【文章內(nèi)容簡介】 艙自動化⑷，包括動力系統(tǒng)自動監(jiān)控、數(shù)據(jù)測量、報瞀顯示 等。船舶機(jī)艙自動化是船舶工業(yè)發(fā)展的重要方向，涉及的技術(shù)面很廣，比如計(jì)算機(jī)技術(shù)、 信號處理技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)，以及各類的傳感器、光纖等多門學(xué)科。它包括主動力系統(tǒng)、發(fā) 電系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)的監(jiān)控 ， 需要研究電力電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、原動機(jī)技術(shù)，還有船 舶電站要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理，那么網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是不可缺少 ?計(jì)算機(jī)與控制器之間的通信 ， 根據(jù) 實(shí)際設(shè)備需要采用何種數(shù)據(jù)線，計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間互通都需要認(rèn)真研究。最終實(shí)現(xiàn)控制 系統(tǒng)系列化、 模塊化、智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化 ， 向著船艙綜合自動化方向前進(jìn)。其中網(wǎng) 絡(luò)化是未來船舶的發(fā)展重點(diǎn) ， 它的自動化化水平高、易于維護(hù)、安全可靠。 隨著船舶行業(yè)的快速發(fā)展，船舶的大型化和高科技日趨顯著信息處理技術(shù)以及自 動浙江工業(yè)大學(xué)碩上學(xué)位論文 監(jiān)控技術(shù)的提高，促進(jìn)了船舶電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的迅速發(fā)展。在船舶電力系統(tǒng)及其自 動化裝 *發(fā)面，出現(xiàn)了新技術(shù)、新設(shè)備、新觀念。為了實(shí)現(xiàn)對船舶電力系統(tǒng)的有效管理和 監(jiān)控，一般在服務(wù)器上安裝工控組態(tài)軟件 ， 設(shè)計(jì)整所船舶的設(shè)備構(gòu)件，連通工控機(jī)與控制 器之間的網(wǎng)絡(luò)，除了現(xiàn)場操作外，其他的都可在監(jiān)測系統(tǒng)上監(jiān)控，包括發(fā) 電機(jī)組的運(yùn)行參 數(shù)、故陣報警，實(shí)現(xiàn)了對船舶電站的分散控制和集中管理。觸點(diǎn)型監(jiān)控系統(tǒng)、集中型監(jiān)控 系統(tǒng)、集散型監(jiān)控系統(tǒng)和現(xiàn)場總線型監(jiān)控系統(tǒng)是船舶電站監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的四個階段。 上世紀(jì)末，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，各個行業(yè)的發(fā)展都得到了質(zhì)的飛躍。船舶 電站也有了很大的發(fā)展，其突出標(biāo)志是高容量和自動化 0隨著網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的出現(xiàn)，機(jī)艙自 動化逐漸向無人值守過程發(fā)展，整個船舶連成一個系統(tǒng)，集成和分享所有信息 ， 形成計(jì)算 機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)。 網(wǎng)絡(luò)型監(jiān)控系統(tǒng)是船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向 ,也是目前新造船舶所采用的主流監(jiān) 控系統(tǒng) ， 因此現(xiàn) 代船舶電站監(jiān)控技術(shù)的特點(diǎn)就是建立在計(jì)算機(jī)通信技術(shù)基礎(chǔ)之上的網(wǎng)絡(luò) 化，以及由此帶來的數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化和智能化 . ? 