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1、高防护型可编程控制器研发项目高防护型可编程控制器研发项目可行性研究报告可行性研究报告浙江永宏浙江永宏电电器有限公司器有限公司二二 O 一二年五月一二年五月1高防护型可编程控制器研发项目高防护型可编程控制器研发项目 可行性研究报告可行性研究报告一、立项的背景和意义一、立项的背景和意义智能电网正在给全球电力行业带来新的机遇与挑战，是 21 世纪重大科技创新和变革的趋势。国内外研究者纷纷开始关注智能电网的研究和建设，以实现传统电网的升级换代及电网运行控制新思路的改革。国家电网公司已明确提出我国至 2020 年全面建成统一“坚强智能电网”发展目标，并制定了规划试点、全面建设和引领提升的三阶段发展规划。
2、舰船电力作为电力系统的一个重要分支，与岸基电力系统既密切相关又有所区别。随着舰船电力系统规模日益扩大和综合电力系统技术的提出，电网系统配置、网络结构、运行模式和控制策略等方面较传统舰船电力系统都发生了较大的改变，对供电质量、可靠性和生命力提出了更高的要求。现有传统舰船电网的设备和管理方式已经难以满足未来发展要求，迫切需要采取智能化措施提升设计理念和应用层次实现舰船电力系统的数字化、自动化、信息化和互动化。电力系统设计的主要目标之一就是保证供电连续性，是衡量电力系统生命力的重要指标，尤其在电力系统，因故障或环境因素遭到破坏时，能否最大限度地保持供电的连续性是电力系统首先需要解决的问题。随着科学技
3、术的发展，各种新型探测设备和武器装备陆续装备新一代舰船，一方面这些装备对电能的需求量越来越大，另一方面很多重要设备不允许断电现象的发生。微网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统。是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。微网在提高电网供电可靠性、改善电能质量方面具有重要作用。在大电网的脆弱性日益凸显的情况下，将重2要负荷组成微电网，设计合适的电路结构和控制，为这些负荷提供优质、可靠的电力。舰船的电网系统就是一个典型的微网。微网能量管理系统主要是对微网系统内分布式电源、负荷、微网系统的执行元件、智能电表等设备的实时数据采集和控制，针对微
4、网能量管理系统的组成、设备特性、通信方式等，可以根据不同构成形式灵活配置功能。基于现代先进的控制思想，采用以 PLC 为主的智能 I/O、集中与分散相结合的计算机网络控制系统，将使其在微网系统的运行管理方面发挥巨大作用。在微网系统中，由可编程序控制器（PLC）、智能电表、微网系统的执行元件等组成检测控制系统现场控制站具有以下方面优点：1、使用 PLC 装置实现电力系统中电网的自动化、智能化，可靠性高，可应用于恶劣自然环境。2、PLC 硬件无需调试，即插即用，免维护。3、PLC 系统结构简单，可灵活运用扩展、通信功能实现各种控制要求。4、可以利用编程软件实现各种复杂的控制要求。5、可以根据现场工
5、况，PLC 控制系统可以设计为：现场集中控制、远程操作站控制、远程分散控制。6、具有很好的抗电磁干扰及防尘、防潮，防震效果。目前 PLC 在现场总线的技术基础上已用于船舶智能电力控制管理系统，实现了电力负载分配、发电机组的监控、系统能量的控制管理、故障检测与故障隔离等功能。系统以触摸屏作为可视化监控设备，实现了电力系统的工作状态控制和监视的功能 。通过该系统，可以直接控制发电机组的自动启动、自动并联运行、有功功率的自动分配 、自动解列等一系列功能 。 目前国产或进口的 PLC 还不能满足舰船使用环境的高防护等级、高电磁兼容性。因此开发一种高防护等级、高电磁兼容性、具有抗震、三防的 PLC 就显
