基于PLC的船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

1、開題報告-基于PLC的船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計開題報告電氣工程及自動化基于PLC的船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計一、 綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(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、單片機和工控機的應(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)。船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)是船舶自動化系統(tǒng)中最重要的組成部分，主要由機艙 監(jiān)測報警系統(tǒng)、主機安全保護系統(tǒng)、主機遙控系統(tǒng)、電站監(jiān)控系統(tǒng)，以 及泵、風(fēng)機、輔鍋爐自動控制等系統(tǒng)組成。它主要用于檢測機艙內(nèi)一些 主要設(shè)備，如主機、輔機及其它控制設(shè)備的運行狀況、當(dāng)工作狀況出現(xiàn) 故障時發(fā)出報警信號的檢測系統(tǒng)。由于

2、船艙機艙內(nèi)高溫、高噪聲其至存 有污染的惡劣環(huán)境，機艙監(jiān)控系統(tǒng)通常安置在距離機艙較近，又易于觀 察到其中主要設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)控室中，監(jiān)視室與機艙一般隔離，從而 減少機艙的高溫、振動、潮濕、電磁干擾、腐蝕以及噪聲等其它方而的 干擾。機艙工作人員可通過機艙監(jiān)控系統(tǒng)在監(jiān)視室內(nèi)了解到機艙中主要 設(shè)備的工作狀態(tài)，從而即改善機艙工作人員工作環(huán)境，減輕了其勞動強 度又能更準(zhǔn)確了解到主要設(shè)備的實時工作狀態(tài)。船舶機艙監(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)展大致分為四個階段：1、以常規(guī)儀表監(jiān)測階段20世紀(jì)60 年代之前，工業(yè)控制自動化水平較低，那時以經(jīng)典控制理論為主要控制 理論，控制對象

3、以單一。那時的電子技術(shù)水平，也只有單項自動調(diào)節(jié)控 制裝置得以在機艙中應(yīng)用，使用的監(jiān)測工具多為常規(guī)儀表，監(jiān)視報警系 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)，各個系統(tǒng) 間相互獨立，自成體系。2、以電、氣動及中小規(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、氣動及中小規(guī)模集成電子模塊組成的邏輯控制為代表的機 艙監(jiān)視報警系統(tǒng)，即集中監(jiān)視系統(tǒng)，這使主機、輔機和其它自動化設(shè)備 的工作狀態(tài)得到進(jìn)一步監(jiān)測，可靠性進(jìn)一步提高。那時的監(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)模的擴大，從技術(shù)以 及經(jīng)濟性等

4、方面，這類監(jiān)控系統(tǒng)仍存在許多不足。3、以微機為基礎(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)（簡稱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。另外電子計算機的設(shè)計、 制造與應(yīng)用的技術(shù)逐漸成熟，許多國家都制造出了安裝有計算機的更高 自動化程度的船舶。出現(xiàn)了微機集中監(jiān)測系統(tǒng)、分散監(jiān)控系統(tǒng)和集散型 微機網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)。其中集散型微機網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)又稱網(wǎng)絡(luò)型微機監(jiān)控 系統(tǒng)，采用高一級的微機系統(tǒng)組成中央單元，以多個獨立微機系統(tǒng)組成 分站，兩者通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)。該系統(tǒng)擁有集中型和分散型的優(yōu)點，避免了 它們的缺點，也是目前用于機艙集中監(jiān)測中最多的結(jié)構(gòu)

5、形式。4、基于現(xiàn)場總線技術(shù)的機艙監(jiān)控系統(tǒng)同全船自動化系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的階段 20世紀(jì)90年代以來，岀現(xiàn)了基于現(xiàn)場總線技術(shù)的新型控制系統(tǒng)，又稱 現(xiàn)場總線式全分布式系統(tǒng)（簡稱FCS）,并己實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)。這是控 制技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)的集合體現(xiàn)，它擁有全數(shù)字化、具有開 發(fā)性和互操作性等的特點。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)各節(jié)點之間能夠 實時、可靠的數(shù)據(jù)傳輸提供了強有力的支持。船舶機艙分布式總線監(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， 將所有控制臺中的微機聯(lián)網(wǎng)，共享相關(guān)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)對資源的動態(tài)具有 重構(gòu)能力，便于向接入總線系統(tǒng)的控制臺提供冗余措施，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采 用了總線掛