國內(nèi)外船舶電站監(jiān)控技術(shù)的研究現(xiàn)狀 國外對船舶電站監(jiān)控技術(shù)的研究起步比較早 39。 一些具有先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的主要造船國家 的研究機(jī)構(gòu)和高校都在開展相應(yīng)的研究工作，他們擁有數(shù)字仿真裝置，或者是半數(shù)字仿真 裝置，也就是部分是實(shí)物，可以供研究人員進(jìn)行開發(fā)操作，各種測試儀器也是非常的精密 , 有不同類型的負(fù)載模擬器。這些良好的設(shè)備條件為船舶電站自動化的研究鋪展了道路，推 進(jìn)了船舶電站的發(fā)展。另外雄厚的開發(fā)資金 也是國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)望塵奠及的 . 集散型監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生后，國外陸續(xù)推出了采用局域網(wǎng)絡(luò)的船舶監(jiān)控系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中 都包括電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)，也就是說在這些代表發(fā)展方向的系統(tǒng)中，電站都是由計(jì)算 機(jī)直接監(jiān)控。 我國研究船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)也比較多，設(shè)計(jì)的電站自動化系統(tǒng)中，可根據(jù)電網(wǎng) 的負(fù)荷情況來決定增加還是減少發(fā)電機(jī)組的投入，進(jìn)入并機(jī)狀態(tài)后隨時監(jiān)視電網(wǎng)的狀態(tài) , 進(jìn)行電網(wǎng)有功功率和頻率的自動調(diào)整、電網(wǎng)無功功率和電壓的自動調(diào)整，確保電網(wǎng)的運(yùn)行 穩(wěn)定。但是由于船舶電站的研究成本高，技術(shù)難度大，國內(nèi)的產(chǎn)品和世界主要造船國家 相 比，還存在著較大的差距。我國的船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)總體上還處于研究階段 ，技術(shù)水平不 高，達(dá)不到世界船舶規(guī)范。造成我國在該領(lǐng)域落后的主要原因是技術(shù)支持不浙江工業(yè)大學(xué)碩上學(xué)位論文 夠和研究工作浙江工 ilk大學(xué)碩士學(xué)位論文 跟不上 ， 因此，我國需加強(qiáng)船舶電站自動化監(jiān)控技術(shù)的研究。 PLC 概述 PLC 的應(yīng)用現(xiàn)狀 當(dāng)前，我國的 PLC市場基本上都是國外產(chǎn)品，比如 LG、 三菱、西門子等。國內(nèi)也有 單位研 究 PLC,但是因各種原因沒有快速的發(fā)展起來。年銷售額超千萬的有上海正航、深 圳合信、無錫信捷等，銷售額超億的有臺灣臺達(dá)，但所有的這些廠家的 PLC市場占有率大 概只有 5%【 9】 。 曰本的 PLC 主要以小型為主，比如本系統(tǒng)采用的 FX 系列，但此系列的 PLC功能強(qiáng)大 , 且容易擴(kuò)展，有許多的擴(kuò)展模塊，比如 FX0N3A 輸入輸出模塊 ， 既有數(shù)字量輸入輸出也有 模擬量的輸入輸出，非常實(shí)用。歐美國家制造的 PLC大多是大中型 ， 在一些大型的系統(tǒng)中 會經(jīng)常采用。 PLC 在國內(nèi)市場有著巨大的潛力 ， 國內(nèi)大多數(shù)的小型企業(yè)的生產(chǎn)過程依舊沒有 使用自 動化系統(tǒng)，比如機(jī)械行業(yè) ， 八成以上的設(shè)備還是采用接觸器或者繼電器進(jìn)行監(jiān)控。只有一 些大中型企業(yè)才采用了自動化系統(tǒng) ， 并把它應(yīng)用在生產(chǎn)過程中。隨著企業(yè)間的競爭加劇， 小型企業(yè)為了獲得更大的效益，并且為了提高自身的競爭實(shí)力，就需要不斷地提升生產(chǎn)系 統(tǒng)的自動化。 