labview的船舶功率管理系统软件设计(附件)【字数：15737】
摘 要摘 要船舶与海洋产业中船舶电力系统占据了船舶设计的核心组成部分。船舶功率管理系统（Power Management System）又是整个船舶电力系统的核心。本文在了解船舶电站和船舶功率管理系统的基础上，以1500米作业水深钻井船中的功率管理系统为例，根据电力系统的控制功能需求，结合钻井船的特点，采用LabVIEW软件设计了船舶功率管理系统软件。首先设计了数据接口软件进行一个简单的OPC服务器通信实现和数据处理，通过建立多个不同的共享变量对OPC Server进行读写，实现对该船舶各发电机及多种用电器的功率、电压、频率等的主要参数的数据监测和实时显示，然后在LabVIEW程序中通过对四种航行模式的选择体现不同的船舶运行状态，最后通过读取已采集到的数据并将其与设置好的上下限相比较实现数据报警和报警数据的显示、通过写入数据文件和读取数据文件查询及记录历史报警数据。本次软件的设计过程清晰明了，设计功能贴近实际，设计成果简单轻便，层次清晰，易于维护管理。关键词船舶电力系统；船舶功率管理；LabVIEW；OPC
目录
第一章 绪论 1
1.1 课题概述 1
1.1.1 课题研究背景 1
1.1.2 课题研究的目的和意义 2
1.2 课题研究现状与发展趋势 2
1.3 本文的主要研究内容 3
第二章 船舶电力系统 4
2.1 船舶电站介绍 4
2.2 发电机组功能及控制原理 5
2.2.1 发电机自动启停原理 5
2.2.2 发电机的并网解列原理 6
2.2.3 发电机的失电恢复原理 7
2.3 本章小结 7
第三章 船舶功率管理系统软件总体设计 8
3.1 总体设计方案 8
3.2 船舶PMS总体构架 8
3.3 数据监控模块总体设计 10
3.4 报警模块总体设计 11
3.5 本章小结 11
第四章 船舶功率管理系统软件设计实现 12
4.1 LabVIEW简介 12
4.2 数据监控模块详细设计 14
4.2.1 通讯模式 14 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
4.2.2 数据监控 15
4.3 数据报警模块详细设计 17
4.4 人机界面设计 20
4.4.1 主界面（运行状态） 21
4.4.2 模式选择界面 22
4.4.3 发电机及负载监控界面 23
4.4.4 报警界面 24
4.4.5 报警数据记录界面 24
4.5 本章小结 26
第五章 总结与展望 27
结语 29
致 谢 30
参 考 文 献 31
第一章 绪论
课题概述
进入21世纪，海洋在国家发展上的的战略地位空前提高。为顺应世界潮流，我国船舶与海洋行业也进入了空前快速的发展阶段。“十二五”以来，我国船舶工业正处于由大到强的关键阶段，党中央、国务院也适时提出了“逐步把我国建设成为海洋经济强国”的宏伟目标。就整个船舶与海洋行业而言，船舶是整个行业中不可或缺的部分，船舶电力系统在船舶设计中占据很重要的地位，船舶功率管理系统（Power Management System）又是整个船舶电力系统的核心。由此可见，设计一套优秀的船舶功率管理系统是至关重要的。船舶功率管理系统实现的是全船电量和负载的统一管理调度，提高船舶电站的可靠性和安全性[1]。在功率管理系统中采用现代控制系统配合复杂运算系统和网络化分布控制使得PMS得以在高科技、功能多样化，控制智能化，管理高效化的方向上发展。
本文将以1500米作业水深钻井船中的功率管理系统为例，根据电力系统的控制功能需求，结合钻井船的特点，确立功率管理系统的主要功能以及本次毕业设计要实现的功能，并通过LabVIEW软件，即虚拟仪器软件实现相应功能。
课题研究背景
