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基于单片机的轮机模拟器电站同步表实现
魏风波 1,冯志勇 1,陈安 2
1 武汉理工大学能动学院仿真中心,武汉(430063)
2 空军雷达学院电气工程教研室,武汉(430019)
Email:weifengbo0302@
摘要:本文首先简要说明了同步表在船舶电站中的用途,以及实船上同步表各个部分的功
能和操作方法;文中介绍了在轮机模拟器上对于电站同步表的一种新的仿真模型以及该模拟
器对同步表的要求,这一仿真模型和模拟器需求是文中介绍的基于单片机的同步表的基础;
根据这一模型,详细介绍了用通用单片机 STC89C51 实现轮机模拟器电站系统上的同步表的
系统构成,以及模拟实现同步表各项功能的的硬件和软件方法,并在文中给出了详细的软件
流程图和部分硬件原理图以及配套的软件代码;在文章最后,简要介绍了本文实现的基于单
片机的同步表的特点以及其在轮机模拟器上实际应用的表现。
关键词:船舶电站;同步表;单片机;模拟
中图分类号:
文献标志码:A
1. 船舶电站仿真概述
现代大型船舶上一般都装有两台以上的同步发电机,通常只有主发电机运行,但有时需
要根据船舶的负载情况有时需要数台发电机并联运行以提高负载能力[1]。发电机并车时需要
检测待并车发电机的电压、相位和频率,只有电压、频率、和相位差满足一定条件时并车才
可能成功,否则有可能出现负功率,导致并车失败。同步表正是通过检测发电机电压的频率、
相位差异来检验发电机是否满足并车条件,是实现船舶电站正常并车的重要仪器。
在实船操作中,操作员先接通同步表,观察同步表的显示情况,在适当的时机合闸,实
现发电机的并车。同步表在并车过程中检测待并发电机的相位差,频率和电压,并将这些信
息显示出来供操作员做出判断。轮机模拟器电站的主要功能就是模拟出船舶电站上的真实环
境,并尽可能简化系统。由于可以通过改变柴油机的转速来方便地实现电压的平衡,且两台
发电机的相位和频率差异最终可以转化为一波动的电压信号(压频转换),因此,模拟器可
以用在某一范围内波动的电压信号来反映两台发电机之间的相位、频率差异。武汉某高校的
轮机电站模拟系统正是采用了这样的设计思想,使系统得到很大简化。简化系统后的电站模
拟器虽然可以完全模拟电站的操作,但本质上有区别,无法采用传统的电站同步表,必须设
计出与系统模型一致的电站同步表。
2. 轮机模拟器电站同步表介绍
该高校轮机模拟器上采用的同步表表盘上有36盏红色LED和1盏绿色LED,以10度角的间
隔在表盘上排成一周,红色LED所在的角度代表相位,其旋转的快慢代表了频率差异的大小,
旋转的方向代表了频率差异的正负。当按下并车按钮后,绿灯和0相位角的红灯亮,表示并
车操作完成。电站模拟器在工作时,电脑通过DA转换器输出一路在+5V上下波动的电压,用
来模拟两发电机之间的相位和频率差异,同步表通过检测这一电压,将包含
的相位和频率信息处理并显示出来。同时可以通过电站上的旋钮可以调节电压大小来模
拟调节发电机的电压频率,频率的改变通过同步表上LED旋转快慢显示出来,供操作者作出
判断。为了便于系统对操作者的并车操作的优劣进行评判,同步表通过8根IO口线将当