機(jī)械工業(yè)是我國的基礎(chǔ)工業(yè)之一，近年來逐漸發(fā)展成為國內(nèi)工業(yè)的增長點(diǎn)，每年以驚 人的速度增長。 PLC 可對機(jī)械工業(yè)的幵關(guān)量進(jìn)行監(jiān)控，機(jī)械工業(yè)的快速發(fā)展就為 PLC提供 了空間 ,反過來 PLC也提升了機(jī)械工業(yè)的自動化程度。在信息化帶動工業(yè)化的指導(dǎo)方針下 , PLC能夠把大量的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造成為先進(jìn)的自動化產(chǎn)業(yè)，提升了企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)童，提高了 企業(yè)的勞動生產(chǎn)力，節(jié)約了成本，企業(yè)能夠獲取大的經(jīng)濟(jì)效益。 目前我國的工業(yè)生產(chǎn)水平還是落后于西方發(fā)達(dá)國家的 ,未來 PLC在自動化系統(tǒng)中的應(yīng) 用應(yīng)該有一個很大的發(fā)展空間。 PLC 在船舶電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用前景 可編程序監(jiān)控器 (PLC)是通用型工業(yè)監(jiān)控器件，因其抗干擾能力強(qiáng)、功能齊全、應(yīng)用 靈活、使用方便、維修簡單的優(yōu)點(diǎn)，能夠直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，因此得到廣泛的應(yīng)用?；? 于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)與基于單片機(jī)的船舶電站自 動化系統(tǒng)相比有以下優(yōu)點(diǎn) 11浙江工業(yè)大學(xué)碩上學(xué)位論文 176。】 ： (1)可靠性高 一臺可編程控制器能夠連續(xù)運(yùn)行 30 萬 h,也就是 30 多年而不出故陣，目前還沒有其 它的工業(yè)控制系統(tǒng)能夠超過 PLC。 PLC不能直接接收模擬信號，需要一塊信號處理板 ，把 采集到得模擬信號轉(zhuǎn)換成 PLC可以接收的標(biāo)準(zhǔn)信號 ,而單片機(jī)也同樣需要這樣的信號處理 板，但是海上的惡劣環(huán)境不同陸上，單片機(jī)的抗干擾問題一直得不到很好的解決，而 PLC 能夠直接應(yīng)用在惡劣的環(huán)境中。 另外， PLC 在硬件和軟件方面還采用了以下強(qiáng)有力的措施，來提高其可靠性 1】 《 硬件方面， I/O 模塊采用光電 隔離技術(shù)，以及光敏晶閘管、小型繼電器等器件來隔絕 PLC 內(nèi)部電路與工業(yè)設(shè)備間的電氣：器件選擇嚴(yán)格，采用模塊化形式，當(dāng)某個模塊發(fā)生故 障時，可以立刻得到更換，縮短故障維修時間：供電電源采用開關(guān)電源，比起線性電源來 說它的性能優(yōu)良，功耗小 ， 并對輸入電路采取各類形式的濾波 ， 降低干擾；各個PLC 模塊 采用屏蔽技術(shù) ， 減少輻射的千擾。 軟件方面， PLC 有自診斷功能 ， 一旦程序系統(tǒng)或者硬件設(shè)備出現(xiàn)故障， CPU 能夠及時 采取有效措施，防止事態(tài)擴(kuò)大； PLC有監(jiān)視定時器，假設(shè)程序跑飛或者執(zhí)行時間過長，進(jìn) 9 入死循環(huán)，能夠報警。 (2) 用戶所需備件數(shù)量少 只需要準(zhǔn)備一塊信號處理板。 PLC的通用性很強(qiáng) ， 供電電源也是采用通用性的開關(guān)電 源， DC24V,岸上已廣泛使用，全世界都可以買到 PLC 產(chǎn)品以及電源備件；微機(jī)系統(tǒng)是專 用產(chǎn)品 ， 需配備系統(tǒng)所需各種電子電路板 (信號處理板、微機(jī)主板、各種開關(guān)量、模擬量 的輸入、輸出板等 )即備件的成本費(fèi)用高。 (3) 編程簡單易學(xué) ， 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試周期短 現(xiàn)在我們所設(shè)計(jì)的船舶電站選用 FX 系列功能最強(qiáng)、速度最快的微型可編程監(jiān)控器 FX2N,可以用于 I/O 點(diǎn)數(shù)多、監(jiān)控功能復(fù)雜、要求聯(lián)網(wǎng)通信的系統(tǒng)。 