【正文】 ............................................................................................................ 31 系統(tǒng)調(diào)試 ................................................................................................................... 32 總 結(jié) ...................................................................................................................................... 33 致 謝 ...................................................................................................................................... 34 參考文獻 .................................................................................................................................. 35 附 錄 ...................................................................................................................................... 36 山東交通學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 1 前 言 為實現(xiàn)船 舶電站自動化的各種功能，船舶電站自動化技術(shù)經(jīng)歷了由繼電器、接觸器組成的有觸點控制系統(tǒng)到有分立元件和集成元件組成的無觸點控制系統(tǒng)。大規(guī)模集成電路的結(jié)構(gòu)化、模塊化，還可以使微機控制系統(tǒng)的體積、重量大大減少，工作可靠性提高?？刂品绞接捎布刂谱?yōu)檐浖刂茷橹?，使功能的組合、擴展或修改變得容易：模塊化、通用性好。計算機控制由大型機集中控制方式發(fā)展到多微機分散控制方式，工作可靠性 提高 ；進而出現(xiàn)由多級計算機構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)，應(yīng)用光纖通訊和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等 。 國外船舶自動化一開始大多是從電氣部分著手，從最原始的手動本地操縱進 化成手動遙控操縱，再進一步發(fā)展成半自動控制，最后發(fā)展到目前的最高水平電站全自動控制的無人值班機艙。 早在 60 年代初期，日本、德國、英國等國就有電站單元自動化裝置，如：英國的 MMF 自動并車裝置，日本的 XET 自動并車裝置和 XPT 自動負荷分配裝置。到 70 年代中后期，人們在單元自動化裝置的基礎(chǔ)上，把它們系統(tǒng)地組合成成套電站自動化設(shè)備，系統(tǒng)可在集控室進行集中控制，如 “ 里言斯頓 ” 號船上的 SEPA 電站自動化控制系統(tǒng)，日本 “ 星光 ” 號船上電站自動化系統(tǒng)。隨著微型計算機的發(fā)展和推廣應(yīng)用，在 80 年代初期國外研制成功了微型計算機單 機控制系統(tǒng)，如：用在我國 “ 德大 ” 輪上的日本大發(fā)公司配套的電站自動化控制系統(tǒng)，廣州遠洋公司 15000 噸上使用的丹麥 SEMCO 公司的 APM 電動自動化系統(tǒng)。到 80 年代中后期，隨著微機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日趨成熟，國外眾多國家相繼開發(fā)研制多微機分布式網(wǎng)絡(luò)型自動化控制系統(tǒng)，如：西門子、 AEG 等國際著名的大公司近期的產(chǎn)品，是目前國際上最新技術(shù)產(chǎn)品。 目前我國船舶電站自動化裝置的研制和生產(chǎn)水平相對較低，船用電站管理系統(tǒng)國產(chǎn)化率很低，大約有 90%來自國外，而國外采用 PLC 控制技術(shù)研制的船舶電站自動化系統(tǒng)，功能完善，技術(shù)先進，但是技術(shù) 壟斷嚴重。隨著計算機信息處理技術(shù)的發(fā)展，船舶電站自動化系統(tǒng)正朝著集散型控制系統(tǒng) (網(wǎng)絡(luò)式或分布式控制系統(tǒng) )的方向發(fā)展 。