基于PLC的船舶機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、開(kāi)題報(bào)告-基于PLC的船舶機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告電氣工程及自動(dòng)化基于PLC的船舶機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、 綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)明選題的依據(jù)和意義隨著電子技術(shù)的革 新以及組態(tài)和工控技術(shù)在工業(yè)中的迅猛發(fā)展，PLC、單片機(jī)和工控機(jī)的應(yīng) 用已經(jīng)十分成熟，在工業(yè)控制等各方而成功的代替了以前的模擬、數(shù)字 電路系統(tǒng)。船舶機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)是船舶自動(dòng)化系統(tǒng)中最重要的組成部分，主要由機(jī)艙 監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)、主機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)、主機(jī)遙控系統(tǒng)、電站監(jiān)控系統(tǒng)，以 及泵、風(fēng)機(jī)、輔鍋爐自動(dòng)控制等系統(tǒng)組成。它主要用于檢測(cè)機(jī)艙內(nèi)一些 主要設(shè)備，如主機(jī)、輔機(jī)及其它控制設(shè)備的運(yùn)行狀況、當(dāng)工作狀況出現(xiàn) 故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)的檢測(cè)系統(tǒng)。由于

2、船艙機(jī)艙內(nèi)高溫、高噪聲其至存 有污染的惡劣環(huán)境，機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)通常安置在距離機(jī)艙較近，又易于觀 察到其中主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控室中，監(jiān)視室與機(jī)艙一般隔離，從而 減少機(jī)艙的高溫、振動(dòng)、潮濕、電磁干擾、腐蝕以及噪聲等其它方而的 干擾。機(jī)艙工作人員可通過(guò)機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)在監(jiān)視室內(nèi)了解到機(jī)艙中主要 設(shè)備的工作狀態(tài)，從而即改善機(jī)艙工作人員工作環(huán)境，減輕了其勞動(dòng)強(qiáng) 度又能更準(zhǔn)確了解到主要設(shè)備的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)。船舶機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)是跟隨著電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展而發(fā)展的，到目 前為止其發(fā)展大致分為四個(gè)階段：1、以常規(guī)儀表監(jiān)測(cè)階段20世紀(jì)60 年代之前，工業(yè)控制自動(dòng)化水平較低，那時(shí)以經(jīng)典控制理論為主要控制 理論，控制對(duì)象

3、以單一。那時(shí)的電子技術(shù)水平，也只有單項(xiàng)自動(dòng)調(diào)節(jié)控 制裝置得以在機(jī)艙中應(yīng)用，使用的監(jiān)測(cè)工具多為常規(guī)儀表，監(jiān)視報(bào)警系 統(tǒng)的主要代表是觸電繼電器，尚未構(gòu)成完整的集中控制系統(tǒng)，各個(gè)系統(tǒng) 間相互獨(dú)立，自成體系。2、以電、氣動(dòng)及中小規(guī)模集成電子模塊組成的邏輯監(jiān)控階段20世紀(jì)60 年代中后期，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，晶體管集成元件可靠性能得以增加, 出現(xiàn)了以電、氣動(dòng)及中小規(guī)模集成電子模塊組成的邏輯控制為代表的機(jī) 艙監(jiān)視報(bào)警系統(tǒng)，即集中監(jiān)視系統(tǒng)，這使主機(jī)、輔機(jī)和其它自動(dòng)化設(shè)備 的工作狀態(tài)得到進(jìn)一步監(jiān)測(cè)，可靠性進(jìn)一步提高。那時(shí)的監(jiān)控系統(tǒng)主要 使用模擬式儀表。但隨著工藝的日益復(fù)雜和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，從技術(shù)以 及經(jīng)濟(jì)性等

4、方面，這類(lèi)監(jiān)控系統(tǒng)仍存在許多不足。3、以微機(jī)為基礎(chǔ)的集散型監(jiān)控階段20世紀(jì)70年代至80年代，隨著先 進(jìn)控制系統(tǒng)如集散控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)DCS）以及其它各種現(xiàn)代控制理論的 出現(xiàn)和發(fā)展完善，先進(jìn)控制手段也相應(yīng)產(chǎn)生。另外電子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)、 制造與應(yīng)用的技術(shù)逐漸成熟，許多國(guó)家都制造出了安裝有計(jì)算機(jī)的更高 自動(dòng)化程度的船舶。出現(xiàn)了微機(jī)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、分散監(jiān)控系統(tǒng)和集散型 微機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其中集散型微機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)又稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)型微機(jī)監(jiān)控 系統(tǒng)，采用高一級(jí)的微機(jī)系統(tǒng)組成中央單元，以多個(gè)獨(dú)立微機(jī)系統(tǒng)組成 分站，兩者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)。該系統(tǒng)擁有集中型和分散型的優(yōu)點(diǎn)，避免了 它們的缺點(diǎn)，也是目前用于機(jī)艙集中監(jiān)測(cè)中最多的結(jié)構(gòu)