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

7、電站系統(tǒng)成套設(shè)備研制中的諸多關(guān) 鍵的問題。從60年代之前的單個船舶裝置自動化到60年中期出現(xiàn)的“無人機艙”， 從70年代之后的電子計算機在駕駛、機艙和裝載等各方面的全盤控制應(yīng) 用，到80年代、90年代網(wǎng)絡(luò)型控制系統(tǒng)在船舶機艙自動化中的廣泛應(yīng) 用，世界各國對船舶自動化技術(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，對機艙設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控和故障的診斷系統(tǒng)成為近 年來特別研究的課題。我國同世界先進(jìn)的造船國家相比，這方面有很大的差距。目前我國國產(chǎn) 機艙監(jiān)控系統(tǒng)的代表產(chǎn)品為CY8800網(wǎng)絡(luò)型機艙監(jiān)控系統(tǒng)，然而，我國現(xiàn) 有的大部分船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)基本仍處于各系統(tǒng)單獨監(jiān)控的狀態(tài)，各監(jiān) 控系統(tǒng)之間不

8、能進(jìn)行實時的、有效地數(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)控人員更多的專業(yè)要求及工作強度。國內(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)船東的要求購自國外。因此，開 發(fā)性價比更高的船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)，將大幅度降低生產(chǎn)和運營成木從而 帶來極大地經(jīng)濟效益和社會效益，加強這方面的技術(shù)研究具有強烈的要 求和意義。隨著船舶自動化程度的不斷提高，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)備的自動化程度、 可靠性和維修性提出了更高的要求。準(zhǔn)確而實時地掌握船舶系統(tǒng)的工作 狀態(tài)以及預(yù)測、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、電磁干擾、振動、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考慮, 將抗干擾性能好、可靠性高、實時性好的PLC技術(shù)應(yīng)用于船舶的機艙監(jiān) 控系統(tǒng)，實現(xiàn)對機艙設(shè)備多種運行狀態(tài)參數(shù)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、變換、傳 輸和監(jiān)控。PLC機是專門用于工程現(xiàn)場的自動控制裝置，它在具體設(shè)計 與制造時既考慮了硬件抗干擾措施，也有高效的軟件保護措施，使用PLC 的輸入通道采集外部所有報警信號和控制信號，再利用PLC編程以軟件 的形式實現(xiàn)需要的邏輯和報

10、警功能，能夠成功地實現(xiàn)船舶機艙的監(jiān)控。二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題：研究的基本內(nèi)容：1）船 舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)功能。2）船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)分析方法。3）船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)仿真。4）系統(tǒng)優(yōu)化分析。擬解決的主要問題：1、熟悉小噸位船舶機艙的監(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、設(shè)備選型、部分硬件的開發(fā)。3、采用PLC作為主控制模塊，運用軟件進(jìn)行上位機與下位機PLC程序的 開發(fā)，并實現(xiàn)人聲報警提示等。三、研究步驟、方法及措施：步驟及方法：(1)了解國內(nèi)外船舶機艙 監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展動態(tài)。(2) 熟悉船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)的工作對象、環(huán)境以及作用。(3) 重點討論基于PLC的船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)理論，通過仿真軟

11、件將系 統(tǒng)應(yīng)用于實際系統(tǒng)中，并建立數(shù)學(xué)模型。(4) 確定合理的仿真時間，對系統(tǒng)進(jìn)行仿真、分析。(5) 得出結(jié)論。措施：圖書館查找相關(guān)的書籍、期刊、雜志等，通過上網(wǎng)尋找相關(guān)的一些資料，查看當(dāng)代對該技術(shù)的研究成果和最新的動態(tài)。然后通過對 這些資料的學(xué)習(xí)和研究進(jìn)一步的熟悉和理解設(shè)計所需的相關(guān)知識。在設(shè) 計過程中及時與指導(dǎo)老師探討，對不了解的問題及時向老師請教。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 國電力出版社,2020. 02江漢紅，呂金華.基于PLC的船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng) J.微計算機信息,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)計技

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