板jk2並聯，且接入所述i/o模塊a102中。其中，故障顯示及報警燈組中的一個作為工作狀態指示燈；指示所述聯鎖裝置是否出現故障。故障顯示及報警燈組中的其他作為故障指示燈，所述故障指示燈的狀態顯示構成多位故障代碼，指示具體的故障類型和產生故障的斷路器；所述故障代碼位數與故障指示燈的個數相同。優選地，所述第二航空插頭j2設有多組探針，其中，所述第一組探針與第二組探針用於採集與之連接外部設備的開關量狀態信號。所述第一組探針採集開關量狀態信號為與其連接的各個發電機斷路器常開信號和/或常閉信號；前隔離斷路器常開信號和/或常閉信號；前跨接斷路器常開信號和/或常閉信號。所述第二組探針採集的開關量狀態信號為岸電轉艦電信號、艦電轉岸電信號、艦電對外供電信號、消聲按鈕信號與應答按鈕信號中的一種或其任意一組合；所述第三組探針為前主配電板信號公眾點。優選地，所述第三航空插頭j3設有多組探針，其中，所述第一組探針與第二組探針用於採集與之連接外部設備的開關量狀態信號。所述第一組探針採集的開關量狀態信號為多個發電機斷路器常開信號和/或常閉信號；後隔離斷路器常開信號和/或常閉信號、後跨接斷路器常開信號和/或常閉信號中的一種或其任意一組合。所述第二組探針採集的開關量狀態信號為岸電斷路器常開信號和/或常閉信號、岸電有電常開信號和/或常閉信號中的一種或其任意一組合。所述第三組探針為後主配電板信號公眾點。優選地，所述第一繼電器板jk1設有多個相互並聯的分繼電器；所述第二繼電器板jk2設有多個相互並聯的分繼電器。優選地，所述第一繼電器板jk1的一個分繼電器分別對應與所述第四航空插頭j4設有一對插針的輸入端連接。所述各對插針的輸出端分別控制與所述第二航空插頭j2連接的多個發電機斷路器聯鎖或分斷，前跨接斷路器聯鎖或分斷、前故障指示燈是否指示故障，故障聲報警是否報警。所述第二繼電器板jk2的一個分繼電器分別對應與所述第五航空插頭j5設有一對插針的輸入端連接；所述各對插針的輸出端分別對應控制與所述第三航空插頭j3連接的多個發電機斷路器聯鎖或分斷，後跨接斷路器聯鎖或分斷、岸電斷路器聯鎖或分斷、後故障指示燈是否指示故障。本發明另一個技術方案為一種基於上述船用配電系統開關聯鎖裝置的控制方法，包含以下過程：所述第二航空插頭j2與第三航空插頭j3按需分別對應採集與之連接的外部設備的開關量狀態信號並輸出。可編程控制器plc邏輯控制核心器件的cpu模塊a101與i/o模塊a102分別接收所述開關量狀態信號。所述可編程控制器plc根據其設有邏輯關係推算經過設定的延時值輸出控制外部設備合閘或分閘信號。或者，所述可編程控制器plc根據其設有的開關量聯鎖關係輸出控制外部設備聯鎖或分斷信號。所述第一繼電器板jk1與第二繼電器板jk2根據其各自接收的所述cpu模塊a101與i/o模塊a102輸出的所述開關量狀態信號控制各自繼電器板上的相關的繼電器斷開或吸合。所述第四航空插頭j4與j5接收所述電源模塊p1輸出的24v直流電流信號，並向外輸出至外部部設備中的合分閘繼電器。所述合分閘繼電器根據所述24v直流電流信號驅動與之連接的相關斷路器進行合或分閘操作。優選地，在所述可編程控制器plc接收到兩臺及以上的發電機機組斷路器處於合閘狀態時，輸出岸電斷路器聯鎖信號至第二繼電器板jk2，驅使第二繼電器板jk2上的對應的分繼電器吸合，並輸出24v直流電流信號至岸電斷路器合閘繼電器，抑制岸電斷路器合閘，使岸電斷路器與多臺發電機組斷路器不能並聯運行。