5、形式。4、基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)同全船自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的階段 20世紀(jì)90年代以來(lái)，岀現(xiàn)了基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的新型控制系統(tǒng)，又稱(chēng) 現(xiàn)場(chǎng)總線式全分布式系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)FCS）,并己實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)。這是控 制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的集合體現(xiàn)，它擁有全數(shù)字化、具有開(kāi) 發(fā)性和互操作性等的特點(diǎn)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)之間能夠 實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)傳輸提供了強(qiáng)有力的支持。船舶機(jī)艙分布式總線監(jiān)控 系統(tǒng)首先由加拿大海軍研發(fā)并應(yīng)用于驅(qū)逐艦、潛艇等，以總線為核心， 將所有控制臺(tái)中的微機(jī)聯(lián)網(wǎng)，共享相關(guān)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)對(duì)資源的動(dòng)態(tài)具有 重構(gòu)能力，便于向接入總線系統(tǒng)的控制臺(tái)提供冗余措施，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采 用了總線掛

6、接方式。21世紀(jì)以來(lái)，各研究機(jī)構(gòu)紛紛加強(qiáng)研究該系統(tǒng)，德 國(guó)西門(mén)子公司、丹麥約克公司、挪威諾康公司等國(guó)際著名的船電產(chǎn)品制 造商目前已有較成熟的技術(shù)和相配套的產(chǎn)品，并將其實(shí)際應(yīng)用于各類(lèi)船 舶。展望未來(lái)，船舶自動(dòng)化技術(shù)將進(jìn)一步向全船綜合自動(dòng)化層次發(fā)展。 船舶綜合自動(dòng)化，是集機(jī)艙自動(dòng)化、機(jī)械自動(dòng)化、航行自動(dòng)化、裝載自 動(dòng)化等于一體的多功能綜合系統(tǒng)，是船舶自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展目標(biāo)。而 船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化水平是衡量當(dāng)前船舶先進(jìn)程度的一個(gè)重要標(biāo) 志。我國(guó)也在這方面進(jìn)行研究，中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司“船舶電站成套 設(shè)備研制”項(xiàng)目的科研攻關(guān)是我國(guó)首次自主研制的船舶自動(dòng)化電站成套 裝置，該項(xiàng)目成功地解決了我國(guó)船舶

7、電站系統(tǒng)成套設(shè)備研制中的諸多關(guān) 鍵的問(wèn)題。從60年代之前的單個(gè)船舶裝置自動(dòng)化到60年中期出現(xiàn)的“無(wú)人機(jī)艙”， 從70年代之后的電子計(jì)算機(jī)在駕駛、機(jī)艙和裝載等各方面的全盤(pán)控制應(yīng) 用，到80年代、90年代網(wǎng)絡(luò)型控制系統(tǒng)在船舶機(jī)艙自動(dòng)化中的廣泛應(yīng) 用，世界各國(guó)對(duì)船舶自動(dòng)化技術(shù)的研究不斷深入。這其中，為了能快速 有效地處理突發(fā)故障，對(duì)機(jī)艙設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控和故障的診斷系統(tǒng)成為近 年來(lái)特別研究的課題。我國(guó)同世界先進(jìn)的造船國(guó)家相比，這方面有很大的差距。目前我國(guó)國(guó)產(chǎn) 機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)的代表產(chǎn)品為CY8800網(wǎng)絡(luò)型機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)，然而，我國(guó)現(xiàn) 有的大部分船舶機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)基本仍處于各系統(tǒng)單獨(dú)監(jiān)控的狀態(tài)，各監(jiān) 控系統(tǒng)之間不