船舶自動化電站是集自動控制、報警和監(jiān)測于一體化的監(jiān)控系統(tǒng)，涉及到現(xiàn)代控制技術(shù)、通訊、信息處理、數(shù)字化信息技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)等多學科和技術(shù)。這就需要研究控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等，船舶電站正以標準化、模塊化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化等方式向船舶電站綜合自動化這樣高級階段發(fā)展。 隨著工業(yè)自動化產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，自電氣自動化控制領(lǐng)域的重要組成部分PLC 問世以來，引起了國內(nèi)外電氣行業(yè)的普遍關(guān)注，現(xiàn)已成為具有發(fā)展前景 和影響力的一項高新技術(shù)產(chǎn)品?，F(xiàn)代 PLC 控制技術(shù)因其可靠性高、耐惡劣環(huán)境、基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 2 使用極為靈活方便三大特點，廣泛應(yīng)用在自動化控制系統(tǒng)領(lǐng)域，船舶自動化控制系統(tǒng)更是如此。 眾所周知， PLC 適用于多種場合中的檢測、監(jiān)控自動化。 S7200 PLC 具有豐富的指令集成和內(nèi)置集成功能，如高速計數(shù)器 HSC、自整定 PID 和脈沖輸出PTO/PWN 等，實時特性和通訊能力強，擴展模塊豐富，可靠性高。基于 PLC的船舶電站系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，便于在線故障診斷。基于 PLC 技術(shù)設(shè)計的人機界面，組態(tài)調(diào)試方便，用 S7200 PLC 開發(fā)的船 舶電站控制系統(tǒng)，性價比高，在遠洋船舶得到了成功應(yīng)用，表明 PLC 技術(shù)值得在輪機自動化中推廣。 目前我國的船舶電站自動化系統(tǒng)還處于研究階段，只有在局部的環(huán)節(jié)取得成果，尚不能投入全面使用，所以研究船舶電站自動化，早日實現(xiàn)國產(chǎn)化意義重大。 山東交通學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 3 1 課題的組成及背景 船舶電站自動化系統(tǒng)的定義、組成和特點 船舶電力系統(tǒng)是孤立于陸地的獨立電網(wǎng)，它是產(chǎn)生、輸送、分配、使用電能的裝置和用電網(wǎng)絡(luò)的總稱，它由用電設(shè)備、裝配電裝置、發(fā)電裝置和電纜等組成。其中船舶電站是船舶所需的全部電能的來 源，處于船舶電力系統(tǒng)的核心地位。 船舶電站由原動機、發(fā)電機和附屬設(shè)備 (組合成發(fā)電機組 )及配電裝置組成。發(fā)電機組是把機械能轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電設(shè)備；配電裝置是接收船舶發(fā)電機組所產(chǎn)生的電能，并對所有電力負載進行配電的開關(guān)和控制設(shè)備的組合裝置，也是對電力系統(tǒng)進行測量、監(jiān)視、保護的控制裝置。 船舶電站的主要特點是容量相對較小。當起動某些大容量負載起動時，發(fā)電機轉(zhuǎn)速下降，從而使發(fā)電頻率和電壓大幅波動，同時將沖擊電網(wǎng)，使電網(wǎng)電壓、頻率大幅度下降，因此，要求發(fā)電機組要具有較大的承載能力和維持電站穩(wěn)定運行的能力。 船舶 電站自動化的發(fā)展與展望 隨著船舶自動化程度的不斷提高，電站自動化由局部控制發(fā)展到了綜合控制，由就地的控制發(fā)展到集中的控制。集散式系統(tǒng)就是集計算機、通信、顯示和控制技術(shù)于一體的系統(tǒng)。其核心思想是集中管理、分散控制，即管理與控制相分離，上位機用于集中監(jiān)視管理功能，下位機分散到現(xiàn)場進行分布式控制。所以，這種集散式的管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)有很高的可靠性，且易于擴展，上位機根據(jù)需要增減下位機臺數(shù)。 船舶電氣自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢： (1)系統(tǒng)監(jiān)控的綜合化 由于電氣設(shè)備已經(jīng)日趨通用化、模塊化、系列化，組態(tài)靈活；上位控制機所有功 能可通過屏幕軟件按鈕來完成，為系統(tǒng)監(jiān)控的綜合化提供了必要的基礎(chǔ)。