船舶自动化起步于上世纪60年代，到了70年代，出现了以强大的计算性能，操作简便，高速为优势的微处理器，这种微处理器迅速赢得了业界的青睐。80年代，由微处理器控制的船舶电站也开始出现，九十年代，PLC控制技术被应用在电站的控制系统及电站机组、发电机控制等方面。近年来，船舶运输逐渐成为在全世界范围内广泛流行的运输方式。电力电子技术和成熟的大功率交流电机调速技术的发展使得船舶电力推进系统逐渐显示出其优越性。
在船舶不断升级的同时，船舶用电负载也在不断啊的增加。船舶发电、配电和电能管理也随之变得越来越复杂。因此，船舶电站自动化以及智能化自然成为了船舶电站主要的发展趋势。其中，以对发电机和负载进行复杂而有效的管理为核心的船舶电站功率管理系统成为了船舶运行中最核心的部分。功率管理系统可以做到预防船舶电气系统异常失电，用最低油耗产生足够的功率保证用电设备的正常运作，以及减少设备维护的成本，提升设备的完好率。
在技术不断快速发展的21世纪，基于PLC和工控机的船舶电力系统也在不断地进行更新换代，现在的船舶电力系统已经能够适应恶劣的海洋工况。在实际管理需求不断增加的同时，船舶电力自动管理系统正逐渐成型 [2]。
较于船上的大电机，船上配置的发电机容量就显得很小，所以，用电设备对电网的影响必须要予以足够的重视，并有必要采取一定的措施来保证用电质量，主要是尽量维持频率和电压的稳定以及保证供电的连续性，包括调频调压功能的配置，使得发电机组间有功，无功分配均匀[3]。
因此，如何确保船舶电站系统更加高效、稳定得运行，是船舶电气工程师不断研究的的课题之一。
课题研究的目的和意义
现阶段在我国有越来越多的产品可以实现自己制造自主开发，但在船舶领域，虽然船舶产量居前列，但在核心装备上仍然采用很多进口装备，这并不利于我国技术的发展，拥有一套自己的核心技术是很有必要的。船舶功率管理系统也是一样，也需要核心技术。本文虽不能达到世界一流水平，但笔者努力向世界一流水平靠拢。
美国国家仪器（NI）公司的LabVIEW软件是面向用户的，程序开发环境类似于C和BASIC的，尽可能利用了技术人员熟悉的术语、图标和概念的工具软件。该软件提供了一个简单的仪器编程和数据采集系统可以提高设计者建立自己的科学和工程系统的能力。如果运用它来进行原理研究，测试和设计实现，可以大大提高工作效率。所以，基于LabVIEW的船舶电站功率管理研究在今天仍然具有非常实际的意义，笔者希望通过这种图形化的软件设计出简洁易懂的船舶功率系统软件，可以为研究者或者用户在研究或使用过程中提供便利。
目录
第一章 绪论 1
1.1 课题概述 1
1.1.1 课题研究背景 1
1.1.2 课题研究的目的和意义 2
1.2 课题研究现状与发展趋势 2
1.3 本文的主要研究内容 3
第二章 船舶电力系统 4
2.1 船舶电站介绍 4
2.2 发电机组功能及控制原理 5
2.2.1 发电机自动启停原理 5
2.2.2 发电机的并网解列原理 6
2.2.3 发电机的失电恢复原理 7
2.3 本章小结 7
第三章 船舶功率管理系统软件总体设计 8
3.1 总体设计方案 8
3.2 船舶PMS总体构架 8
3.3 数据监控模块总体设计 10
3.4 报警模块总体设计 11
3.5 本章小结 11
第四章 船舶功率管理系统软件设计实现 12
4.1 LabVIEW简介 12
4.2 数据监控模块详细设计 14
4.2.1 通讯模式 14 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
4.2.2 数据监控 15
4.3 数据报警模块详细设计 17
4.4 人机界面设计 20
4.4.1 主界面（运行状态） 21
4.4.2 模式选择界面 22
4.4.3 发电机及负载监控界面 23
4.4.4 报警界面 24
4.4.5 报警数据记录界面 24
4.5 本章小结 26
第五章 总结与展望 27
结语 29
致 谢 30