本發明與現有技術相比具有以下優點：本發明的開關聯鎖裝置具有結構簡單，體積小，操作使用簡便，可靠性高，維修方便，船岸電轉換運行可靠的優點。附圖說明圖1是本發明開關聯鎖裝置的布置俯視圖；圖2是本發明開關聯鎖裝置的布置左視圖；圖3是本發明開關聯鎖裝置的布置正視圖；圖4是本發明開關聯鎖裝置的電氣原理圖；圖5是本發明開關聯鎖裝置的繼電器板與航空插頭的連接關係示意圖。具體實施方式以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發明做進一步闡述。如圖1所示，本發明一種船用配電系統開關聯鎖裝置,包含：設置在可編程控制器plc的cpu模塊a101，i/o模塊a102，電源模塊p1，與上述電源模塊p1連接的第一熔斷器f101與第二熔斷器f102，第一繼電器板jk1與第二繼電器板jk2。所述電源模塊p1為上述船用配電系統開關聯鎖裝置設有的各個元器件供電；在本實施例中，所述電源模塊p1為dc/dc電源，且輸出24v直流電源信號。所述cpu模塊a101與i/o模塊a102構成上述船用配電系統開關聯鎖裝置的邏輯控制核心，且分別通過各自設有的i/o接口，實現完成輸入與輸出信號的處理。結合圖1與圖3所示，上述船用配電系統開關聯鎖裝置還設有第一至第五航空插頭j1～j5，所述第一航空插頭j1通過第一熔斷器f101與第二熔斷器f102和電源模塊p1連接，用於從上述船用配電系統開關聯鎖裝置外部向所述電源模塊p1引入電流信號。所述第二與第三航空插頭j2～j3用於採集上述船用配電系統開關聯鎖裝置外部的輸入信號，上述第一繼電器板jk1與第二繼電器板jk2分別接收所述輸入信號控制相關的繼電器吸合；所述第四與第五航空插頭j4～j5用於向外輸出無源觸點信號至外部設有的繼電器，通過外部的合分閘繼電器驅動相關斷路器進行合分閘操作。如圖2所示，上述船用配電系統開關聯鎖裝置進一步設有設置在箱體面板的正面上設計有一組故障顯示及報警燈組l0～l6。其中l0為綠色指示燈，在工作時，l0持續亮。l1～l6為紅色指示燈，作為6位的故障代碼，指示具體的故障類型和產生故障的斷路器，燈亮表示1，不亮表示0。當l1～l6的6位故障代碼為「111111」時表示聯鎖裝置自身故障，其餘代碼見圖表1和表2。表1為本發明裝置故障顯示及報警燈組的故障類型指示表l1-l2故障類型11斷線故障10分斷故障01聯鎖故障表2為本發明裝置故障顯示及報警燈組的故障位置指示表l3-l6產生故障的位置備註00011qg1#發電機斷路器00102qg2#發電機斷路器00113qg3#發電機斷路器01004qg4#發電機斷路器01011qb前隔離斷路器01102qb後隔離斷路器01111qt前跨接斷路器10002qt後跨接斷路器1001qs岸電斷路器1010岸電狀態1011轉換開關狀態如圖4所示，所述第二航空插頭j2設有14個分探針，所述第二航空插頭j2設有多個探針，其中，第一探針j2-1採集1#發電機斷路器1qg常開信號且與cpu模塊a101的i0.0點連接；第二探針j2-2與cpu模塊a101的i0.1點連接，用於採集1#發電機斷路器1qg常閉信號；第三探針j2-3採集2#發電機斷路器2qg常開信號且與cpu模塊a101的i0.2點連接；第四探針j2-4採集2#發電機斷路器2qg常閉信號且與cpu模塊a101的i0.3點連接；第五探針j2-5採集前隔離斷路器1qb常開信號且與cpu模塊a101的i0.