PLC 的編程 方式簡單 易學(xué)，可以采用梯形模式結(jié)構(gòu)，工程技術(shù)人員不需要掌握高深的計(jì)算機(jī)技術(shù)就能夠編程。 另外，由于 PLC是通過程序?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)控，所有設(shè)計(jì)人員可以在實(shí)驗(yàn)室里設(shè)計(jì)和修改 程序，還可以在實(shí)驗(yàn)室方便地進(jìn)行系統(tǒng)地模擬及運(yùn)行調(diào)試，使現(xiàn)場的工作量大為減少 ? 浙江工業(yè)大學(xué)碩上學(xué)位論文 三菱 FX2N 的特點(diǎn) ? FX2N 是日本三菱電機(jī)公司生產(chǎn)的小型 PLC, FX系列的基本單元、擴(kuò)展模塊以及擴(kuò) 浙江工業(yè)大學(xué)碩上學(xué)位論文 展單元的高度和長度一致 ?只有寬度不一樣，各模塊有 DIN導(dǎo)軌，相鄰模塊可用扁平電紙 連接。 PLC 接收外部的開關(guān)量或者是標(biāo)準(zhǔn)的模擬量 .轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后交給 CPU模塊處理 (包 括控制器、運(yùn)算器和存儲器 )， 數(shù)據(jù)處理好后輸出，控制繼電器之類的設(shè)備，完成控制過 程。另外， PLC 可以與上位機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)集敝控制 ， 進(jìn)一步還可得到網(wǎng)絡(luò)化管理(11】 。 (1)體積小 FX2N 的長度為 150mm,寬度為 90mm,高度為 85mm,非常小巧，很適合在機(jī)電一體化產(chǎn) 品中使用。小型 PLC 可以為外部的電子傳感器以及內(nèi)部的輸入電路提供直流 24V電源。 (2)先進(jìn)美觀的外部結(jié)構(gòu) 產(chǎn)品以模塊化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化 ， 配備各種硬件裝置供用戶選用，根據(jù)需要可以組成 功能不同、規(guī)模不同的系統(tǒng)。接線方便，只需用扁平電纜線連接，各模塊的高度及寬度都 相同，只是長度不一樣，安裝后非常的整齊美觀。 (3) 子系列豐富 比如 FX1S、 FX1N、 FX2N 系列 a其中 FX2N 的功能最強(qiáng)，可以用于要求很高的系統(tǒng)， 圖 FX2N側(cè)面 圖 FX2N正面 浙江丁 .業(yè)大學(xué)碩上學(xué)位論文 通 過子系統(tǒng)的不同組合可以得到不同的系統(tǒng) ， 避免功能浪費(fèi) ， 節(jié)約投資。 (4) 系統(tǒng)配置靈活多變 FX 系列 PLC的系統(tǒng)配置靈活，具有多種基本單元、擴(kuò)展單元、控制模塊 *根據(jù)輸入 輸出點(diǎn)數(shù)的不同，基本模塊有 FX2N16MR00 FX2N32MR00 FX2N48MR00 FX2N64MR001 等，擴(kuò)展單元有 FXlN2Ah2BD(模擬量輸入擴(kuò)展扳 )、 FX1N1DA2BD (模擬 貴輸出擴(kuò)展板 )、 FX1N8AVBD(模擬量設(shè)定功能擴(kuò)展板 )等，擴(kuò)展模塊有 FX2N3A (模擬量 輸入 /輸出模塊 )、 FX2N4ADTC (熱電偶溫度傳感器用模擬量輸入模塊）等。各種配 S都 有很高的性價比，配置靈活，功能強(qiáng)大。 FX 系列 PLC 有多種規(guī)格數(shù)據(jù)寄存器，包括變址寄存器、特殊寄存器、文件寄存器、 鎖存數(shù)據(jù)寄存器、通用數(shù)據(jù)寄存器，字母以 D 幵頭。 PLC 有形式多樣的數(shù)據(jù)存取單元 ，可 以顯示字符、監(jiān)控裝置等。 ? (5) 功能強(qiáng)大，方便使用⑽ FX 系列的 PLC雖然體積小，但是有很強(qiáng)大的功能 ， 內(nèi)部有上千個編程單元共工程技 術(shù)人員使用，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。它內(nèi)置恒定掃描時間、中斷程序、輸入輸出刷新 等功能?？