8、能進(jìn)行實(shí)時(shí)的、有效地?cái)?shù)據(jù)傳輸，這就要求了更多的控制 設(shè)備的成本以及監(jiān)控人員更多的專(zhuān)業(yè)要求及工作強(qiáng)度。國(guó)內(nèi)目前所造的 許多船舶的集中控制裝置和系統(tǒng)主要應(yīng)船東的要求購(gòu)自國(guó)外。因此，開(kāi) 發(fā)性?xún)r(jià)比更高的船舶機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)，將大幅度降低生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)成木從而 帶來(lái)極大地經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，加強(qiáng)這方面的技術(shù)研究具有強(qiáng)烈的要 求和意義。隨著船舶自動(dòng)化程度的不斷提高，現(xiàn)代的船舶系統(tǒng)日趨高性能化和結(jié)構(gòu) 復(fù)朵化，以及船東日益關(guān)注減員增效的情況，船舶設(shè)備的自動(dòng)化程度、 可靠性和維修性提出了更高的要求。準(zhǔn)確而實(shí)時(shí)地掌握船舶系統(tǒng)的工作 狀態(tài)以及預(yù)測(cè)、診斷存在和潛在的故障成為了現(xiàn)代船舶管理的研究的重 要內(nèi)容和課題。船舶機(jī)艙監(jiān)控

9、系統(tǒng)應(yīng)能承受船上遭遇到的環(huán)境溫度、潮濕變化、電源波 動(dòng)、電磁干擾、振動(dòng)、噪聲以及腐蝕等工作條件，而且為了便于維修和 更換，其硬件應(yīng)由可替換的模塊構(gòu)成，且盡可能標(biāo)準(zhǔn)化和組件化，另外 為減少備用件的數(shù)量，應(yīng)盡量減少使用不同的模塊?；谝陨蠋c(diǎn)考慮, 將抗干擾性能好、可靠性高、實(shí)時(shí)性好的PLC技術(shù)應(yīng)用于船舶的機(jī)艙監(jiān) 控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)艙設(shè)備多種運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、變換、傳 輸和監(jiān)控。PLC機(jī)是專(zhuān)門(mén)用于工程現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)控制裝置，它在具體設(shè)計(jì) 與制造時(shí)既考慮了硬件抗干擾措施，也有高效的軟件保護(hù)措施，使用PLC 的輸入通道采集外部所有報(bào)警信號(hào)和控制信號(hào)，再利用PLC編程以軟件 的形式實(shí)現(xiàn)需要的邏輯和報(bào)

10、警功能，能夠成功地實(shí)現(xiàn)船舶機(jī)艙的監(jiān)控。二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題：研究的基本內(nèi)容：1）船 舶機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)功能。2）船舶機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)分析方法。3）船舶機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)仿真。4）系統(tǒng)優(yōu)化分析。擬解決的主要問(wèn)題：1、熟悉小噸位船舶機(jī)艙的監(jiān)控系統(tǒng)功能。2、完成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、部分硬件的開(kāi)發(fā)。3、采用PLC作為主控制模塊，運(yùn)用軟件進(jìn)行上位機(jī)與下位機(jī)PLC程序的 開(kāi)發(fā)，并實(shí)現(xiàn)人聲報(bào)警提示等。三、研究步驟、方法及措施：步驟及方法：(1)了解國(guó)內(nèi)外船舶機(jī)艙 監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展動(dòng)態(tài)。(2) 熟悉船舶機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)的工作對(duì)象、環(huán)境以及作用。(3) 重點(diǎn)討論基于PLC的船舶機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)理論，通過(guò)仿真軟

11、件將系 統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)中，并建立數(shù)學(xué)模型。(4) 確定合理的仿真時(shí)間，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真、分析。(5) 得出結(jié)論。措施：圖書(shū)館查找相關(guān)的書(shū)籍、期刊、雜志等，通過(guò)上網(wǎng)尋找相關(guān)的一些資料，查看當(dāng)代對(duì)該技術(shù)的研究成果和最新的動(dòng)態(tài)。然后通過(guò)對(duì) 這些資料的學(xué)習(xí)和研究進(jìn)一步的熟悉和理解設(shè)計(jì)所需的相關(guān)知識(shí)。在設(shè) 計(jì)過(guò)程中及時(shí)與指導(dǎo)老師探討，對(duì)不了解的問(wèn)題及時(shí)向老師請(qǐng)教。四、參考文獻(xiàn)01范永勝，王岷.電氣控制與PLC應(yīng)用M.北京：中 國(guó)電力出版社,2020. 02江漢紅，呂金華.基于PLC的船舶機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng) J.微計(jì)算機(jī)信息,2020, 21 (1): 7677. 03宋德玉.可編程控制器原理 及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技

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