另外，采用綜合監(jiān)控的形式，可以構(gòu)成雙重或多重冗余，對提高系統(tǒng)或者全船整體可靠性是有積極意義的。 (2)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化 如今，數(shù)字化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)相當成熟?，F(xiàn)場控制設(shè)備和控制系統(tǒng)之間的雙向網(wǎng)絡(luò)通信靠現(xiàn)場總線來實現(xiàn)。使用雙層網(wǎng)絡(luò)，第一層網(wǎng)絡(luò)采集與傳送數(shù)據(jù)，第二層網(wǎng)絡(luò)是控制網(wǎng)。從分散危險的原則上，設(shè)置獨立的控制子網(wǎng)。各子系統(tǒng)的功能由系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，把數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)分散功能結(jié)合，但每個系統(tǒng)又是一個獨立的系統(tǒng)，在某系統(tǒng)局部受損時不影響其他系統(tǒng)獨立 完成工基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 4 作，采用網(wǎng)絡(luò)冗余和設(shè)備冗余設(shè)計及不間斷后備電源，增強系統(tǒng)控制能力。利用圖像控制功能，在人機界面實現(xiàn)良好的對話效果。這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)勢在于采用數(shù)字化和高層次的自動化技術(shù)代替大量繁瑣的人工操作，它有助于減少頻繁操作和減輕人員疲勞，把船員從環(huán)境惡劣的工作場合中解放出來。 船舶電氣自動化領(lǐng)域展望，在計算機、通信、顯示和控制技術(shù)迅速發(fā)展且互相交叉滲透，還有人工智能和模糊技術(shù)的應(yīng)用將會給船舶電站自動化帶來重大的變革。未來船舶電站的自動化系統(tǒng)會向著自動故障預(yù)測、自診斷的方向發(fā)展，上位機將會實現(xiàn)專家系統(tǒng)等智能連接。 計算機監(jiān)控系統(tǒng)正在經(jīng)歷著從集中型計算機監(jiān)控系統(tǒng)→分散型微機監(jiān)控系統(tǒng)→集散型 (分布式 )多級、多微機監(jiān)控系統(tǒng)→網(wǎng)絡(luò)型 (智能式 )計算 機監(jiān)控系統(tǒng)。而這些技術(shù)的發(fā)展會使船舶工業(yè)向著智能綜合自動化、微機監(jiān)視、智能控制、衛(wèi)星通信導航、全球定位系統(tǒng)、船岸信息直接交流、全船自動化領(lǐng)域延伸得更深。 PLC 在船舶電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用 PLC 概述 國際電工委員會 (IEC)頒布的可編程控制器的標準及其定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計，它采用可編程序的儲存器，用來在其內(nèi) 部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、計數(shù)等操作的命令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體，易于擴充功能的原則而設(shè)計”。 可編程控制器 (Programmable Logic Controller)簡稱 PLC，是一種工業(yè)控制器件。它是微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制結(jié)合的產(chǎn)物。 PLC 這種專用的工業(yè)控制機，它的組成與計算機基本相同，也是由硬件和軟件系統(tǒng)兩部分組成。 PLC 的硬件系統(tǒng)由主機、輸入輸出擴展設(shè)備及外部設(shè)備三部分組成。 主機由中央控制單元、存儲器、輸入輸出單元、輸入輸出擴展總線接口、外部設(shè)備接口以及電源等組成，各部件通過由電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線構(gòu)成的內(nèi)部系統(tǒng)總線進行連接；輸入輸出擴展機是輸入輸出單元的擴展部件；外部設(shè)備主要是編程器、圖形顯示器等。 PLC 軟件由系統(tǒng)程序、和用戶程序兩大部分組成。系統(tǒng)程序包括系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和系統(tǒng)調(diào)用的標準程序模塊等。