4點連接；第六探針j2-6採集前隔離斷路器1qb常閉信號且與cpu模塊a101的i0.5點連接；第七探針j2-7採集前跨接斷路器1qt常開信號且與cpu模塊a101的i0.6點連接；第八探針j2-8採集前跨接斷路器1qt常閉信號且與cpu模塊a101的i0.7點連接；第九探針j2-9採集岸電轉艦電信號且與cpu模塊a101的i1.0點連接；第十探針j2-10採集艦電轉岸電信號且與cpu模塊a101的i1.1點連接；第十一探針j2-11採集艦電對外供電信號且與cpu模塊a101的i1.2點連接；第十二探針j2-12採集消聲按鈕信號且與cpu模塊a101的i1.3點連接；第十三探針j2-13採集應答按鈕信號且與cpu模塊a101的i1.4點連接；第十四探針j2-14與cpu模塊a101的3l+和l+點連接，所述第十四探針j2-14為前主配電板信號公共點。所述第三航空插頭j3設有13個分探針，其中，第一至第八探針j3-1～j3-8分別對應與i/o模塊a102的i2.0～i2.7點連接，所述第一至第八探針j3-1～j3-8分別採集3#發電機斷路器3qg常開信號、3#發電機斷路器3qg常閉信號、4#發電機斷路器4qg常開信號、4#發電機斷路器4qg常閉信號、後隔離斷路器2qb常開信號、後隔離斷路器2qb常閉信號、後跨接斷路器2qt常開信號、後跨接斷路器2qt常閉信號；第九至第十二探針j3-9～j3-12分別對應與i/o模塊a102的i3.0～i3.3點連接，所述第九至第十二探針j3-9～j3-12分別對應採集岸電斷路器qs常開信號、岸電斷路器qs常閉信號、岸電有電常開信號、岸電有電常閉信號；第十三探針j3-13與i/o模塊a102的l+點連接，所述第十三探針j3-13為後主配電板信號公共點。所述第一繼電器板jk1設有由7個相互並聯的分繼電器組成的第一分繼電器組，且第一分繼電器組的一端與cpu模塊a101的3m點、m點與1m點並聯；其第一分繼電器組的另一端與cpu模塊a101連接，具體的為：第一分繼電器jk1-k01與cpu模塊a101的q0.0點連接，第二分繼電器jk1-k02與cpu模塊a101的q0.1點連接，第三分繼電器jk1-k03與cpu模塊a101的q0.2點連接，第四分繼電器jk1-k04與cpu模塊a101的q0.3點連接，第五分繼電器jk1-k05與cpu模塊a101的q0.4點連接，第六分繼電器jk1-k06與cpu模塊a101的q0.5點連接，第七分繼電器jk1-k07與cpu模塊a101的q0.6點連接。所述第二繼電器板jk2設有由8個相互並聯的分繼電器組成的第二分繼電器組，所述第二分繼電器組與故障顯示及報警燈組l0～l6並聯，所述第二分繼電器板組的一端與i/o模塊a102的2m點、m點與1m點並聯；其分繼電器板組的另一端與i/o模塊a102連接，具體的為：所述第二分繼電器組中的第一分繼電器jk2-k01與cpu模塊a101的q2.0點連接，第二分繼電器jk2-k02與cpu模塊a101的q2.1點連接，第三分繼電器jk2-k03與cpu模塊a101的q2.2點連接，第四分繼電器jk2-k04與cpu模塊a101的q2.3點連接，第五分繼電器jk2-k05與cpu模塊a102的q2.4點連接，第六分繼電器jk2-k06與cpu模塊a102的q2.5點連接，第七分繼電器jk2-k07與cpu模塊a102的q2.6點連接，第八分繼電器jk2-k08與cpu模塊a102的q2.7點連接。