38500 DWT系列液货船货油泵变频器控制系统设计
导语：本文着重介绍电动式深井货油泵的变频控制系统。
38500 DWT系列液货船货油泵变频器控制系统设计
摘要：随着38 500 DWT波士顿船宽油船的成功建造和系列船的承接，装配变频的电动式深井货油泵的液货船已经成为公司的主力船型，本文着重介绍电动式深井货油泵的变频控制系统。 关键词：液货船 货油泵 变频器 电气设计 1、前言 38 500 DWT液货船是我公司为丹麦NORDEN公司设计的，拥有独立知识产权的经济型液货船，一经推出．深受市场欢迎，到日前为止，我们已经承接了来自丹麦、意大利和希腊三个国家四个船东共23艘船的订单，成为我公司的主力产品。其主要特点之一是采用变频的电动式深井货油泵。以下就电动式深井货油泵的变频控制系统做简要介绍。 2、系统介绍 38 500 DWT液货船的电动货油泵系统配置如图1。 [ALIGN=CENTER]
图1 电动货油泵系统配置图[/ALIGN] 1）货油泵/污油泵。全船共包括10台货油泵（每台功率230 kW，最大工作电流362A）和2台污油泵（每台功率125 kW，最大工作电流196A）。分左右两侧，每侧5台货油泵和1台污油泵。电机选用ABB的防爆电机．泵是由荷兰MARFLEX生产。 2）变频器：全船共包括6个变频器。分2组，每组3个变频器。每组控制1侧的货油泵/污油泵，每个变频器可以控制6台泵中的任意1台；每组变频器最多可以同时控制3台泵。全船最多可以有6台泵同时工作。 3）矩阵屏：全船共包括2个矩阵屏，与变频器一样分组，每个矩阵屏内部各安装18个接触器，其中15个供电给货油泵，3个供电给污油泵。单侧原理见图2。 [ALIGN=CENTER]
图2 矩阵屏原理图[/ALIGN] 4）控制屏：控制屏是本船货油泵系统的控制核心。通过控制矩阵屏的接触器完成变频器对货油泵/污油泵的控制；通过与主配电板的通信完成重载问询功能，保障在装卸货过程中对船上电站的保护；通过与货油计算机的RS485通信，使货油计算机完成对整个货油系统的控制，原理见图3。 [ALIGN=CENTER]
图3 控制屏原理图[/ALIGN] 3、系统布置 1）货油泵/污油泵的布置。总共有lO台货油泵和2台污油泵，分别布置在货舱区的货油舱和污油舱，电机通过厂家提供的特殊穿舱件固定在甲板面上，泵体在油舱底部，通过十几米的不锈钢管与货油管连接。 2）变频器布置。此船与采用液压货油泵的液货船的另外一个区别是有独立的货油泵变频器控制室，位置在上甲板左舷，具体的布置见图4。 [ALIGN=CENTER]
图4 变频器布置图[/ALIGN] 4、系统功能特点 由于本船采用的是变频器控制的电动货油泵，有自己的特点，现在根据本船的实际情况，仅就单侧货油泵，变频器的功能测试介绍如下。 1）本地控制功能 本地控制是指直接在变频器上操作，控制货油泵。当选择本地控制模式后，可以直接在变频器上控制货油泵，由于本地控制不经过PLC程序控制变频器，1组变频器的每台变频器只能控制某2台货油泵/污油泵中的1台。具体工况如下： 1#变频器可以控制l#和2#货油泵中的任意1台； 2#变频器可以控制3#和4#货油泵中的任意1台； 3#变频器可以控制5#货油泵和污油泵中的任意1台。 2）遥控控制功能 遥控控制是在货油控制台上的货油计算机上操作，通过网络控制变频器上的PLc控制货油泵。对单侧而言，组成6/3距阵控制模式，其主要特点是： 变频器可以与货油泵/污油泵任意配对组合，1台变频器可以控制距阵内的任意1台货油泵/污油泵。但单侧最多只能同时使用3台货油泵/污油泵，全船最多只能同时使用6台货油泵/污油泵。 