刂茻艄獾牧涟悼梢圆捎?PLC內(nèi)的脈寬調(diào)制 ， 即 PWM功能。它擁有的安全機(jī)制非 常高，可以設(shè) *密碼，防止程序被誤操作或者被別人盜用。 FX 系列的各 PLC產(chǎn)品都實(shí)現(xiàn) 了模塊化結(jié)構(gòu) ， 方便連接 * FX 系列 PLC可以在線修改程序，可以用調(diào)制解調(diào)器和電話線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和編程 ， 元件注釋可以儲存在程序儲 存器中 ? 小結(jié) 本章主要針對船舶電站的可靠供電以及可視化圖形集中監(jiān)控的要求，計(jì)了一套基于 PLC 的船舶電站自動化監(jiān)控系統(tǒng) ， 以此來提高船舶電站的自動化水平。 1. 深入了解船舶電站整體結(jié)構(gòu) ,分析了國內(nèi)外船舶電站監(jiān)控技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨 勢。 2. 通過 PLC 與單片機(jī)的性能比較，采用了先進(jìn)的 PLC系統(tǒng)控制船舶電站，并且使用組 態(tài)軟件 MCGS 來實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，性能可靠、操作方便。 因地理位置的特殊性 ， 造船業(yè)一直是舟山工業(yè)的重要支柱 ， 修造業(yè)發(fā)達(dá)，許多國內(nèi)外 浙江工業(yè)大學(xué)碩上學(xué)位論文 船只停靠在避 風(fēng)港整修。舟山群島位于我國東南沿海 ， 處于南北海岸線的中心 1M】 。 它處 于東海之濱，背靠經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的長三角，與上海、寧波等大中城市隔海相望，是中國對外幵 放的主要海上門戶。舟山擁有眾多良好的深水港資源，這些成為工業(yè)發(fā)展所需能源、原材 料及外貿(mào)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)闹饕修D(zhuǎn)港 ,未來的發(fā)展方向是成為以水水中轉(zhuǎn)和工業(yè)港為特色的綜 合性港口《 隨著船舶業(yè)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代技術(shù)的不斷更新 ， 研究船舶電站的自動化控制有著非常 重要的意義 .而電站在船舶中占領(lǐng)著非常重要的地位，一旦電站出現(xiàn)嚴(yán)重故陣，整所船會 處于癱瘓狀態(tài) ， 人的生命安全得不到保 障。這就是本文研究船舶電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的重 大意義所在 ?浙江工業(yè)大學(xué)碩十學(xué)位論文 第 2 章船舶電站自動化系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 隨著船舶自動化程度的不斷提高，電站自動化由局部的、就地的監(jiān)控，發(fā)展到綜合的、 集中的電站自動化 ? 電站自動化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 本文根據(jù)船舶電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能要求 [||】 ，構(gòu)造了有設(shè)備層、監(jiān)控 層和網(wǎng)絡(luò) 層的三層網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，如圖 。它包含了船舶電站自動化應(yīng)具備的各項(xiàng) 功能，由總體控制把它們有機(jī)組織在一起 ， 各種功能相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，共同完成船舶 電站的自動化運(yùn)行。 囝 利用 PLC和智能儀器采集運(yùn)行數(shù)據(jù)，監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備 ,PLC主要承擔(dān)發(fā)電機(jī)組的起動、 停止控制，調(diào)頻調(diào)壓，并聯(lián)運(yùn)行控制 ， 機(jī)組運(yùn)行臺數(shù)以及大功率符合投入管理，機(jī)組故陣