6、得十分必要。3二二、PLCPLC 的现状和发展趋势的现状和发展趋势可编程逻辑控制器，它是一种以微处理器为核心,综合了计算机技术、电器控制技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。随着我国工业企业的自动化程度越来越高，工业可编程序控制器 PLC 在工业控控领域中占有重要的地位。目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以
7、外的众多领域发挥越来越大的作用。 目前 PLC 都是国外厂商生产的，基本上各国的 PLC 都不对中国销售，对我国军事装备技术领域形成严密的封锁。NHP3 系列 PLC是浙江永宏电器有限公司研发、生产、拥有 100%自主知识产权的军用级国产可编程序控制器，是国内第一款为军工及军工配套行业（海事与智能微网配电）工程应用而研发的 PLC。三、研究开发内容和技术关键三、研究开发内容和技术关键NHP3-PLC 是一款高防护型高性价比的可编程控制器，产品主要应用于海事领域的电力系统和控制设备。一 NHP3-PLC 硬件研发（图 1）1、CPU 单元：中央处理器，进行各种数据的运算和处理 。2、固件 ROM
8、：用来存放 PLC 固件程序。 3、LD ROM：用来存放用户的逻辑程序。 4、RAM：存放用户的数据，也用来暂存用户下载的梯形图程序，梯4形图的解算也是在 RAM 内执行的。 5、实时时钟：年月日时分秒星期，这是一块专用的时钟芯片。 6、电池：保证实时时钟在掉电后的运行。 7、IO 接口：模块自带的 IO，包括数字量输入、数字量输出、模拟量的输入输出。8、内置天文算法（天文算法功能模块可实现太阳能双轴或单轴跟踪系统），为光伏等新能源而开发。9、PLC 防护等级要达到 IP56。图 1其中 8、9 是本项目的创新与技术难点。二 NHP3-PLC 运行方式1、PLC 的运行是一种循环扫描的运行方
9、式。 2、循环扫描：PLC 按图 2 循环执行； 3、定时扫描：PLC 根据设置的时间定时扫描。 通信I/O 接口CPURAM电源固件ROM时钟LD ROM天文算法扩展接口54、中断扫描：中断扫描根据外部或者内部中断的激活中断扫描程序的运行。比方说外部 IO 中断、高速计数中断、定时中断等。 图 2三 PLC 编程软件和软件执行研究1、开发一款基于普通计算机的能为 NHP3-PLC 提供直观、方便、高效率的编程、离线仿真和监控软件。2、系统初始化：进行系统初始化、设置、查找扩展模块等； 3、扫描输入：扫描 IO 输入信号； 4、执行逻辑：根据 PLC 程序执行逻辑； 5、内部管理：PLC 诊断
10、、维护和其它系统程序执行； 6、扫描输出：将逻辑执行的结果输出； 四 抗电磁干扰的研究分析研究系统内外电磁干扰的机理，采用硬件、软件协调的抗干扰技术与措施，提高系统的抗电磁干扰的能力。系统初始化扫描输入执行逻辑内部管理扫描输出6四、预期目标四、预期目标（一）技术指标1、NHP3-PLC 电源为 DC24V15。2、利用浙江永宏编程软件 YH-programmer1.0 实现对 NHP3-PLC的 LD（梯形图）、FBD（功能块图）和 IL（指令表）三种语言编程。3、PLC 硬件采用模块化设计，修改、维修方便。4、可与智能设备通信，数据可与 PC、其它 PLC、触摸屏、仪表等智能设备进行信息处理
11、。5、输出为直流 24V 2A 电流，能直接驱动电磁阀、中间继电器、接触器。6、程序存储器容量为 16K。7、具有可靠的掉电保护功能。能够保证运行时寄存器的数据永不丢失。8、具备完整的自我诊断功能。遇故障时即自我警告，并可关掉系统的运作。（二）经济指标将实现年累计销售 500 万元，利润 60 万元，税金 30 万元和实用新型专利 1 项。为舰船现代化做出贡献，具有较高的经济效益与社会效益。五、研究方案、技术路线五、研究方案、技术路线随着船舶工业的快速发展，船舶的大型化和高科技日趋显著。船舶的自动化程度越来越高。近年来船舶自动化发展迅速，自动控制水平得到很大的提高。NHP3-PLC 是针对军工