3）应急停止功能 无论是在本地控制还是遥控控制，都可以应急停止货油泵/污油泵。全船共有4个应急停止装置，分别安装在：变频器室、货控室、加油站左、加油站右。 4）报警，停泵功能 ①根据规范和规格书的要求，在机舱检测报警系统上仅有每组变频器的综合故障报警； ②但在变频器上的报警比较多，主要报警/停泵功能包括：每个变频器故障、每个变频器电源故障、每个变频器绝缘低、控制功能故障、每台货油泵的绝缘低、每台货油泵的温度高等。 5）重载问讯功能 具体重载问讯的过程是：每次启动货油泵时，变频器给一个“请求”信号给主配电板，主配电板按每台货油泵的最大工作功率230kw需求，结合当前的已经使用的实际情况判断剩余功率是否足够，如果足够，则给变频器一个“允许”启动信号，货油泵可以启动。启动后，再给主配电板一个“运行指示”信号，主配电板自动扣除货油泵的功率；如果不够，备用发电机启动并车后，主配电板再给变频器一个“允许”启动信号，货油泵可以启动。 由于每台货油泵的最大工作功率是230kw，考虑到货油泵变频控制的特点，结合本船的实际情况，为保护船舶的安全，主配电板的电站管理结果如下： ①如果3台发电机运行，并且大于或等于5台货油泵运行，为了保护电站安全，发电机组不解列。 ②如果3台发电机运行，并且小于5台货油泵运行，如果负载大于1400 kW，发电机组不解列。 ③如果3台发电机运行，并且小于5台货油泵运行，如果负载小于1400 kW，其中1台发电机组解列。 ③如果2台发电机运行，并且大于或等于3台货油泵运行，为了保护电站安全，发电机组不解列。 ⑤如果2台发电机运行，并且仅有2台货油泵运行，如果负载大于300 kW，为了保护电站安全，发电机组不解列。 ⑥如果2台发电机运行，并且仅有2台货油泵运行，如果负载小于300 kW，其中一台发电机组解列。 ⑦如果2台发电机运行，并且仅有1台货油泵运行，如果负载大于500 kW，为了保护电站安全，发电机组不解列。 ⑧如果2台发电机运行，并且仅有1台货油泵运行，如果负载小T500 kW，其中1台发电机组解列。 6）变频器的顺序启动 由于采用6/3距阵控制，在每组变频器的“控制屏”上装配了变频器顺序启动选择开关，开关共设置了三挡，分别对应的启动顺序是： “1”——变频器的启动顺序是1#，2#，3#； “2”——变频器的启动顺序是2#，3#，1#： “3”——变频器的启动顺序是3#，1#，2#。 5、经验与体会 1）厂家的选择 在设备订货时，有两家货油泵厂家参加竞争，其中一家是最后选用的MARFLEX，另外一家是HAMWORTHY，在变频器数量、货油泵泵体和货油泵马达方面基本相同，主要区别见表1。 [ALIGN=CENTER]表 1
[/ALIGN] 通过上述的对比，再考虑到设备价格的差异，最终我们选择了MARFLEX作为供直商。 2）经验和教训 由于公司是第一次采用变频控制电动式深井货油泵系统，没有任何设计和建造经验可以借鉴；厂家在欧洲，在技术协议中要求货油泵厂家和货控台厂家自己协调接口，并把结果通知我们；我也在电力系统和主办工作的双重压力下，没有及时的监控两个厂家之问的接口协议；加上货油泵厂家提供确认图太迟，货控台厂家按照货油泵厂家的要求，只提供了1个通信模块的设计方案并安装在货控台内，后来货油泵厂家又要求货控台厂家提供2个通信模块，引致货控台厂家设计的修改，最后幸亏协调及时，没有影响厂家供货和设备调试。通过这件事，使我明白了对于各系统之间的接口，不能放任厂家，而要我们积极的跟踪厂家的协调过程并确认结果。 6、结束语 虽然这是本人第一次承担电力系统的设计，特别是面对首次采用变频控制的电动式深井货油泵这个新系统，在订货初期没有任何资料可以参考的情况下，经过前辈的指导和自己的学习，克服厂厂家图纸拖延且质量比较差的影响，比较顺利完成了系统设计。在设备安装完成后，厂家却不能及时提供试验程序，无奈之中，只能根据自己的船舶知识和对这个系统的理解，自己编写试验程序给厂家认可，值得庆幸的是我编写的程序基本得到厂家的认可，顺利完成调试报验工作。