所述故障顯示及報警燈組l0～l6的一端與i/o模塊a102的2m點、m點與1m點並聯，所述故障顯示及報警燈組l0～l6的另一端與所述i/o模塊a102連接，具體的為：所述第一故障顯示及報警燈l0與所述i/o模塊a102的q3.0點連接；所述第二故障顯示及報警燈l1與所述i/o模塊a102的q3.1點連接；所述第三故障顯示及報警燈l2與所述i/o模塊a102的q3.2點連接；所述第四故障顯示及報警燈l3與所述i/o模塊a102的q3.3點連接；所述第五故障顯示及報警燈l4與所述i/o模塊a102的q3.4點連接；所述第六故障顯示及報警燈l5與所述i/o模塊a102的q3.5點連接；所述第七故障顯示及報警燈l6與所述i/o模塊a102的q3.6點連接。結合圖4與圖5所示，所述第一繼電器板jk1通過對內接線插頭組以及第四航空插頭j4與對應的外部設備連接，具體如表3所示。表3為本發明第一繼電器板jk1與各個外部設備對應連接關係結合圖4與圖5所示，所述第二繼電器板jk2通過對內接線插頭組以及第五航空插頭j5與對應的外部設備連接，具體如表4所示。表4為本發明第二繼電器板jk2與各個外部設備的對應連接關係本發明一種船用配電系統開關聯鎖裝置中，cpu模塊a101選用的型號為cpu1214c、i/o模塊a102選用型號為sm1223的i/o模塊；所述第一繼電器板與第二繼電器板選用可插拔式繼電器板和電源模塊p1選用dc/dc電源模塊。結合上述一種船用配電系統開關聯鎖裝置，本發明還公開了一種船用配電系統開關聯鎖裝置的控制方法；包含以下過程：所述第二航空插頭j2與第三航空插頭j3按需分別對應採集與之連接的外部設備的開關量狀態信號並輸出。可編程控制器plc邏輯控制核心器件的cpu模塊a101與i/o模塊a102分別接收所述開關量狀態信號。所述可編程控制器plc根據其設有邏輯關係推算經過設定的延時值輸出控制外部設備合閘或分閘信號。或者，所述可編程控制器plc根據其設有的開關量聯鎖關係輸出控制外部設備聯鎖或分斷信號。所述第一繼電器板jk1與第二繼電器板jk2根據其各自接收的所述cpu模塊a101與i/o模塊a102輸出的所述開關量狀態信號控制各自繼電器板上的相關的繼電器斷開或吸合。所述第四航空插頭j4與j5接收所述電源模塊p1輸出的24v直流電流信號，並向外輸出至外部部設備中的合分閘繼電器。所述合分閘繼電器根據所述24v直流電流信號驅動與之連接的相關斷路器進行合或分閘操作。在本實施例中，通過其中以岸電轉1#發電機的具體轉換過程為例詳細說明船岸電不間斷轉換的控制過程。當將設置在船艦上的轉換開關置「岸電轉船電」時，本裝置外接設備岸電斷路器qs處於合閘狀態，則所述岸電斷路器qs常閉信號通過i/o模塊a102的i3.1點輸入至可編程控制器plc模塊，所述cpu模塊a101接收上述岸電斷路器qs常閉信號，驅使所述前跨接斷路器1qt閉合，後跨接斷路器2qt及4臺發電機斷路器1qg～4qg均不在合閘狀態，則所述開關量包括前跨接斷路器1qt常閉信號、後跨接斷路器2qt常開信號以及4臺發電機組1#～4#常開信號分別由對應的i0.7、i2.6、i0.0、i0.2、i2.0、i2.2各點輸入至可編程控制器plc中。上述可編程控制器plc根據已編好的程序通過上述開關量的常開常閉狀態完成可編程控制器plc中聯鎖功能塊的邏輯判斷。