12、及军工配套行业（海事）工程应用而研发的一款具有高防护等级可编程序控制器。NHP3-PLC 由7于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性，可以用于各种规模的工业控制场合。NHP3-PLC 采用模块化结构，由一个本体单元和多个扩展单元构成。一个可编程序控制器可扩展 7 个模块，可灵活配置。PLC 采用防水铝合金外壳，对外提供一个 RS232 二个 RS485 接口，其中 RS232 支持编程、ModBus 从协议，RS485 支持编程、ModBus 主、从协议。NHP3-PLC 针对军方的特殊性进行研究，从而实现对高低温运行、储存、抗振
13、、抗冲击、抗电磁干抗等方面全面提升1、温度范围-20-+55NHP3-PLC 的设计就已考虑到军方的应用，PCB 板材、塑料、开关、端子、继电器将全部采用成军用级的材料，保证在极端恶劣的环境下可靠的工作；电子元器件采用军用级的电子元件，包括电容、光耦、继电器在内的一些比较敏感的器件；所有内部的接插件，为了适应军标宽范围的应用将全部选用镀金的接插件，以减少冲击和温度变化造成的接触不良等。2、抗冲击、抗振动为了能达到军标的要求，PLC 壳体整体采用铝合金铸造，电路板采用单层板设计，在电路板和壳体之间填充抗震海绵，保证外部的冲击力不会对 PLC 内部结构形成影响。3、防水防尘PLC 内部元器件与壳体
14、密封设计。PLC 接线端子接口、PLC 扩展电缆端口、LED 外部显示灯与壳体的接触部位都做密封处理，电路板整体浸泡三防漆，保证 PLC 的防护等级达到 IP56。4、抗电磁干抗与电磁兼容通过电磁波的辐射，使 PLC 的硬件产生不稳定现象，从而影响到正在执行的程序，引起 PLC 出现死机现象。为预防此类情况的出现，8必须在硬件上按电磁兼容工艺要求采取抗干扰措施，NHP3-PLC 在设计中必须充份考虑电磁干扰和电磁兼容这两点，满足军标的要求。5、宽电源范围直流输入范围可达 DC18.830V6、抗腐蚀PLC 整体（壳体内外都有涂层处理）表面做特殊涂层处理，耐腐蚀、抗盐雾。永宏 PLC 编程软件符
15、合 IEC 61131-3 规范的 PLC 编程软件。用于 NHP3 系列 PLC 的编程，它支持 LD（梯形图）、FBD（功能块图）和 IL（指令表）三种编程语言，可运行于 Win98/Win200X/WinXP 操作系统环境下。本项目由公司的科技人员和浙江工业大学科技人员合作实施研发。六、计划进度安排六、计划进度安排1. 样机方案确定、技术设计 2011 年 10 月-2012 年 5 月2. 样机试制 2012 年 5-10 月3. 环境性型式试验、电磁兼容性试验 2012 年 10-12 月4. 技术鉴定或评审验收 2012 年 12 月七、现有工作基础和条件七、现有工作基础和条件我公
16、司创建于 1980 年，在 1998 年通过中国船级社 ISO9001 国际体系质量认证；2000 年，通过海军装备部军工产品质量管理体系第二方认定，并列入海军武器装备合格承制方名录；2003 年，企业被浙江省科技厅命名为“浙江省科技型企业”；2004 年，被温州市人民政府命名为“温州市高新技术企业”；2008 年获得国防科学技术工业委员会颁发的“武器装备科研生产许可证” ，同年获得国防武器装备科研生9产单位保密资格审查认证委员会颁发的“三级保密资格单位证书”和获得中国人民解放军总装备部颁发的“装备承制单位”证书。研发中心 2011 年通过温州市科技局的验收，批准为温州市级企业研发中心。多年来，企业坚持科技创新工作，在工厂建立企业技术研发中心的同时，借助高校的科研储备及人才优势，投入大量经费与浙江工业大学共建联合研究所，产出了一大批涵盖电力电子、信息采集、数字监控等工业、军用领域的实用型成果，为企业的可持续发展增添了后劲，更为我公司参与军工现代化装备建设提供技术保障，走出了一条企校并