参 考 文 献 31
第一章 绪论
课题概述
进入21世纪，海洋在国家发展上的的战略地位空前提高。为顺应世界潮流，我国船舶与海洋行业也进入了空前快速的发展阶段。“十二五”以来，我国船舶工业正处于由大到强的关键阶段，党中央、国务院也适时提出了“逐步把我国建设成为海洋经济强国”的宏伟目标。就整个船舶与海洋行业而言，船舶是整个行业中不可或缺的部分，船舶电力系统在船舶设计中占据很重要的地位，船舶功率管理系统（Power Management System）又是整个船舶电力系统的核心。由此可见，设计一套优秀的船舶功率管理系统是至关重要的。船舶功率管理系统实现的是全船电量和负载的统一管理调度，提高船舶电站的可靠性和安全性[1]。在功率管理系统中采用现代控制系统配合复杂运算系统和网络化分布控制使得PMS得以在高科技、功能多样化，控制智能化，管理高效化的方向上发展。
本文将以1500米作业水深钻井船中的功率管理系统为例，根据电力系统的控制功能需求，结合钻井船的特点，确立功率管理系统的主要功能以及本次毕业设计要实现的功能，并通过LabVIEW软件，即虚拟仪器软件实现相应功能。
课题研究背景
船舶自动化起步于上世纪60年代，到了70年代，出现了以强大的计算性能，操作简便，高速为优势的微处理器，这种微处理器迅速赢得了业界的青睐。80年代，由微处理器控制的船舶电站也开始出现，九十年代，PLC控制技术被应用在电站的控制系统及电站机组、发电机控制等方面。近年来，船舶运输逐渐成为在全世界范围内广泛流行的运输方式。电力电子技术和成熟的大功率交流电机调速技术的发展使得船舶电力推进系统逐渐显示出其优越性。
在船舶不断升级的同时，船舶用电负载也在不断啊的增加。船舶发电、配电和电能管理也随之变得越来越复杂。因此，船舶电站自动化以及智能化自然成为了船舶电站主要的发展趋势。其中，以对发电机和负载进行复杂而有效的管理为核心的船舶电站功率管理系统成为了船舶运行中最核心的部分。功率管理系统可以做到预防船舶电气系统异常失电，用最低油耗产生足够的功率保证用电设备的正常运作，以及减少设备维护的成本，提升设备的完好率。
在技术不断快速发展的21世纪，基于PLC和工控机的船舶电力系统也在不断地进行更新换代，现在的船舶电力系统已经能够适应恶劣的海洋工况。在实际管理需求不断增加的同时，船舶电力自动管理系统正逐渐成型 [2]。
较于船上的大电机，船上配置的发电机容量就显得很小，所以，用电设备对电网的影响必须要予以足够的重视，并有必要采取一定的措施来保证用电质量，主要是尽量维持频率和电压的稳定以及保证供电的连续性，包括调频调压功能的配置，使得发电机组间有功，无功分配均匀[3]。
因此，如何确保船舶电站系统更加高效、稳定得运行，是船舶电气工程师不断研究的的课题之一。
课题研究的目的和意义
现阶段在我国有越来越多的产品可以实现自己制造自主开发，但在船舶领域，虽然船舶产量居前列，但在核心装备上仍然采用很多进口装备，这并不利于我国技术的发展，拥有一套自己的核心技术是很有必要的。船舶功率管理系统也是一样，也需要核心技术。本文虽不能达到世界一流水平，但笔者努力向世界一流水平靠拢。
美国国家仪器（NI）公司的LabVIEW软件是面向用户的，程序开发环境类似于C和BASIC的，尽可能利用了技术人员熟悉的术语、图标和概念的工具软件。该软件提供了一个简单的仪器编程和数据采集系统可以提高设计者建立自己的科学和工程系统的能力。如果运用它来进行原理研究，测试和设计实现，可以大大提高工作效率。所以，基于LabVIEW的船舶电站功率管理研究在今天仍然具有非常实际的意义，笔者希望通过这种图形化的软件设计出简洁易懂的船舶功率系统软件，可以为研究者或者用户在研究或使用过程中提供便利。
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