控制屏與裝置之間通過航空插頭j1-j5進行信號傳輸，在控制屏上按下1#發電機合閘按鈕，閉合1#發電機斷路器，1#發電機斷路器常閉信號由i0.1點輸入。可編程控制器plc在接收到i1.0點輸入的信號後，根據之前完成的邏輯判斷推算並經過500ms延時後發出岸電斷路器qs分閘的輸出信號，由q2.6點輸出至第二繼電器板jk2，第二繼電器板jk2上的岸電斷路器qs分斷繼電器jk2-k07吸合，並發送信號至岸電斷路器qs完成分斷操作。同時，可編程控制器plc根據輸入的1#發電機常閉信號i1.0以及前跨接斷路器1qt常閉信號i0.7，經過設定的聯鎖功能塊分析判斷，當1#發電機斷路器常閉信號i1.0、前跨接斷路器1qt常閉信號i0.7、後跨接斷路器2qt常開信號、岸電斷路器qs常閉信號i3.1均有輸入的前提下，發出2#發電機斷路器聯鎖信號，並由q0.1點輸出至第一繼電器板jk1，第一繼電器板jk1上的jk1-k02吸合併輸出2#發電機斷路器聯鎖無源觸點信號發送至2#發電機斷路器合閘繼電器，使其無法實現合閘操作，保證在船岸電轉換過程中有且僅有一臺發電機可實現與岸電轉換的功能需求，且經過上述操作與此時為2#發電機聯鎖實現與岸電轉換功能。當後跨接斷路器2qt合閘時，可編程控制器plc接收到後跨接斷路器2qt常閉信號，則會發出3#發電機斷路器及4#發電機斷路器的聯鎖信號，由q2.0、q2.1點輸出至第二繼電器板jk2，第二繼電器板jk2上的jk2-k01和jk2-k02吸合併輸出3#發電機斷路器及4#發電機斷路器聯鎖無源觸點信號至3#發電機斷路器及4#發電機斷路器合閘繼電器，使其無法實現合閘操作，實現3#、4#發電機斷路器聯鎖功能。整套裝置核心的組件即寫入開關量聯鎖關係的可編程控制器plc模塊，聯鎖關係需包括但不限於以下：兩臺及以上的發電機機組併網運行時，在程序中設計聯鎖功能塊。在由可編程控制器plc接收到兩臺及以上的發電機機組斷路器處於合閘狀態時，則會發出岸電斷路器qs聯鎖信號，由q2.3點輸出至第二繼電器板jk2，第二繼電器板jk2上的jk2-k04吸合併輸出岸電斷路器qs聯鎖無源觸點信號至岸電斷路器qs的合閘繼電器，抑制岸電斷路器合閘功能，避免岸電斷路器與多臺發電機組斷路器並聯運行。岸電斷路器qs合閘或1#～4#發電機斷路器合閘時，在程序中鎖分故障模塊。電網由岸電轉為單臺機組供電時，若待並機組斷路器(1#～4#發電機組斷路器)合閘後岸電斷路器無法分閘，則分斷已合閘的待並機組斷路器並發出聲光報警信號q0.5、q0.6、q2.7至繼電器板jk1、jk2，繼電器板上前故障指示燈jk1-k06、故障聲報警jk1-k07、後故障指示燈jk2-k08吸合，輸出無源觸點信號至外部故障燈及蜂鳴器，實現故障聲光報警；電網由單臺機組即1#～4#任意一臺發電機轉為岸電供電時，若岸電斷路器合閘後並聯運行機組斷路器無法分閘，則分斷已合閘的岸電斷路器qs並發出聲光報警。並聯運行的時間為500ms。當船需向外供電時，在上述聯鎖功能邏輯關係前加入i1.2船對外供電信號。航空插頭j2-11採集到的船電對外供電信號由i1.2輸入至可編程控制器plc，在由可編程控制器plc接收到船電對外供電信號輸入時，可編程控制器plc根據聯鎖功能塊邏輯判斷，抑制1#～4#發電機斷路器聯鎖信號、前後跨接斷路器聯鎖信號及岸電斷路器qs聯鎖信號的輸出。儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。當前第1頁12