图1 电动货油泵系统配置图[/ALIGN] 1）货油泵/污油泵。全船共包括10台货油泵（每台功率230 kW，最大工作电流362A）和2台污油泵（每台功率125 kW，最大工作电流196A）。分左右两侧，每侧5台货油泵和1台污油泵。电机选用ABB的防爆电机．泵是由荷兰MARFLEX生产。 2）变频器：全船共包括6个变频器。分2组，每组3个变频器。每组控制1侧的货油泵/污油泵，每个变频器可以控制6台泵中的任意1台；每组变频器最多可以同时控制3台泵。全船最多可以有6台泵同时工作。 3）矩阵屏：全船共包括2个矩阵屏，与变频器一样分组，每个矩阵屏内部各安装18个接触器，其中15个供电给货油泵，3个供电给污油泵。单侧原理见图2。 [ALIGN=CENTER] 图2 矩阵屏原理图[/ALIGN] 4）控制屏：控制屏是本船货油泵系统的控制核心。通过控制矩阵屏的接触器完成变频器对货油泵/污油泵的控制；通过与主配电板的通信完成重载问询功能，保障在装卸货过程中对船上电站的保护；通过与货油计算机的RS485通信，使货油计算机完成对整个货油系统的控制，原理见图3。 [ALIGN=CENTER] 图3 控制屏原理图[/ALIGN] 3、系统布置 1）货油泵/污油泵的布置。总共有lO台货油泵和2台污油泵，分别布置在货舱区的货油舱和污油舱，电机通过厂家提供的特殊穿舱件固定在甲板面上，泵体在油舱底部，通过十几米的不锈钢管与货油管连接。 2）变频器布置。此船与采用液压货油泵的液货船的另外一个区别是有独立的货油泵变频器控制室，位置在上甲板左舷，具体的布置见图4。 [ALIGN=CENTER] 图4 变频器布置图[/ALIGN] 4、系统功能特点 由于本船采用的是变频器控制的电动货油泵，有自己的特点，现在根据本船的实际情况，仅就单侧货油泵，变频器的功能测试介绍如下。 1）本地控制功能 本地控制是指直接在变频器上操作，控制货油泵。当选择本地控制模式后，可以直接在变频器上控制货油泵，由于本地控制不经过PLC程序控制变频器，1组变频器的每台变频器只能控制某2台货油泵/污油泵中的1台。具体工况如下： 1#变频器可以控制l#和2#货油泵中的任意1台； 2#变频器可以控制3#和4#货油泵中的任意1台； 3#变频器可以控制5#货油泵和污油泵中的任意1台。 2）遥控控制功能 遥控控制是在货油控制台上的货油计算机上操作，通过网络控制变频器上的PLc控制货油泵。对单侧而言，组成6/3距阵控制模式，其主要特点是： 变频器可以与货油泵/污油泵任意配对组合，1台变频器可以控制距阵内的任意1台货油泵/污油泵。但单侧最多只能同时使用3台货油泵/污油泵，全船最多只能同时使用6台货油泵/污油泵。 3）应急停止功能 无论是在本地控制还是遥控控制，都可以应急停止货油泵/污油泵。全船共有4个应急停止装置，分别安装在：变频器室、货控室、加油站左、加油站右。 4）报警，停泵功能 ①根据规范和规格书的要求，在机舱检测报警系统上仅有每组变频器的综合故障报警； ②但在变频器上的报警比较多，主要报警/停泵功能包括：每个变频器故障、每个变频器电源故障、每个变频器绝缘低、控制功能故障、每台货油泵的绝缘低、每台货油泵的温度高等。 