用戶程序包括各類畫面的操作顯示程序，也有人機界面的有關(guān)軟件，用戶可以根據(jù)制造商提供的軟件使用說明進行操作站的系統(tǒng)畫面組態(tài)和編制相應(yīng)的應(yīng)用程序。 山東交通學院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 PLC 的工作原理 PLC 的工作原理與計算機的工作原理是基本相似，它通過執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)控制任務(wù)。但是，在時間上 PLC 執(zhí)行的任務(wù)是串行的，與繼電器邏輯控制系統(tǒng)中控制任務(wù)的執(zhí)行有所不同， PLC 整個工作過程是以循環(huán)掃描的方式進行。循環(huán)掃描方式是指在執(zhí)行程序的過程中，對各個過程輸入信號進行收集，對收集信號進行處理和計算，并把計算結(jié)果輸出到生產(chǎn)過程的執(zhí)行機構(gòu)去。這種循環(huán)掃描的方式，不斷地對輸入和輸出變量進行收集、計算和輸出，使得變量滿足程序條件，并且相應(yīng)的輸出使執(zhí)行結(jié)構(gòu)動作。 隨著 PLC 技術(shù)的發(fā)展，其集成度 越來越高，網(wǎng)絡(luò)及通信功能越來越強，可靠性和控制功能越來越好，這些都使 PLC更廣泛的應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域當中。 PLC 在船舶電站自動化系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)勢 船舶電站控制有控制動作復(fù)雜、頻繁的特點，且有較多的接觸器作為執(zhí)行器。一般的 PLC 都有幾百個內(nèi)部輔助繼電器，而且還有多種專用的內(nèi)部繼電器，可以滿足一般的控制要求，唯一需要做的就是對 PLC 進行編程。同時， PLC 在船舶電站抗干擾方面也有其極大的優(yōu)越性。另外， PLC 與繼電器控制比較有運行速度快、可靠性和壽命高的優(yōu)點。 PLC 與其他工業(yè)控制系統(tǒng)比較具有許多 優(yōu)點： (1)更改控制邏輯只需修改軟件，無需對硬件做改動； (2)程序可以復(fù)制，批量生產(chǎn)容易； (3)電氣硬件設(shè)計大大簡化； (4)由于 PLC 除有繼電器功能外，尚有多種其他功能，可以實現(xiàn)繼電器無法實現(xiàn)的控制功能，實現(xiàn)某種程度上的智能化，并有可能使機構(gòu)簡化； (5)可靠性高； (6)具有擴展單元或擴展模塊，當需要較多的 I/O 時可以方便的擴展。 本課題背景及選題意義 隨著新航運要求的出現(xiàn)，對船舶要求也有所提高。作為船舶上重要的裝備，船舶電站有著極其重要的作用；除了為船舶提供日常用電之外，還關(guān)系著船舶日常 工作的順利進行。 為解決船舶電站自動控制系統(tǒng)中的繼電器系統(tǒng)和電子電路控制系統(tǒng)的線路復(fù)雜、可靠性差、維修工作量大等缺點，甚至在情況嚴重下，會造成系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)，因此開發(fā)一套穩(wěn)定、高效、實時的基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)，是迫切需要的。為解決船舶電站自動控制系統(tǒng)中的繼電器系統(tǒng)和電子電路控制系統(tǒng)的線路復(fù)雜、可靠性差、維修工作量大等缺點，給出了解決方案。闡述了基于 S7200 PLC 的船舶電站自動控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)，自動電力管理系統(tǒng)參基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 6 數(shù)的在線監(jiān)視與在線修改 [1]。 由于 PLC 可靠性高、耐惡劣環(huán)境、使用極為靈活 ，功能擴展方便。在船舶電站自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用 S7200PLC 實現(xiàn)船舶電站的邏輯控制和總體控制，替代繼電器系統(tǒng)和電子電路控制系統(tǒng)，故障率大大減少。在 PLC 內(nèi)部實現(xiàn)自整定PID 算法控制轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，驅(qū)動直流伺服電動機執(zhí)行，負荷分配及時均衡。PLC 船舶電站控制系統(tǒng)便于系統(tǒng)參數(shù)的在線監(jiān)視與在線修改。 本文的主要