5）重载问讯功能 具体重载问讯的过程是：每次启动货油泵时，变频器给一个“请求”信号给主配电板，主配电板按每台货油泵的最大工作功率230kw需求，结合当前的已经使用的实际情况判断剩余功率是否足够，如果足够，则给变频器一个“允许”启动信号，货油泵可以启动。启动后，再给主配电板一个“运行指示”信号，主配电板自动扣除货油泵的功率；如果不够，备用发电机启动并车后，主配电板再给变频器一个“允许”启动信号，货油泵可以启动。 由于每台货油泵的最大工作功率是230kw，考虑到货油泵变频控制的特点，结合本船的实际情况，为保护船舶的安全，主配电板的电站管理结果如下： ①如果3台发电机运行，并且大于或等于5台货油泵运行，为了保护电站安全，发电机组不解列。 ②如果3台发电机运行，并且小于5台货油泵运行，如果负载大于1400 kW，发电机组不解列。 ③如果3台发电机运行，并且小于5台货油泵运行，如果负载小于1400 kW，其中1台发电机组解列。 ③如果2台发电机运行，并且大于或等于3台货油泵运行，为了保护电站安全，发电机组不解列。 ⑤如果2台发电机运行，并且仅有2台货油泵运行，如果负载大于300 kW，为了保护电站安全，发电机组不解列。 ⑥如果2台发电机运行，并且仅有2台货油泵运行，如果负载小于300 kW，其中一台发电机组解列。 ⑦如果2台发电机运行，并且仅有1台货油泵运行，如果负载大于500 kW，为了保护电站安全，发电机组不解列。 ⑧如果2台发电机运行，并且仅有1台货油泵运行，如果负载小T500 kW，其中1台发电机组解列。 6）变频器的顺序启动 由于采用6/3距阵控制，在每组变频器的“控制屏”上装配了变频器顺序启动选择开关，开关共设置了三挡，分别对应的启动顺序是： “1”——变频器的启动顺序是1#，2#，3#； “2”——变频器的启动顺序是2#，3#，1#： “3”——变频器的启动顺序是3#，1#，2#。 5、经验与体会 1）厂家的选择 在设备订货时，有两家货油泵厂家参加竞争，其中一家是最后选用的MARFLEX，另外一家是HAMWORTHY，在变频器数量、货油泵泵体和货油泵马达方面基本相同，主要区别见表1。 [ALIGN=CENTER]表 1[/ALIGN] 通过上述的对比，再考虑到设备价格的差异，最终我们选择了MARFLEX作为供直商。 2）经验和教训 由于公司是第一次采用变频控制电动式深井货油泵系统，没有任何设计和建造经验可以借鉴；厂家在欧洲，在技术协议中要求货油泵厂家和货控台厂家自己协调接口，并把结果通知我们；我也在电力系统和主办工作的双重压力下，没有及时的监控两个厂家之问的接口协议；加上货油泵厂家提供确认图太迟，货控台厂家按照货油泵厂家的要求，只提供了1个通信模块的设计方案并安装在货控台内，后来货油泵厂家又要求货控台厂家提供2个通信模块，引致货控台厂家设计的修改，最后幸亏协调及时，没有影响厂家供货和设备调试。通过这件事，使我明白了对于各系统之间的接口，不能放任厂家，而要我们积极的跟踪厂家的协调过程并确认结果。 6、结束语 虽然这是本人第一次承担电力系统的设计，特别是面对首次采用变频控制的电动式深井货油泵这个新系统，在订货初期没有任何资料可以参考的情况下，经过前辈的指导和自己的学习，克服厂厂家图纸拖延且质量比较差的影响，比较顺利完成了系统设计。在设备安装完成后，厂家却不能及时提供试验程序，无奈之中，只能根据自己的船舶知识和对这个系统的理解，自己编写试验程序给厂家认可，值得庆幸的是我编写的程序基本得到厂家的认可，顺利完成调试报验工作。